ARTIGO EXTRAÇÃO DE NANOCELULOSE A PARTIR DO PSEUDOCAULE DA BANANEIRA PARA PRODUÇÃO DE BIOPLÁSTICO

8ª FATECLOG - LOGÍSTICA, INOVAÇÃO E EMPREENDEDORISMO
FATEC ZONA LESTE- SÃO PAULO
26 E 27 DE MAIO DE 2017
8ª FATECLOG
LOGÍSTICA, INOVAÇÃO E EMPREENDEDORISMO
26 E 27 DE MAIO DE 2017
ISSN 2357-9684
EXTRAÇÃO DE NANOCELULOSE A PARTIR DO
PSEUDOCAULE DA BANANEIRA PARA PRODUÇÃO
DE BIOPLÁSTICO
RICHARD CASSIO OLIVEIRA AMORIM
FATEC PRAIA GRANDE
richard.amorim@fatec.sp.gov.br
ANDRÉA MOURA LEITE DOS SANTOS
FATEC PRAIA GRANDE
amoura680@gmail.com
JANARA DE CAMARGO MATOS
FATEC PRAIA GRANDE
janara.matos@fatecpg.com.br
MAYARA ELITA CARNEIRO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
mayaraecarneiro@gmail.com
RESUMO
Atualmente o consumismo desenfreado da sociedade tem levado a uma maior degradação ambiental, onde
existe uma estreita e forte relação entre o consumismo e o meio ambiente. Com a globalização, o crescimento
populacional,a industrialização e o consumo desenfreado de recursos naturais, vivemos em constante procura
de novos materiais que tendem a minimizar a quantidade de resíduos gerados pela população, tornando assim
necessária à procura por materiais que diminuam o impacto ambiental e agreguem valor à sustentabilidade. Na
bananicultura brasileira, há uma grande geração de resíduos devido ao próprio ciclo de vida da planta, quando
ocorre a degradação do caule e das folhas após a retirada dos frutos. Esses resíduos, quando não são
aproveitados na compostagem ou artesanato, são depositados de maneira inadequada, atraindo vetores de
doenças ou poluindo o ambiente. Este trabalho visa extrair a nanocelulose,utilizando como matéria-prima fibras
do pseudocaule da bananeira. Em seguida, através de caracterizações químicas e mecânicas, confirmar se há
possibilidade de transformá-la em bioplástico. Como resultados previstos, tanto nos processos químicos, quanto
nos mecânicos,está a obtenção dos filmes de nanocelulose.Tornando assim viável seu uso como uma possível
alternativa socialmente sustentável, tendo como produto final estes filmes, também chamados de bioplástico.
Concluindo a relevância deste estudo como uma alternativa a substituição de matéria -prima na produção de
plásticos. E uma rota para uma substituição de um resíduo orgânico que após seu período de vida útil se torna
lixo, transformando e agregando valores uma biodiversidade.
PALAVRAS-CHAVE: Bananeira; Nanocelulose; Bioplástico.
A B S T R A C T
Currently, the unbridled consumerism of society has led to greater environmental degradation, where there is a
close and strong relationship between consumerism and the environment. With globalization, population growth,
industrialization and the rampantconsumption ofnatural resources,we are constantly searching for new materials
that tend to minimize the amount of waste generated by the population, thus making it necessary to search for
materials that reduce environmental impact and Value to sustainability. In Brazilian banana farming, there is a
large generation of waste due to the plant's own life cycle, when stem and leaves degradation occurs after fruit
removal. These residues, when not used in composting or handicrafts, are inadequately deposited, attracting
vectors of disease or polluting the environment. This work aims to extract the nanocellulose,using as raw material
fibers of the banana pseudocaule. Then, through chemical and mechanical characterization, confirm if there is

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possibility of transforming it into bioplastic. As expected results, both in the chemical processes and in the
mechanics, is the obtaining of the nanocellulose films. This makes its use possible as a possible socially
sustainable alternative, having as final product these films, also called bioplastics. Concluding the relevance of
this study as an alternative to substitute raw material in the production of plastics.And a route to a replacement of
an organic residue thatafter its useful life becomes garbage,transforming and aggregating values a biodiversity.
