Bark structure and chemistry

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.

Date

2024-05-18

Department

Major/Subject

Biotuotteet

Mcode

CHEM3048

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

24

Series

Abstract

This study presents the structure and chemistry of bark, and the purpose is to give an overview of the bark structure. The main parts of bark comprise of outer bark (rhytidome) and inner bark (living phloem). These two parts are further divided into smaller parts: phloem, cortex, and periderm. The phloem transports substances like sugars and micronutrients in the bark. The cortex and the periderm provide protection for the bark and the cortex also contributes to the supportive functions. The most common cells in wood tissue are parenchyma cells, sclerenchyma cells, and sieve elements. The outer bark is composed of dead tissue and it determines the macroscopic aspects of the bark. The chemical elements of bark can be divided into extractives and non-extractable compounds. Extractives are soluble in neutral solvents like water and acetone. They protect the tree against UV damage, different pathogens and seal wood damage by biosynthesis. Extractives are divided into two groups based on their solubilities. Lipophilic extractives are soluble in non-polar solvents and hydrophilic extractives are soluble in polar solvents. Non-extractable compounds are structural polymers. The main polymers are cellulose, lignin, hemicellulose, and pectin. Cellulose increases the strength of bark and lignin provides stiffness. Hemicellulose contributes to the flexibility of bark and pectin has many different functions, such as extending the primary wall of cells and ion transport. Cellulose, poly-1,4-β-D-glucopyranose, is a linear homopolymer that is bio-synthesized in nature. Lignins do not have one well-defined structure, instead they are a polydisperse mixture of methoxylated polyphenols. Hemicelluloses are similar to cellulose nonetheless they occur in many different types. They are composed of many building blocks and the most abundant hemicellulose in hardwood is glucuronoxylan, O-acetyl-4-O-methylglucurono-β-D-xylan. Pectin, α-D-galacturonan, is the most complex polysaccharide in plants. In addition to these polymers, bark is rich in extractives. Various extractives are abundant, for example, in willow. The most common lipophilic extractives found in willow are triterpenoids and fatty acids and the most common hydrophilic extractives are phenolic compounds, such as tannins and flavonoids. Many extractives exhibit biological activity and they are often used for pharmaceuticals and cosmetics.

Tässä työssä esitellään kaarnaan rakennetta ja kemiaa ja tavoitteena on antaa yleiskäsitys lehtipuiden kaarnan rakenteesta. Kaarnan pääosat ovat ulompi kuori ja sisempi kuori (nila). Nämä kaksi osaa jaetaan edelleen pienempiin osiin: nila, kuorikerros ja peridermi. Nila kuljettaa aineita, kuten sokereita ja mikroravinteita kaarnassa. Kuorikerros ja peridermi suojaavat kaarnaa ja kuorikerros edistää tukitoimintoja. Puukudosten yleisimpiä soluja ovat parenkyymisolut, sklerenkyymisolut ja seulaelementit. Ulompi kuori koostuu kuolleesta kudoksesta ja se määrittää kuoren makroskooppiset piirteet. Kaarnan kemialliset elementit voidaan jakaa uuteaineisiin ja ei-uutettaviin yhdisteisiin. Uuteaineet liukenevat neutraaleihin liuottimiin, kuten veteen ja asetoniin. Ne suojaavat puuta UV-vaurioilta, erilaisilta taudinaiheuttajilta ja peittävät puun vaurioita biosynteesin avulla. Uuteaineet jaetaan kahteen ryhmään niiden liukoisuuden perusteella. Lipofiiliset uutteet liukenevat ei-polaarisiin liuottimiin ja hydrofiiliset uutteet liukenevat polaarisiin liuottimiin. Ei-uutettavat yhdisteet ovat rakenteellisia polymeerejä. Tärkeimmät polymeerit ovat selluloosa, ligniini, hemiselluloosa ja pektiini. Selluloosa lisää kaarnan lujuutta ja ligniini jäykkyyttä. Hemiselluloosa edistää kaarnan jous-tavuutta ja pektiinillä on monia eri toimintoja, kuten solujen primääriseinän laajenta-minen ja ionien kuljetus. Näitä polymeerejä voidaan myös käyttää monissa sovelluksissa eri aloilla ja uusia keinoja niiden eristämiseen kehitetään edelleen. Selluloosa, poly-1,4-β-D-glukopyranoosi, on lineaarinen homopolymeeri, joka on biosyntetisoitu luonnossa. Lig-niineillä ei ole yhtä hyvin määriteltyä rakennetta, vaan ne ovat polydispersinen sekoitus metoksyloituja polyfenoleja. Hemiselluloosat muistuttavat selluloosaa vaikka ne esiintyvät monissa eri muodoissa. Ne koostuvat monista eri rakennuspalikoista ja runsain hemiselluloosa lehtipuissa on glukuronoksylaani, O-asetyyli-4-O-metyyliglukurono-β-D-ksylaani. Pektiini, α-D-galakturonaani, on monimutkaisin polysakkaridi kasveissa. Näiden polymeerien lisäksi kaarna sisältää runsaasti uuteaineita. Erilaisia uuteaineita esiintyy runsaasti esimerkiksi pajussa. Yleisimpiä pajussa esiintyviä lipofiilisiä uutteita ovat triterpenoidit ja rasvahapot ja yleisimpiä hydrofiilisiä uutteita ovat fenoliset yhdisteet, kuten tanniinit ja flavonoidit. Useilla eri pajulajeilla ja hybrideillä on eri pitoisuuksia eri uuteaineita. Uuteaineiden erottamiseen puusta on monia eri metodeja, yksi useimmiten käytetyistä on kuumavesiuutto. Monilla uuteaineilla on biologista aktiivisuutta ja niitä käytetään usein lääketeollisuudessa ja kosmetiikassa. Pajun uuteaineilla on pitkä historia kivunlievityksessä ja tulehduksien hoidossa. Tunnetuin pajun uuteaine, salisiini, on aspiriinin esiaste.

Description

Supervisor

Kontturi, Eero

Thesis advisor

Dou, Jinze

Keywords

bark, hardwood, willow, microscopic structure, bark chemistry, extractives

Other note

Citation