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e-ISSN 2477-8982
https://revistas.utm.edu.ec/index.php/latecnica
Nº. Edición Especial (69-78): 2022
latecnica@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
DOI: https://doi.org/10.33936/la_tecnica.v0i0.4494
Aprovechamiento del pinzote de banano (musa paradisiaca)
en la elaboración de papel
Use of banana (musa paradisiaca) stalks in the production of paper
1
Gabriel Alfonso Burgos Briones
Departamento de Procesos Químicos, Alimentos y Biotecnología, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y
Químicas de la Universidad Técnica de Manabí
gabriel.burgos@utm.edu.ec
ORCID: 0000-0002-1291-4083
2
Cristhian Javier Mendoza Vélez
Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas de la Universidad Técnica
de Manabí
cmendoza7884@utm.edu.ec
ORCID: 0000-0002-5848-3530
3
Carlos Efraín Mendoza Vélez
Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas de la Universidad Técnica
de Manabí
cmendoza0752@utm.edu.ec
ORCID: 0000-0002-3673-6429
4
Viviana Gisell Bedón Arteaga
Docente de Educación Inicial, Jardín Gabriela Mistral, Portoviejo, Manabí, Ecuador
viviana.bedon@educacion.gob.ec
ORCID: 0000-0002-7972-7848
5
Ulbio Eduardo Alcívar Cedeño
Departamento de Procesos Químicos, Alimentos y Biotecnología, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y
Químicas de la Universidad Técnica de Manabí
ulbio.alcivar@utm.edu.ec
ORCID: 0000-0001-7941-6401
Recepción: 12 de diciembre de 2021 / Aceptación: 30 de enero de 2022 / Publicación: 04 de marzo de 2022
Resumen
La Musa Paradisiaca es una variedad de plátano muy consumido en la región Costa del medio
ecuatoriano y su residuo es muy poco aprovechado, debido a que requiere de varios procesos para
poder convertirlo en algún subproducto. El objetivo del presente trabajo consistió en evaluar la
mejor concentración de hidróxido de sodio (NaOH) para lograr obtener un papel de textura suave
y color ámbar a partir de la celulosa obtenida del pinzote de banano. El trabajo experimental, se lo
realizó en el Laboratorio de Química de la Universidad Técnica de Manabí, según bibliografías
científicas. Se determinó la concentración de (NaOH) a 10, 15 y 20%, mediante el método de
titulación con el reactivo Ftalato ácido de Potasio (C
8
H
5
KO
4
), fracciones que se aplicaron en los
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diversos procedimientos para la obtención del papel, esto para lograr identificar concentración fue
la más idónea para el producto deseado, para lo cual se tuvo en cuenta la forma física, contextura
y durabilidad del producto. Como resultados se evidenció que el ensayo con mejores resultados
físicos fue al adicionar 20% de NaOH a 120ºC en un tiempo de 120 minutos, aunque el rendimiento
fue el de menor porcentaje fue el papel con mejor textura, se concluye que la variedad utilizada en
nuestro medio puede ser de gran aporte como subproducto, no obstante, es importante mencionar
que el (NaOH) en grandes cantidades se vuelve un contaminante es por esto necesario sustituir
este compuesto químico por otros más amigables con el medio ambiente.
Palabras clave: celulosa; concentraciones; temperatura; tiempo; residuo
Abstract
Musa Paradisiaca is a variety of banana widely consumed in the coastal region of Ecuador and its
residue is little used, because it requires several processes to convert it into a by-product. The
objective of the present work was to evaluate the best concentration of sodium hydroxide (NaOH)
to obtain a paper with a soft texture and amber color from the cellulose obtained from banana
stalks. The experimental work was carried out in the Chemistry Laboratory of the Technical
University of Manabí, according to scientific bibliographies. The concentration of (NaOH) was
determined at 10, 15 and 20%, by means of the titration method with the reagent Potassium acid
phthalate (C8H5KO4), fractions that were applied in the diverse procedures to obtain the paper,
this to identify the most suitable concentration for the desired product, for which the physical form,
texture and durability of the product were taken into account. The results showed that the test with
the best physical results was the addition of 20% NaOH at 120ºC in a time of 120 minutes, although
the yield was the lowest percentage, it was the paper with the best texture. It is concluded that the
variety used in our environment can be of great contribution as a by-product; however, it is
important to mention that NaOH in large quantities becomes a pollutant, which is why it is
necessary to substitute this chemical compound for others that are more environmentally friendly.
