Tratamiento fisicoquímico para la obtención de azúcares renovables de pseudotallo de banana (Musa Acuminata var. Nanica)

ÁREA

Química Verde

Autores

Penayo, M. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA) ; Ortigoza, N. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA) ; Rivaldi, J.D. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA) ; Ferreiro, O. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA)

RESUMO

En este trabajo se caracterizó la composición química del pseudotallo de banano (Musa Acuminata var. Nanica) y se analizó la concentración de azúcares reductores (AR) obtenidos por hidrólisis ácida diluida. La hidrólisis se realizó en autoclave a 121°C bajo parámetros de concentración de ácido de 75, 125 y 175 mg/g, tiempo de 15, 35 y 55 min y relación L/S de 10, 14 y 18 g/g utilizando un diseño experimental compuesto 2³ centrado en las caras. La biomasa reveló un contenido de celulosa (51,1%), hemicelulosa (16,5%), lignina (11,1%), proteínas (5,1%), extractivos (32,2%) y cenizas (10,5%). El ANOVA reveló influencia significativa (p<0,05) de los factores estudiados en la hidrólisis. La mayor concentración de AR (28,3 g/L) se obtuvo a 55 min con L/S de 10 g/g y 175 mg/g de ácido.

Palavras Chaves

pseudotallo de banano; hidrólisis ácida diluida; azúcares reductores

Introdução

En los últimos años de la fruticultura paraguaya la producción de banana ha destacado entre los productos frutales plantados, presentando un crecimiento del 62% en los últimos 10 años. Tal crecimiento es acompañado por la generación de residuos agroindustriales que no son tratados ni aprovechados actualmente, siendo el pseudotallo de banano el principal desecho proveniente de las plantaciones bananeras (ENCISO, 2020; MAG, 2020). Este residuo presenta potencial como fuente renovable y abundante para la obtención de sacáridos (hexosas y pentosas) debido a su naturaleza lignocelulósica, con un interesante contenido de celulosa y hemicelulosa de acuerdo a la literatura, y al someterse a procesos de biorrefinería como la hidrólisis ácida diluida, destacada por su elevado rendimiento en azúcares y baja relación costo/beneficio; pueden obtenerse azúcares renovables como xilosa, glucosa y arabinosa, los cuales forman la base para la producción de una amplia gama de productos de mayor valor agregado como bioetanol, butanol, bioplásticos, entre otros (GUARNIZO-FRANCO; MARTÍNEZ-YEPES; PINZÓN- BEDOYA, 2012; SHIMIZU et al., 2018). De manera a impulsar la valorización y aprovechamiento del residuo de pseudotallo de banano, este trabajo tiene por objeto la caracterización química del pseudotallo de banano (Musa Acuminata var. Nanica) y su evaluación como materia prima para la obtención de azúcares renovables por medio de tratamientos fisicoquímicos de hidrólisis ácida.

Material e métodos

El pseudotallo de banano fue provisto por la empresa “Isla Bonita” del Distrito de San José Obrero, Paraguay. La biomasa fue lavada, cortada y secada en estufa a 60°C por 2 días. Posteriormente fue molido en molino de martillos y fraccionado con una serie de tamices Nro. 12 al Nro. 40, reservando fibras de 0,6 a 1,7 mm para la hidrólisis ácida diluida y entre 0,6 mm y 0,4 mm para la caracterización química (AGUILAR, 2019; MABAZZA et al., 2020). El pseudotallo seco y molido se caracterizó en cuanto al contenido de humedad, cenizas, extractivos, celulosa, hemicelulosa, lignina y proteínas de acuerdo con las metodologías descritas por TAPPI T412 cm-02, Gouveia et al. (2009), Sluiter et al. (2008), Rowell et al. (2012), Álvarez et al. (2018) y COVENIN 1195-80, respectivamente. El almidón almacenado en la biomasa de pseudotallo de banano reservado para el tratamiento fisicoquímico fue removido lavando con abundante agua caliente. La biomasa fue mezclada con soluciones de ácido sulfúrico diluido con concentraciones de 75, 125 y 175 mg/g en frascos Schott de medio litro a relaciones de líquido-sólido (L/S) de 10, 14 y 18 g/g. Una vez mezclados, los frascos fueron cerrados y sometidos a calentamiento en autoclave a 121°C a intervalos de tiempo de 15, 35 y 55 min, conforme un diseño compuesto central 2³ centrado en las caras. Los resultados fueron analizados por ANOVA con un intervalo de confianza del 95%, junto con el método de superficie de respuesta cuadrático. La determinación de azúcares reductores se llevó a cabo por duplicado mediante espectrofotometría empleando el método de reacción con DNS (MILLER, 1960).

Resultado e discussão

El contenido elevado de celulosa y hemicelulosa que presenta el pseudotallo de banano lo convierte en una fuente prometedora de azúcares de 5 y 6 carbonos. Así también, es importante resaltar que el elevado contenido de celulosa y hemicelulosa, acompañado de un bajo contenido de lignina convierte al pseudotallo de banano en una fuente prometedora de azúcares que pueden obtenerse por medio de procesos de hidrólisis ácida diluida (GUERRERO; BALLESTEROS; BALLESTEROS, 2017). El ANOVA reveló influencia significativa de los factores concentración de ácido, relación líquido- sólido (L/S) y tiempo en la obtención de azúcares por medio de hidrólisis ácida diluida. El rango de concentración de azúcares reductores alcanzado fue de 5,64 a 28,36 g/L, donde la máxima concentración de estos azúcares se logró con una relación L/S de 10 g/g, tiempo de 55 min y concentración de ácido de 175 mg/g. El modelo predictor de la concentración de azúcares reductores resultó significativo (p<0,05) bajo los parámetros de estudio establecidos. Idrees (2012) expuso que una solución con mayor contenido de ácido para un mismo tiempo y temperatura es capaz de generar una cantidad de azúcares reductores más elevada en procesos de hidrólisis ácida diluida de pseudotallo de banano. Por otro lado, el trabajo de Abril (2016) reveló que a relaciones elevadas de L/S se obtienen rendimientos del orden de 13,38 g/L de azúcares reductores. Por tanto, la hidrólisis ácida diluida demuestra ser prometedora para la obtención de azúcares renovables en concentraciones significativas a partir del pseudotallo de banano (Musa Acuminata var. Nanica).

Composición másica de componentes estructurales del pseudotallo de banano (% en base seca).


Niveles de las variables del tratamiento fisicoquímico y concentraciones resultantes más elevadas de azúcares reductores y parámetros respectivos.

Conclusões

El contenido de celulosa y hemicelulosa del pseudotallo de banano (PB) (Musa Acuminata var. Nanica) resultó elevado, revelando potencial para la obtención de azúcares por tratamientos de hidrólisis. Todas las variables de estudio influyeron de forma significativa para la obtención de azúcares reductores bajo las condiciones estudiadas. Incrementos en el tiempo y en la concentración de ácido favorecen la formación de azúcares reductores, contrario a la relación L/S. El PB constituye un material renovable y prometedor para la obtención azúcares renovables por procesos de hidrólisis ácida diluida

Agradecimentos

Al Departamento de Aplicaciones Industriales por los equipamientos e instalaciones provistas para el desarrollo de la investigación.

Referências

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