Keywords: Banana; Nanocellulose; Bioplastic.
1. INTRODUÇÃO
Hoje vivemos num mundo globalizado caracterizado pelo processo de produção e de
consumo em massa, fatores como: crescimento populacional, industrialização, modernização
agrícola faz surgir uma notória preocupação com as questões ambientas. Pesquisas apontam
que o consumo desenfreado da sociedade tem levado a uma maior degradação ambiental,
onde existe uma estreita e forte relação entre o consumismo e o meio ambiente. Isso porque
para atender a demanda da produção e de consumo é necessário retirar matérias primas da
natureza, fabricar e transportar materiais, fazer grande uso de energia elétrica, de água, entre
outros. Tudo isso, gera emissão de gases poluentes, degradação e devastação ambiental,
poluição geral e, consequentemente, a destruição de ecossistemas.
E nesse contexto é necessária a procura por materiais que diminuam o impacto
ambiental e agregue valor à sustentabilidade.
Neste contexto, o Brasil apresenta várias fontes, principalmente após a colheita em
grandes lavouras. No caso da bananicultura, há uma grande geração de resíduos devido ao
próprio ciclo de vida da planta, quando ocorre a degradação do caule e das folhas após a
retirada dos frutos. Esses resíduos, quando não são aproveitados na compostagem ou
artesanato, são depositados de maneira inadequada, podendo atrair vetores de doenças ou
poluir o ambiente.
O objetivo deste artigo é apresentar os resultados, obtidos por meio de pesquisa
experimental, laboratorial e bibliográfica, sobre a possibilidade de se produzir bioplástico
através do pseudocaule da bananeira, tendo como objetivo principal a extração da
nanocelulose como uma alternativa para minimizar o acúmulo desse resíduo orgânico,
buscando rotas alternativas para que os recursos naturais sejam utilizados de forma inteligente
e assim sendo preservados para as gerações futuras.
2. EMBASAMENTO TEÓRICO
2.1 A bananeira
A bananeira é uma planta herbácea, de nome científico Musa spp, da família das
Musacea, caracterizada pela exuberância de suas formas e dimensões das fo-lhas. Possui caule
curto e subterrâneo (rizoma) de onde saem às raízes. O falso caule (pseudocaule) é formado
pela união das bainhas (bases) das folhas e termi-na com uma copa de folhas longas e largas.
Do centro da copa surge a inflorescên-cia, de onde surgirão os frutos. (EMBRAPA, 2010).
Devido ao seu ciclo de vida diferenciado é um dos motivos para que seus resíduos
sejam utilizados. A bananeira tem como característica ao final do seu tempo de vida útil dar
lugar ao um tipo de ”filho” que nasce ao lado do seu pseudocaule, assim dando origem à
próxima planta frutífera, sendo assim a anterior descartada, gerando resíduo. (EMBRAPA,
2010).

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A planta é dividida em: Rizoma, planta mãe, pseudocaule, coração, raquis, vela, en-
gaço e cacho.
2.2 Importância econômica da cultura
A cultura da banana tem grande importância econômica para o Brasil, des-tacando-se
como a segunda fruta mais importante em área colhida, quantidade pro-duzida, valor da
produção e consumo. O mercado interno é o principal consumidor de banana, representando
as exportações apenas 3,4% da produção. Em 2003, o agronegócio da banana exportou mais
de 30 milhões de dólares, principalmente provenientes dos Estados de Santa Catarina e do Rio
Grande do Norte. (BORGES et al., 2004).
A bananicultura ocupa o segundo lugar em volume de frutas produzidas no Brasil e a
terceira posição em área colhida, se fazendo presente na mesa dos brasi-leiros tanto como
sobremesa quanto alimento, com um consumo per capita em torno de 25 kg/ano (EMBRAPA,
2010).
Num ranking mundial das frutas a banana se destaca na primeira posição com uma
produção de 106,5 milhões de toneladas. O Brasil produz sete milhões de toneladas, com
participação de 6,9% nesse total (IBGE, 2014).