Keywords: cellulose; concentrations; temperature; time; residue
Introducción
Quinchía et al (2007), afirma que, la industria papelera utiliza en la fabricación de sus productos
materias primas, que son fibras de madera y papel reciclado, cargas, gomas, pegantes y colorantes
entre otros, en concentraciones elevadas que durante el proceso o al final de él deben ser lavadas
produciendo las "aguas blancas", tal como se establece en el manual de tratamiento de aguas
negras, del Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York hasta 1998. (p. 10), así mismo la
industria papelero maderera es una de las grandes contribuyentes al deterioro ambiental y cambio
climático al deforestar miles de hectáreas de bosques (More Calero, 2019). Alfonso Moreno et al
(2016) mantienen que una tonelada de papel producida a partir de fibras recicladas consume
aproximadamente 2 Megavatio - Hora (MWH), es decir, un 40% menos energía que el papel
producido a partir de fibras nuevas. Esta cantidad de energía se corresponde con la energía que
consume un hogar europeo en un mes y medio. (p. 75).
Los desechos y residuos sólidos llamados comúnmente basura, son productos generados por la
actividad humana, considerados como inútiles, indeseables o desechables, al cual se le considera
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de valor igual a cero por quien lo desecha (Reyes Curcio et al., 2015). Los problemas de
disposición de residuos tienen su origen desde los tiempos en que los seres humanos comenzaron
a congregarse en aldeas, tribus y comunidades, llegando a ser la acumulación de estos residuos
una consecuencia de la vida (Pellegrini Blanco & Reyes Gil, 2009).
En el 2005 el Centro de Investigación Científica de Yucatán-México demostró que sí es posible la
obtención de celulosa utilizando Hidróxido de Sodio (Canché Escamilla et al., 2005), lo cual es
reforzado en el 2011 por otra investigación similar donde se obtuvo Whiskers de celulosa a partir
del banano (Bolio López et al., 2011). Según Soto (2011) el país de mayor producción de banano
del mundo, es India con un 19%; seguido de Brasil con 15%, y de Ecuador, con 12%.China
produce un 10%, u y otros países como Colombia, Costa Rica, Filipinas y México, producen entre
6 y 4%, seguido de un grupo grande de países, que con menos del 3% individual, producen un
36% del total. (p. 14). La producción agrícola según Turrado et al (2009) es una de las principales
fuentes de generación de residuos agroindustriales; por ejemplo, uno de los retos que enfrentan los
países productores de banano es la eliminación de los residuos orgánicos originados en la
producción, selección y empaque del fruto. Residuo de este proceso es el pinzote, éste se localiza
en los centros de acopio de la producción bananera. El pinzote es la fracción de la planta de banano
que soporta el conjunto de bananos y está constituido por fibras lignocelulósicas. (p. 118). En
muchas sustancias naturales que han podido mostrar un valor significativo durante el desarrollo
científico y tecnológico de la humanidad, se destaca la celulosa debido a que es uno de los
polímeros con mayor abundancia en la naturaleza (Gañan et al., 2017).
