Métodos de extracción de Nanocelulosa a partir de residuos de Agave spp.

Abstract

En México la producción de tequila y mezcal se ve incrementado por la demanda que existe a escala nacional e internacional de estas dos bebidas alcohólicas y en menos escala lo que es la producción de pulque; al obtener el tequila, mezcal y el pulque se generan ciertos residuos durante y después de la producción. Conforme lo registrado por el Consejo Regulador de Tequila (CRT) y el Consejo Regulador del Mezcal (CRM) en el 2018, la producción fue en total de 309,100,000 L de tequila y 5,100,000 L de mezcal; y debido a esto la demanda del cultivo de agaves se acrecentó, siendo de 1,138,800,000 ton de Agave tequilana var azul para producción de tequila y 76,500,000 ton de Agave spp. Basado en estos datos se estimó que la industria tequilera y mezcalera produjo aproximadamente 766,371,000 ton de bagazo, un residuo generado de la extracción del jugo de la piña del agave. Estas industrias tratan de reutilizar el bagazo producido para darle diversos usos como: materiales de construcción que pueden ser aglomerados, tejas, láminas, entre otros. También se ha realizado la incorporación del bagazo para elaborar cartón, papel, corcho, que les permita reutilizar el bagazo y evitar que se vaya a los basureros o que termine abandonado en los campos. Por otra parte, el pulque también es una bebida importante en México, sin embargo su consumo se limita a ser nacional; el Servicio de Información Agroalimentación y Pesquera (SIAP) reportó que en el 2018 la producción de pulque fue de 186,300,000 L en el país, para esta cantidad de producción se requiere de 9,315,000 kg de agave, lo que a su vez produce residuos que sólo son empleados como composta pero la mayoría son abandonados sin manejo alguno. 1 1.2. Justificación Uno de los materiales que ha tomado importancia en el último siglo es la nanocelulosa, debido a sus propiedades únicas puede ser capaz de remplazar a todos aquellos materiales que generan problemas actualmente, más aún es uno de los compuestos más abundantes de la superficie de la tierra, este material se puede extraer de todas las plantas siendo el agave y todas su morfología un buen candidato para la obtención de nanocelulosa; e incluso también su extracción es posible de animales y bacterias; debido a esto hace que su obtención sea más sencilla que el acero o algún otro metal. Al igual que otros materiales, la nanocelulosa necesita una serie de procesos para llegar a obtenerla de manera pura y con ello la obtención de otros compuestos que tienen un impacto ambiental. La eliminación de lignina contenida en las fibras lignocelulósicas es el primer paso en la obtención de celulosa y luego con ello obtener nanocelulosa. Industrialmente, la pulpa de celulosa se obtiene mediante dos etapas: pulpado y blanqueado. El método más comúnmente usado es el proceso Kraft, que proporciona altos rendimientos de pulpa, pero puede generar derivados de sulfuro que pueden estar vinculados a la celulosa y representar un problema ambiental durante la eliminación. En este sentido, en las últimas décadas han surgido procesos de fabricación de pasta respetuosos con el medio ambiente, como los métodos de Organosolv (OT). Además, el proceso de Organosolv es un método libre de azufre, basado en la extracción de lignina por su disolución en disolventes orgánicos a alta temperatura y presión, la baja viscosidad de los licores blancos de Organosolv favorece la penetración en las fibras, permitiendo que una alta cantidad de lignina sea fraccionada y de esta manera pueda ser disuelta. Además, después de la etapa de fabricación de pasta, el disolvente podría recuperarse por destilación. Después de la pulpa, parte de la lignina residual permanece en las fibras y generalmente se elimina en reacciones de blanqueo oxidativo. Durante muchos años, las principales reacciones de blanqueo han involucrado reactivos clorados ( ), pero hoy en día se evita el cloro en la mayoría de los tipos de pasta debido a sus efectos ambientales negativos. Las secuencias de blanqueo actuales incluyen el uso de dióxido de cloro en secuencias libres de cloro elemental (ECF). La otra familia de secuencias de blanqueo es el blanqueo sin cloro total (TCF, por sus siglas en inglés), que evita la liberación de derivados de cloro en las corrientes de desechos o en la atmósfera. La degradación residual de la lignina con peróxido de hidrógeno se basa en la acción de los radicales producidos durante las transferencias de un solo electrón entre el peróxido de hidrógeno y los catalizadores o como resultado de la escisión térmica del enlace oxígeno-oxígeno. Se han hecho algunos enfoques para ensamblar la fabricación de pulpa de base orgánica con secuencias de blanqueo de TCF para desarrollar procesos de extracción de celulosa más ecológicos, sin embargo, hasta ahora, los investigadores han incluido el uso de productos químicos (ácido acético, HCl, antraquinona, metanol, entre otros.) que pueden encajar en los procesos de Organosolv (solvente orgánico) pero no en los procesos respetuosos con el medio ambiente. Por lo tanto, para obtener una pulpa de celulosa totalmente verde se considera cambiar los procesos de extracción de celulosa para evitar el uso de sustancias nocivas al ambiente y obtener de esta manera nanocelulosa amigable con el medio ambiente.