2.3 Estudo do pseudocaule
Após a colheita da banana, três tipos de resíduos vegetais são gerados: pseudocaule,
folhas e engaço (figura 1). Com a industrialização da fruta, dois novos resíduos são
produzidos: rejeitos de frutas de má qualidade e descarte de cascas devido ao beneficiamento
da polpa, Normalmente, com exceção às bananas rejeitadas e uma parte das cascas que são
destinadas à alimentação de suínos, esses resíduos permanecem no campo para decomposição
natural. (FILHO, 2011).
Figura 1 – Fluxograma da geração de resíduos na bananicultura
Fonte: Autor (2016)
O descarte do pseudocaule da bananeira após a retirada do fruto é uma prática
constante que tem como objetivo evitar a propagação da Cosmospoli-tes Sordidus
(popularmente conhecido como broca), que é um inseto que se prolife-ra em regiões com
abundância deste tipo de cultivo. O Brasil, terceiro maior produtor mundial de bananas, é
responsável pelo descarte de milhões de toneladas por ano de pseudocaules. (CHERTMAN,
2007).

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2.4 Fibras vegetais
Segundo Albinante et al (2013) a agricultura é uma das atividades que geram mais
resíduos e são constituídos principalmente de fibras vegetais, cujo componente químico
principal é a celulose. Esses resíduos naturais podem ser facilmente misturados a materiais
termoplásticos para a produção de compósitos. As fibras vegetais oferecerem vantagens como
baixo custo, baixa densidade, excelente resistência a solventes e à temperatura. Além disso,
são atóxicas e não abrasivas, sendo facilmente modificadas por agentes químicos.
O benefício no uso de fibras vegetais cresceu significativamente nos últimos anos,
devido a suas aplicações no uso como agentes de reforços em compósitos poliméricos, e seu
grande potencial na substituição de fibras inorgânicas, como a fibra de vidro.
(ZIMMERMANN et al., 2014).
Os principais componentes das fibras vegetais são celulose (polímero de glicose),
hemicelulose (cadeia ramificadas de açucares, na maioria aldopentoses, principalmente
xilose) e lignina (álcoois fenólicos polimerizados), conforme figura 2 que representa um
esquema da estrutura das células de uma fibra lignocelulósica.
Figura 2- Materiais lignocelulósicos
Fonte: SANTOS et al., 2010
A celulose é um polímero natural, um polissacarídeo (substâncias macromoleculares)
proveniente da junção de milhares de moléculas de glicose de configuração Beta existente na
maioria dos vegetais, sendo o principal componente da parede celular dos vegetais e
possuindo características fibrosas que conferem rigidez a plantas. É o material orgânico mais
abundante na terra, a unidade repetitiva da celulose é composta por duas moléculas de glicose
eterificadas por ligações β-1,4-glicosídicas, conhecida como celobiose, contém seis grupos
hidroxila que estabelecem interações do tipo ligações de hidrogênio intra e intermolecular.
(CASTRO 2009).
A forte tendência à formação de cristais de celulose ocorre devido às ligações de
hidrogênio, tornando-a completamente insolúvel em água e na maioria dos solventes
orgânicos.
As hemiceluloses (polioses) são polissacarídeos que representam um dos componentes
da parede vegetal e ocorrem normalmente associados à celulose, definindo as propriedades

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estruturais na parede além de desempenhar funções na regulação do crescimento e
desenvolvimento das plantas. A hemicelulose consiste de vários monossacarídeos
polimerizados, incluindo carboidratos de cinco carbonos (como xilose e arabinose),
carboidratos de seis carbonos (como galactose, glicose e manose), ácido 4-O-metil
glucurônico e resíduos de ácido galactorônico. Em contraste com a celulose, são polímeros
facilmente hidrolisáveis. Eles não formam agregados, mesmo quando são cristalizados com
cadeias de celulose. (PEREIRA, 2010).