De acuerdo a diferentes investigaciones, como la de Castillo Tumaille & Espinoza Espinoza (2017)
se dice que el 99% de la población, desconoce en lo absoluto la existencia de papel a base del
pinzote de banano y sus beneficios con el medio ambiente, además teniendo conocimiento que el
Ecuador es uno de los mayores productores de banano, se vuelve loable que podamos aprovechar
todos los desperdicios del mismo que generan las haciendas bananeras. (p. 69). La pulpa o celulosa
es aquella pasta que se obtiene a partir de un proceso mecánico o químico, logrando una celulosa
de calidad a partir del tipo de árbol que se utilice para su procesamiento, sea madera dura o blanda,
en este caso se utiliza un residuo vegetal pinzote de plátano, categorizado de fibras largas por su
estructura física (Saravia Otalora, 2017), y el porcentaje de celulosa que puede llegar a tener el
pinzote es de aproximadamente 30,6% (Murgueitio Aguirre & Tomalá Caiche, 2021). El objetivo
del presente trabajo consistió en evaluar las variables idóneas de concentración de hidróxido de
sodio (NaOH) para lograr obtener un papel de textura suave y color ámbar a partir del pinzote de
banano (musa paradisiaca).
Metodología
En los procesos químicotermomecánico se pueden utilizar algunos químicos como NaOH o
NaHSO3, esto con el objetivo de degradar las sustancias que unen a las fibras evitando que estas
se acorten por el efecto del trabajo refinador (Jimenez Muñoz et al., 2017), en esta investigación,
las técnicas que se utilizaron en la experimentación a escala de laboratorio se basaron en
protocolos estandarizados como; determinación de la pureza del NaOH al 10, 15 y 20%,
determinación del número de Kappa en pulpa, apoyados en su mayoría de información obtenida
a través de libros y artículos científicos especializados al tema.
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Mediante búsquedas bibliográficas se optó por seguir el procedimiento que la obtención de la fibra
comienza con la separación de lignina de la celulosa por medio de un digestor, seguido por las
etapas de lavado, blanqueado, golpeado, prensado y secado (Cevallos et al., 2021).
Como primer paso de la presente investigación, se extrajo la parte externa que envuelve y
enmascara a las fibras del tallo del plátano. Una vez pelado, el pinzote se almacena en un
contenedor de plástico con aproximadamente 27,81 libras, cemento u otro material que preste las
condiciones similares a la de un reactor. De esta manera permanece en un periodo de entre quince
(15) a veinte (20) días, aislado del oxígeno externo y a medida que transcurre el tiempo existirá
una fermentación anaerobia donde se eliminaran gomas, pectinas, carbohidratos, almidones y
azucares, logrando que este proceso favorezca la posterior cocción y el refino. La fermentación
provoca el ennegrecimiento de la parte más externa del pinzote debido a la descomposición de la
hemicelulosa, zona que eliminaremos de forma manual antes de proceder a la cocción.
El proceso de cocción alcalina es necesario para la eliminación de la lignina, componente de la
planta que rodea y enmascara la fibra de celulosa; para ello se ensayaron varias cocciones, variando
el porcentaje de álcali y el tiempo de cocción en sí mismo, utilizando concentraciones de (NaOH)
al 10, 15 y 20%, temperatura de 120°C y tiempo de 120 minutos. Las fibras obtenidas después de
la cocción están provistas de una buena resistencia y disponen de un 6% de lignina residual es
decir que aún se torna de un color oscuro. Una vez cocido el pinzote se lava con abundante agua
limpia hasta eliminar todo resto de álcali y lignina disuelta, esta fibra se puede aclarar mediante
blanqueo con hidróxido de sodio (NaOH) según la concentración preparada en cantidad de 20
litros, durante un periodo de 24 horas dando como resultado un color rubio claro. La longitud de
fibra varía entre 2,5 y 3 mm. Ya sea la fibra oscura o aclarada con lejía, podemos batirla en pila
naginata o pila holandesa. El batido en pila naginata se hace durante quince minutos y provoca un
desfibrado parcial sin corte, el papel obtenido tiene buena estabilidad y una formación mejorable.
El refino en pila holandesa puede hacerse justo hasta el desfibrado total del pinzote con lo que
obtenemos un papel similar al anterior o bien hasta el mayor corte de la fibra (Mendoza Vélez &
Mendoza Pico, 2017).
