Determinación de parámetros en la obtención de fibras de nanocelulosa a partir de cáscaras de mango Kent (Mangifera indica)

Abstract

El estudio propone el uso de residuos de cáscara de mango Kent (Mangifera indica) provenientes del proceso agroindustrial en la Zona Norte del Perú (3500 toneladas/año) para la obtención de nanocelulosa fibrilar (CNF), buscando una alternativa de aprovechamiento de los residuos generados por parte de las agroindustrias. Teniendo como objetivo determinar los parámetros necesarios para la obtención de fibras de nanocelulosa a partir de cáscaras de mango Kent, con el fin de identificar el rendimiento. Se utilizó un diseño experimental 23 con puntos centrales, bajo los niveles de temperatura (60, 70, 80°C), tiempo (60, 75, 90 min) y concentración de ácido sulfúrico (2, 6, 10%). La muestra se acondicionó mediante lavado por inmersión en agua a 90 °C durante 20 minutos, secado, tamizado y lavado con etanol (96 %) por arrastre de vapor. Posteriormente se realizó un tratamiento con NaOH al 8 % en proporción 1:15 a 75–80 °C durante 4 h a 300–500 rpm. En el blanqueo, las fibras se acondicionaron con solución de tampón acetato y clorito acuoso a 80 °C durante 6 h bajo agitación, seguido de tratamiento mecánico. La hidrólisis se efectuó con H2SO4 en relación 1:20. La suspensión se sonicó (300 W) en hielo durante 30 min, se lavó con agua destilada para diálisis con membranas de 14 kDa, y finalmente se sonicó y liofilizó para obtener CNF. La concentración de H2SO4 fue el factor clave, obteniéndose rendimientos entre 85.12 – 99.20 %, a 2% presento mayor rendimiento, mientras que concentraciones superiores mejoraron la fibrilación. FTIR confirmó estructuras típicas de celulosa y SEM mostró mayor fibrilación en T8 que en T2. La difracción láser evidenció la disminución de tamaño de 65.9 μm (T2) a 21.2 μm (T8). El proceso químico-mecánico para extraer CNF es una opción sostenible para producir biomateriales, disminuyendo el impacto ambiental regional.

The study proposes the use of Kent mango (Mangifera indica) peel waste from agro-industrial processing in northern Peru (3,500 tons/year) for the production of cellulose nanofibrils (CNF), seeking an alternative for the utilization of residues generated by agro-industries. The objective was to determine the parameters required to obtain cellulose nanofibers from Kent mango peel in order to identify yield.A 23 experimental design with central points was used, under the factors of temperature (60, 70, 80 °C), time (60, 75, 90 min), and sulfuric acid concentration (2, 6, 10%). The sample was conditioned by immersion washing in water at 90 °C for 20 minutes, drying, sieving, and washing with ethanol (96%) via steam stripping. Subsequently, an 8% NaOH treatment was carried out at a 1:15 ratio at 75–80 °C for 4 h at 300–500 rpm. During bleaching, the fibers were treated with acetate buffer solution and aqueous chlorite at 80 °C for 6 h under agitation, followed by mechanical processing. Hydrolysis was performed with H2SO4 at a 1:20 ratio. The suspension was sonicated (300 W) in ice for 30 min, washed with distilled water for dialysis using 14 kDa membranes, and finally sonicated and lyophilized to obtain CNF. The concentration of H2SO4 was the key factor, resulting in yields ranging from 85.12–99.20%; 2% yielded the highest value, while higher concentrations improved fibrillation. FTIR confirmed typical cellulose structures, and SEM showed greater fibrillation in T8 than in T2. Laser diffraction demonstrated a reduction in particle size from 65.9 μm (T2) to 21.2 μm (T8). The chemical– mechanical process for extracting CNF is a sustainable option for producing biomaterials, reducing regional environmental impact.