A lignina que é uma resina amorfa, está integrada com a celulose e a hemicelulose na
composição de materiais lignocelulósicos, sua estrutura é tridimensional. É um material
hidrofóbico, altamente ramificado, podendo ser classificada como um polifenol, o qual é
constituído por um arranjo irregular de várias unidades de fenilpropano que pode conter
grupos hidroxila e metoxila como substituintes no grupo fenil. As ligações éteres dominam a
união entre as unidades da lignina, que apresenta um grande número de interligações.
3.5 Características das fibras da bananeira
Alguns resultados foram relatados por autores em relação à fibra do pseudocaule,
segundo Pereira (2013) e Abdul Khalil et al. (2006), foram determinados valores variando:
• De 31, 3 a 63,9 de α-celulose.
• Além do mais, uma variação muito maior foi observada na porcentagem de
hemicelulose, onde o menor valor relatado foi de:
• 0,8% (GUIMARÃES et al., 2009) e o mais elevado foi de 33,6% (Li et al.,
2010).
• Conteúdos de lignina de 11,2% (ROMERO-ANAYA et al., 2011) para 18,6%
(Abdul khalil et al., 2006) e de cinzas de 1,2% (SATYANARAYANA et al., 2007) para
10,7% (JAYAPRABHA et al., 2011)
• A camada do pseudocaule é constituída por três partes: camada externa, seda
(interna) e renda (intermediária). A camada externa é a mais grossa, sendo utilizada para
trabalhos que requerem maior resistência do material. A parte interna é a mais fina, indicada
para acabamentos. A camada interme-diária é a ideal para ornamentar (BASTOS, 2010).
2.5 O Bioplástico
Bioplásticos não são um único tipo de plástico, mas sim uma família de materiais que
variam consideravelmente um do outro. Bioplásticos em geral são parcialmente ou
completamente baseados em recursos naturais. A biomassa usada para plásticos baseado em
bio (de origem grega que significa “vida”), hoje vem principalmente de grãos (milho), Cana-
de-açúcar, batata ou óleo de mamona ou outros recursos naturais, como a celulose. E os
resíduos da cultura (palha de milho, palha) crescerão mais importantes no futuro, no que tange
sua nova utilidade no mercado. (HARALD K.; ERWIN V., 2015).
3. DESENVOLVIMENTODATEMÁTICA
Este trabalho elaborou dois tipos de metodologia, um químico e outro mecânico.
Ambos foram experimentais, elaborados a partir de uma parceria com a Universidade Federal
do Paraná (UFPR) com o auxílio das professoras Dra. Mayara Carneiro e Dra. Graciela

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Muniz, nestas metodologias foram utilizados dois processos distintos para fins comparativos:
1) Método Químico: Utiliza agentes químicos específicos para cozinhar sob pressão, o
material. Os processos podem ser basicamente ácidos (sulfito) ou alcalinos (sulfato e soda).
Plenamente empregado na indústria de celulose e papel, tendo como desvantagem, a formação
de resíduos altamente poluidores. 2) Método Mecânico: Utilizam apenas energia mecânica,
não envolvendo emprego de reagentes químicos, porém o custo é elevado.
O pseudocaule foi moído em moedor de cana e as fibras obtidas foram pesadas e
possuíam um tamanho irregular entre 5 a 40 cm.
A amostra foi seca por uma incubadora de recirculação de ar a 50°C por 7 dias e foi
enviada a Universidade Federal do Paraná, onde foi triturada em um Moinho de martelo e
uma posterior classificação em um agitador de peneiras eletromagnético, com malhas de 250,
180, 75, 59, 0,125 ppm. Após esta etapa a amostra foi dividida em duas: 1) uma sofreu o
processo de mercerização; 2) outra sofreu o processo mecânico.
As amostras moídas sofreram a mercerização, com o intuito de desintegrar as cadeias
das fibras da bananeira. Assim, utilizou-se solução NaOH 5% (m/v), à temperatura ambiente
sob agitação vigorosa durante 2 horas. Após este tratamento, a amostra foi lavada com água
destilada até o pH se ajustar próximo a 7,0. Depois a amostra foi seca durante 24h em estufa
de recirculação de ar a 40°C.