El procesamiento de los datos para determinar las diferencias significativamente estadísticas de
las variables analizadas en este proceso se las calculó con ayuda del software estadístico
Statgraphics Centurion XVII. Toda la información referente al proceso de la obtención de papel
partiendo desde su punto de origen como lo es el pinzonte del banano, se puede observar en la
Figura 1 que represente el diagrama del proceso:
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Figura 1. Diagrama del proceso de la obtención de papel
Resultados
Tabla 1. Resultados con concentraciones de NaOH al 10, 15 y 20%
En la Tabla N° 1 se logra apreciar, que referente a la experimentación con NaOH al 10 % se evidencia
visualmente un papel de contextura rígida y un tanto amarillenta, en donde se puede apreciar de forma
visible ciertas fibras como hilos que aún no ha sido degradada en su totalidad, y no está demás mencionar
la lignina presente por su color un tanto amarillento, mientras que el rendimiento reflejó un 89%.
En cuanto a la experimentación con una concentración del 15%, las fibras bajaron esa tonalidad
amarillenta por una más suave, pero aun no es la esperada. En cuanto al rendimiento
evidenciamos una cantidad similar a los ensayos ya realizados.
EXPERIMENTAL
10 % de NaOH
15 % de NaOH
20 % de NaOH
19,08
19,08
19,08
10,35
10,35
10,35
5,42
5,42
5,42
0,27
0,28
0,27
0,18
0,17
0,16
0.01
0.01
0.01
0.17
0.16
0.15
0.89
0.83
0.78
10,78
9,69
8,64
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Mientras que para los resultados obtenidos con una concentración del 20% se llegó a obtener
un papel de contextura rígida y suave, de color ámbar. La fibra después de haber sido sometida
a los parámetros ya descritos se observa que gran parte de ellas se disolvieron dando como
resultado una textura agradable. En cuanto al rendimiento fue menos a los ensayos anteriores.
Tabla N° 2. Anova de las variables aplicadas en diferentes concentraciones de NaOH
Fuente
Suma de Cuadrados
Gl
Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Between
Groups
9,66996
2
4,83498
0,01
0.9933
Within groups
17167,0
24
715,293
Total (Corr.)
17176,0
26
Fuente: Elaboración propia
La Tabla 2 de ANOVA descompone la varianza de los datos en dos componentes: un componente
entre grupos y un componente dentro de los grupos. El ratio F, que en este caso es igual a
0,00675944, es una relación entre la estimación entre grupos y la estimación dentro de los grupos.
Dado que el valor P de de la prueba F es mayor o igual a 0,05, no hay una diferencia
estadísticamente significativa entre las medias de las 3 variables al nivel de significación del 5%.
nivel de significación.
Tabla N° 3. Prueba de Rangos Múltiples variables aplicadas en diferentes concentraciones de NaOH
Count
Mean
Homogeneous Groups
20 % NaOH
9
13,5644
X
15 % NaOH
9
14,24
X
10 % NaOH
9
15,0289
X
Contrast
Sig.
Difference
+/- Limits
10 % NaOH - 15 % NaOH
10 % NaOH - 20 % NaOH
15 % NaOH - 20 % NaOH
0,788889
1,46444
0,675556
26,0211
26,0211
26,0211
La Tabla 3 aplica un procedimiento de comparación múltiple para determinar qué medias son
significativamente diferentes de las demás. La mitad inferior de la salida muestra la diferencia
estimada entre cada par de medias. No hay diferencias estadísticamente significativas entre ningún
par de medias al nivel de confianza del 95,0%. En la parte superior de la página, un grupo
homogéneo se identifica con una columna de X. Dentro de cada columna, los niveles que
contienen X's forman un grupo de medias dentro del cual no hay diferencias estadísticamente
significativas.
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Discusión
La presentó investigación nos contribuye, a continuar incentivando el uso de medios alternativos
naturales, especialmente los generados mediante el aprovechamiento de subproductos como el
pinzote del banano, debido a que estos procesos son amigables con el ambiente y de un gran aporte
en el ámbito de las agrociencias, sobretodo en nuestra comunidad manabita donde la producción
bordea aproximadamente 52612 ha (Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias, 2011).
