Extraction and characterization of bark tannins from domestic softwood species

Bianchi, Sauro

The bark of softwood species is a major by-product of the wood and pulp industry. The considerable presence in softwood bark of phenolic extractives and, in particular, of condensed tannins represents a potential for its valorization. Condensed tannins are oligomers made of flavan-3-ol units. Besides their traditional use as tanning agents in the leather industry, they are regarded as natural sourced substituents of phenols in thermosetting resins (e.g. wood adhesives, foamed materials, composites), aldehyde scavengers, heavy-metal chelators, antioxidants and as bioactive additives. Nowadays, condensed tannins are mostly extracted from Black wattle bark (Acacia mearnsii [De Wild.]) and quebracho heartwood (Schinopsis lorentzii [Engl.] and balansae [Engl.]), both growing in the tropical or sub-tropical regions. Extraction with hot water is the most common methodology for the recovery of tannins. When the process is applied to softwood bark was presented with two disadvantages in comparison to Quebracho and Black wattle extraction: the lower yield of extraction and the co-extraction of non-tannin compounds, mainly carbohydrates. The presence of such compounds impairs the extracts’ properties (e.g. condensation rate with formaldehyde, viscosity of extract solutions). Furthermore, tannin chemical and physical properties are considerably influenced by the hydroxylation pattern of the flavan-3-ol units and their degree of polymerization. A detailed knowledge of the tannins molecular structure, the composition of the extracts and the influence of extraction parameters on the extract characteristics is important to identify potentials and limitations of European softwood bark as a source of condensed tannins...

Die Rinde von Nadelhölzern ist ein wichtiges Nebenprodukt der Holz- und Papierindustrie. Die in der Rinde enthaltenen phenolischen Extraktstoffe, insbesondere die kondensierten Tannine, besitzen ein Potential für eine stoffliche Verwertung mir erhöhter Wertschöpfung. Kondensierte Tannine sind aus Flavan-3-ol-Einheiten aufgebaute Oligomere. Neben der traditionellen Nutzung als Gerbstoff in der Lederherstellung werden kondensierte Tannine als auf nachwachsenden Rohstoffen basierte Substitute von Phenolen in wärmehärtbaren Harzen (z.B. in Holzklebstoffen, geschäumten Materialien und Verbundwerkstoffen) oder als Aldehyd-Fänger, Schwermetall-Chelatbildner, Antioxidantien und bioaktive Additive eingesetzt. Die momentan kommerziell erhältlichen kondensierten Tannine werden primär aus Rinde der Schwarzholz-Akazie (Acacia mearnsii [De Wild.], Black wattle, Mimosa) und Kernholz von Quebracho (Schinopsis lorentzii [Engl.] und Schinopsis balansae [Engl.]) gewonnen, mit Verbreitungsgebieten in den Tropen und Subtropen. Die Heißwasserextraktion ist dabei die am weitesten verbreitete Gewinnungsmethode für kondensierte Tannine aus Rinden. Die Heißwasserextraktion von Nadelholzrinden beinhaltet jedoch zwei Nachteile gegenüber der bei Schwarzholz-Akazie und Quebracho: eine niedrigere Extraktionsausbeute und die Co-Extraktion weiterer chemischer Verbindungen, vor allem von Kohlenhydraten. Diese zusätzlich extrahierten Verbindungen beeinträchtigen anwendungsrelevante Eigenschaften der Extrakte (z.B. Kondensation mit Formaldehyd, Viskosität von Lösungen). Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der kondensierten Tannine werden hauptsächlich über das Hydroxylierungsmuster der Flavan-3-ol-Einheiten und den Polymerisationsgrad bestimmt. Eine genaue Kenntnis der molekularen Struktur der Tannine, der stofflichen Zusammensetzung der Extrakte und des Einflusses der Extraktionsparameter auf die Eigenschaften der Extrakte ist wichtig, um sowohl das Potential als auch die Einschränkungen der heimischen Nadelholzrinden als Rohstoff zur Gewinnung kondensierter Tannine beurteilen zu können...

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Bianchi, Sauro: Extraction and characterization of bark tannins from domestic softwood species. Hamburg 2017. Univ. Hamburg, Fachber. Biologie.

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