Estas amostras foram submetidas a dois procedimentos para minimização de suas
cadeias, para obter a nanocelulose. Desta maneira, avaliou-se o tratamento químico, a
hidrólise e o tratamento mecânico, desfibrilação em moinho, para possível obtenção da
celulose.
Para o branqueamento, utilizou de H2O2 24% (v/v) e NaOH 4% (m/m). No processo a
amostra foi tratada a 50°C, sob agitação vigorosa durante 2h, em uma placa de agitação temos
a amostra.
A hidrólise ácida na proporção de 1:20 (m/v) de ácido sulfúrico 60 % (m/m) ocorreu
sob agitação vigorosa, a 45°C durante 130 min, segundo metodologia adaptada descrita por
Orts et al. (2005).
Após a hidrólise, a reação foi parada com água deionizada gelada numa proporção de
1:5 (v/v). A amostra foi homogeneizada em agitador por 2 min, e centrifugada a 12.000 rpm
por 10 min. O líquido foi retirado e o produto de fundo foi lavado com água deionizada e
depois agitado nas mesmas condições. O procedimento pós-hidrólise foi realizado três vezes.
Já o processo mecânico, onde o pseudocaule também foi moído em moedor de cana e
as fibras obtidas possuíram um tamanho irregular de 5 a 40 cm. A amostra foi seca por uma
incubadora de recirculação de ar a 50°C por 7 dias e o material após mercerização foi
transformado em uma suspensão com água destilada na concentração 3% (IWAMOTO et al.,
2008). Segue para o processo mecânico de desfibrilação em moinho onde a celulose pode ser
reduzida a diâmetros muito pequenos, atingindo de 25 a 100 nm, sendo chamada de celulose
microfibrilada, e diâmetros de 5 a 30 nm para a celulose nanofibrilada. (SEHAQUI et al.
2011). Foram avaliadas 8 passagens pelo moinho, seguindo recomendações de Viana (2013).
Para produção dos filmes nanocelulósicos (bioplásticos) foi estabelecida uma
gramatura desejada de 60 g/m². Com base neste valor e com a umidade de cada suspensão
nanocelulósica determinada, foram calculadas as massas necessárias para atingir esta mesma
gramatura para todos os tratamentos, considerando a área de cada filme nanoestruturado igual
a 113 cm². Os filmes nanocelulósicos foram produzidos por meio da deposição da suspensão
nanocelulósica sobre o conjunto papel-filtro sob uma tela de nylon para serem filtrados a
vácuo.
Foram então secos na máquina formadora de papel, sob temperatura em torno de 70°C
e pressão constante de 80 KPa durante um tempo variando de 15-20 minutos. Os filmes

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nanoestruturados foram previamente acondicionados em sala climatizada com temperatura de
23 ± 2 °C e umidade relativa do ar de 50 ± 2% (Norma TAPPI T402–om-94) para posterior
confecção dos corpos-de-prova e dos testes laboratoriais.
Para a caracterização macroscópica foram capturadas imagens em Lupa Zeiss, modelo
Discovery V.12, com magnitude de 12 vezes, dos filmes produzidos.
A figura 3 apresenta os processos químicos utilizados desde a extração da amostra até
a obtenção do bioplástico.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Desintegração das fibras do pseudocaule da bananeira
A metodologia proposta para a mercerização do pseudocaule de bananeira, por meio
da solução de NaOH e posterior branqueamento com o peróxido e hidróxi-do mostrou-se
eficiente, atingindo assim os resultados. Na figura 3, observa-se a fibra obtida após este
processo.
Com esta solução álcali (NaOH) foi possível realizar uma primeira desintegração do
material e com o branqueamento, romperam-se as cadeias de lignina, resultando na celulose.
Figura 3- fibra obtida após branqueamento
Fonte: Autor (2016)
4.2 Nanocelulose
Os dois métodos propostos mostraram-se eficientes e produziram nanoceluloses.
Visualmente não se percebe diferença entre as duas metodologias, a hidrólise e o moinho
desfibrilador, conforme figura 4.