Así mismo, por qué no decirlo en el mundo de los negocios, tal como lo sostiene Cortez Vega
(2014), al concluir en su investigación que sí existe la factibilidad de producir papel elaborado en
base a residuos de banano ya que se puede aprovechar los altos niveles de productividad de esta
fruta en el Ecuador, así como también se pudo identificar que actualmente la mayor parte de los
productores de banano desechan los residuos de las plantaciones. (p. 152).
Esta investigación en nuestro medio puede partir como origen para futuras investigaciones que se
propongan obtener un papel de mejor calidad como lo logró Andy Huatatoca (2020) cuando obtuvo
papel artesanal con el método de Kurshner y Hoffner de la cáscara de plátano, el mismo que tuvo
una similitud con un papel cartulina, teniendo un gramaje de 45.82 g/m2, teniendo en cuenta que
el color es igual al periódico porque no tiene un blanqueamiento total del papel. (p. 38).
En el aporte ambiental también es importante acotar que, en lo referente a las materias primas, este
método sustituye la madera proveniente de las plantaciones forestales ocupada en la fabricación
del papel industrial, lo cual reducirá la tala indiscriminada de árboles, se aprovechará el desecho
agroindustrial del pseudotallo de plátano y se reciclará papel (Montero Reyes et al., 2021), así
mismo este factor se corrobora con lo expresado por Salazar Zegarra (2020) que en cuanto al
estudio de sostenibilidad ambiental de su investigación se determinó que los impactos negativos
de mayor jerarquía se dan en la etapa de construcción, son la emisión de polvo y generación de
residuos; en el caso de la etapa de operación, son la generación de residuos industriales
básicamente en el recurso hídrico y contaminación acústica, las cuales son consideradas como un
riesgo moderado. (p. 151).
Conclusiones
Se demostró mediante los ensayos realizados, que las variables idóneas de concentración de
hidróxido de sodio (NaOH) para lograr obtener un papel de textura suave y color ámbar a partir
del pinzote de banano (musa paradisiaca) fueron las que se experimentaron con una concentración
de NaOH del 20%, y que es importante acotar que estadísticamente no existieron diferencias
significativas en las diferentes concentraciones de NaOH utilizadas, sin embargo, es importante
recomendar continúen experimentaciones con la intención de continuar disminuyendo las
afectaciones al ambiente.
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78
La Técnica: Revista de las Agrociencias
e-ISSN 2477-8982
https://revistas.utm.edu.ec/index.php/latecnica
Nº. Edición Especial (69-78): 2022
latecnica@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
DOI: https://doi.org/10.33936/la_tecnica.v0i0.4494
Contribución de los Autores
Autor
Contribución
1
Gabriel Alfonso Burgos Briones
1
Diseño de la investigación; revisión
bibliográfica, análisis e interpretación de los
datos, preparación y edición del manuscrito.
2
Cristhian Javier Mendoza Vélez
2
Diseño de la investigación; revisión
bibliográfica, análisis e interpretación de los
datos, preparación y edición del manuscrito.
3
Carlos Efraín Mendoza Vélez
3
Diseño de la investigación; revisión
bibliográfica, análisis e interpretación de los
datos, preparación y edición del manuscrito.
4
Viviana Gisell Bedón Arteaga
5
Ulbio Eduardo Alcívar Cedeño
4
Preparación y edición del manuscrito,
corrección de estilo
5
Interpretación de los datos y revisión del
contenido del manuscrito.
Citación/como citar este artículo:
Burgos, G. A., Mendoza, C. J., Mendoza, C. E., Bedón, V. G. y Alcívar, U. E. (2022).
Aprovechamiento del pinzote de banano (musa paradisiaca) en la elaboración de papel. La
Técnica, Edición Especial, 69-78. DOI: https://doi.org/10.33936/la_tecnica.v0i0.4494