Production of Cellulose From Different Species of Banana (Musa Paradisiaca) Mid Rib Waste: A Sustainable Raw Material for Industrial Applications

Resumo Técnico: Produção de Celulose a partir de Resíduos de Nervura Central de Banana

Definição do Problema
A indústria global de papel e polpa historicamente dependeu da fibra de madeira como a principal matéria-prima para a produção de celulose. Essa dependência tem impulsionado o desmatamento e aumentado o custo da celulose, enquanto a combustão de combustíveis fósseis para processos industriais exacerbou as emissões de gases de efeito estufa. Concomitantemente, resíduos agrícolas, particularmente em nações em desenvolvimento como a Nigéria, são frequentemente subutilizados, levando a preocupações ambientais e de saúde. Embora os pseudoestipes de bananeira tenham sido investigados para a extração de celulose, existe uma lacuna específica de pesquisa em relação ao potencial da nervura central de banana de diferentes espécies locais (Musa paradisiaca) como uma matéria-prima sustentável para aplicações industriais.

Metodologia
O estudo investigou quatro espécies distintas de resíduos de nervura central de banana comumente encontradas na Nigéria: Ibo banana, Saro, Paranta e Ogede omini. A pesquisa seguiu um protocolo experimental estruturado:

• Preparação da Amostra: As nervuras centrais foram separadas das folhas e cortadas em pedaços de 0,05 m de diâmetro.
• Processo de Polpação: Um método de polpação química de sulfito alcalino foi empregado. As amostras (250 g) foram tratadas com uma solução de licor branco consistindo em uma proporção de 1:1 de Hidróxido de Sódio (NaOH) e Sulfito de Hidrogênio de Sódio (NaHSO3). A reação ocorreu em um autoclave sob pressão de 0,14–0,165 MPa durante 90 minutos.
• Caracterização Química:
  • Extrativos: Determinados via extração Soxhlet usando uma mistura de etanol/acetona (1:2).
  • Lignina: Quantificada usando o método de H2SO4 a 72% seguido de diluição e refluxo.
  • Holocelulose: Isolada usando clorito de sódio (NaClO2) e ácido acético glacial em banho-maria (70–80 °C).
  • Alfa-Celulose e Hemicelulose: A alfa-celulose foi isolada usando NaOH a 17,5%; o conteúdo de hemicelulose foi calculado subtraindo a alfa-celulose da holocelulose.
  • Testes de Solubilidade: Realizados para NaOH a 1%, água fria e água quente.
• Análise Morfológica: As dimensões das fibras (comprimento, diâmetro, largura do lúmen, espessura da parede celular) e as razões derivadas (Runkel, Flexibilidade, Esbeltez, Coeficiente de Rigidez) foram medidas usando um microscópio digital óptico. A morfologia de superfície foi adicionalmente analisada via Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV/SEM).
• Identidade Química: A Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) foi usada para confirmar os grupos funcionais químicos da celulose extraída.

Principais Resultados
O estudo gerou dados quantitativos sobre a eficiência da extração de celulose e as propriedades físicas das fibras:

• Rendimento de Celulose: O processo de polpação resultou em rendimentos de celulose variando de 30,20% a 40,10%.
  • M. paradisiaca (Paranta) produziu o maior rendimento, com 40,10%.
  • M. paradisiaca (Ogede omini) e M. paradisiaca (Ibo banana) renderam aproximadamente 35,30% e 35,25%, respectivamente.
  • M. paradisiaca (Saro) produziu o menor rendimento, com 30,20%.
• Holocelulose e Alfa-Celulose: O conteúdo de holocelulose variou de 71,01% a 80,00%, com a Paranta apresentando o valor mais alto. O conteúdo de alfa-celulose foi de aproximadamente 30% entre as espécies, com Paranta, Ibo e Ogede omini atingindo ~30,00–30,01%.
• Morfologia da Fibra:
  • Comprimento da Fibra: Variou de 1,63 mm a 2,86 mm. A Paranta exibiu as fibras mais longas (2,86 mm), o que é significativamente superior à faixa de 1,05–1,36 mm típica de 18 espécies de madeira nigerianas.
  • Diâmetro da Fibra: Variou de 19,13 µm a 21,51 µm, excedendo os 15,22 µm observados na madeira de M. excelsa.
  • Largura do Lúmen: Variou de 10,05 µm a 12,64 µm, superior ao mínimo de 8,89 µm registrado para M. excelsa.
  • Razões: As razões de Runkel, Flexibilidade e Esbeltez indicaram que as fibras possuem propriedades conducentes a uma alta resistência à tração e boa formação de folha.
• Confirmação Espectroscópica: A análise FTIR confirmou a presença de grupos funcionais característicos da celulose, incluindo grupos hidroxila (3272,6 cm⁻¹), metoxila e carbonila, validando a identidade química do material extraído.
• Análise SEM: As micrografias revelaram um alinhamento adequado das fibras de celulose, confirmando sua integridade estrutural para uso industrial.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que o resíduo da nervura central da banana representa uma alternativa viável, sustentável e de baixo custo para a fibra de madeira na produção de celulose. O estudo conclui que:

1. Viabilidade Industrial: As propriedades morfológicas (comprimento de fibra longo, diâmetro apropriado e coeficientes de rigidez favoráveis) da celulose extraída comparam-se favoravelmente com a celulose de madeira, tornando-a adequada para a produção de polpa e papel, bem como outras aplicações industriais que exigem alta resistência à tração.
2. Impacto Ambiental: A utilização deste abundante resíduo agrícola aborda a questão da biomassa não utilizada na Nigéria, podendo reduzir a poluição ambiental associada ao descarte de resíduos, além de mitigar a pressão sobre os recursos florestais.
3. Potencial Econômico: O processo oferece um caminho para gerar produtos de valor agregado a partir de materiais de resíduos que são atualmente descartados, fornecendo um bio-recurso barato para a bioeconomia.

O artigo não propõe novos métodos experimentais ou aplicações futuras além do escopo do processo de polpação e caracterização testados, mantendo o foco em validar o potencial atual dessas espécies específicas de banana como matérias-primas.