Observou-se que a suspensão produzida se apresenta semelhante ao descrito por outros
autores, indicando que esta suspensão tem nano estruturas de celulose (VIANA, 2013).
Porém, é necessário realizar uma caracterização por Microscopia Eletrônica de
Transmissão (MET), desta maneira pode-se mensurar a dimensão das nanopartículas, ou seja,
nanofibras e verificar em escala nanométrica se houve diferenças significativas entre as
metodologias propostas neste trabalho.
Em termos de geração de resíduos a metodologia via processamento mecânico,
moinho, apresenta-se mais vantajosa. Pois, não há geração de resíduos químicos como
acontece na hidrólise. No cenário nacional, já existe implantado em uma empresa papeleira,

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um moinho de desfibrilação em escala industrial. Assim, podendo tornar esta pesquisa de
caráter laboratorial em uma alternativa para a indústria.
Figura 4- Solução obtida após hidrólise ácida e moinho
Fonte: Autor (2016)
4.3 Bioplástico (filmes)
A Figura 5 demonstra o aspecto visual dos filmes produzidos. Estão separadas em 3
partes: a) Filme de aspecto grosseiro (mediante gramatura); b) Filme formado, porém
fragmentado; c) Filmes sendo preparados para os ensaios de absorção de água, sendo o de
cima da hidrólise e de baixo do processo mecânico
Figura 5- Filmes produzidos
a) b) c)
Fonte: Autor (2016)
Os filmes nanocelulósicos produzidos apresentam-se similares aos descritos na
literatura Viana (2013), Wang et al., (2013), porém estas referências são de filmes produzidos
com fibras de madeira. Visualmente não houve diferença entre os produtos das duas
metodologias propostas.
Tendo como resultado nos ensaios de tração: sendo o de cima da hidrólise: 15,5 ± 3,1
(Mpa), e na absorção: 46,26 ± 5,3 (g/m²); e de baixo do processo mecânico: 18,6 ± 2,7 (Mpa),
e na absorção: 51,02 ± 6,9 (g/m²), sendo assim na média como mostra os resultados das
literaturas estudadas.
Assim como de acordo com Pereira (2010), foi possível extrair nanocelulose por
hidrólise ácida, tendo como matéria-prima fibras do pseudocaule de bananeira. A confirmação
só será possível por meio da microscopia eletrônica de varredura. Depois de comprovada, a
extração de nanocelulose do pseudocaule da bananeira mostrou ser uma alternativa para o

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aproveitamento de resíduos agroindustriais, evitando assim o desperdício e a contaminação, e
ao mesmo tempo, obtendo um produto de alto valor agregado.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após os experimentos executados e a análise dos resultados obtidos conclui-se que é
possível obter a nanocelulose através de hidrólise ácida e mecânica, tendo como matéria
prima fibras do pseudocaule de bananeira, mas a confirmação só é possível por meio da
microscopia eletrônica de varredura e para a cristalinidade dos nanofilmes é necessário um
difratômetro de Raio-X que serão feitos em trabalhos futuros.
A metodologia proposta para mercerização mostrou-se eficiente. As fibras extraídas do
pseudocaule da bananeira exibem um alto conteúdo de extrativos e cinzas, que são em grande
parte removidos pela mercerização e pelo branqueamento, purificando a fibra.
No processo mecânico o número de passes da polpa pelo moinho desfibrilador resulta
na diminuição no grau de cristalinidade da celulose nanofibrilada sendo assim as fibras de
bananeira representam uma fonte adicional de biomassa renovável com propriedades
atrativas, além de ter um baixo custo.
Os dois procedimentos para a produção de nanocelulose foram adequados, porém pelo
tratamento mecânico produziu mais rapidamente e sem gerar resíduos químicos. Os
bioplásticos de nanocelulose de bananeira mostraram-se semelhantes aos produzidos com
fibras de madeira e apresentam uma elevada resistência. Ao término desta pesquisa observa-se
o grande potencial desta matéria-prima. Além de aproveitar o resíduo da bananeira tem-se a
possibilidade de produzir um material sustentável.
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