Optimización en la extracción de nanocelulosa de la coronta de maíz morado (Zea Mays)

Abstract

La presente investigación tiene como objetivo la optimización de la extracción de nanocelulosa de la coronta de maíz morado (Zea mays) residuo de la obtención de chicha morada del departamento de Lambayeque, Perú. Para lo cual se preparó las muestras mediante lavado, secado, molienda y tamizadas entre las mallas N°50 a N°200. Luego, se determinó humedad y ceniza (AOAC), extractivos, lignina y celulosa (TAPPI T207 cm – 99; TAPPI T 222 om – 15; TAPPI 203 om – 99 respectivamente). La extracción de celulosa se realizó por el tratamiento alcalino utilizando NaOH seguido de un blanqueamiento con H2O2 en un pH básico. Finalmente, para la producción de nanocelulosa se utilizó la oxidación de celulosa por el radical 2,2,6,6-tetrametilpiperidina 1-oxilo (TEMPO) como catalizador, bromuro de sodio (NaBr) como co-catalizador e hipoclorito de sodio (NaClO) como agente oxidante, este último en diferentes concentraciones (10, 20 y 30 milimoles/g celulosa) a tiempos de reacción (4, 6 y 8 horas) en medio básico (pH 10 -11) y a temperatura ambiente, mediante un diseño factorial 2^3 con 4 repeticiones en el punto central. Para la cuantificación de carboxilatos en la nanocelulosa se utilizó el método de titulación conductimétrica. Las muestras de coronta de maíz morado, celulosa y nanocelulosa fueron caracterizadas por Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier con reflectancia atenuada (FTIR-ATR) y Microscopía electrónica de barrido (SEM). La función de deseabilidad se utilizó para optimizar el rendimiento de extracción de nanocelulosa, obteniendo a una concentración de 29,39 mmol/g de NaClO y un tiempo de reacción de 4 horas. El análisis de varianza ANOVA, indica que existe influencia significativa (p<0.05) del hipoclorito de sodio y el tiempo de reacción de forma conjunta, en el rendimiento de extracción de nanocelulosa de la coronta de maíz morado.

The aim of this research is to optimize the extraction of nanocellulose from purple corn cobs (Zea mays), a waste product from the production of chicha morada in the department of Lambayeque, Peru. To this end, the samples were prepared by washing, drying, grinding, and sieving between mesh sizes 50 and 200. Moisture and ash content (AOAC), extractives, lignin, and cellulose (TAPPI T207 cm – 99; TAPPI T 222 om – 15; TAPPI 203 om – 99, respectively) were then determined Cellulose extraction was performed by alkaline treatment using NaOH followed by bleaching with H2O2 at a basic pH. Finally, for the production of nanocellulose, cellulose oxidation was used with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) as a catalyst, sodium bromide (NaBr) as a co-catalyst, and sodium hypochlorite (NaClO) as an oxidizing agent, the latter in different concentrations (10, 20, and 30 millimoles/g cellulose) at reaction times (4, 6, and 8 hours) in a basic medium (pH 10-11) and at room temperature, using a 2^3 factorial design with 4 replicates at the center point. The conductometric titration method was used to quantify carboxylates in nanocellulose. The samples of purple corn cob, cellulose, and nanocellulose were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated reflectance (FTIR-ATR) and scanning electron microscopy (SEM). The desirability function was used to optimize the nanocellulose extraction yield, obtaining a concentration of 29.39 mmol/g of NaClO and a reaction time of 4 hours.