Avaliação de formulações de hidrogéis utilizando mucilagem de Agave sisalana

Abstract

A polpa de Agave sisalana, conhecida popularmente como mucilagem, é um resíduo gerado no processo de desfibramento das folhas para a obtenção de fibras de sisal. De baixo valor agregado, esse resíduo apresenta aplicação limitada, sendo destinado à ração animal ou ao uso como adubo. Neste trabalho, propõe-se uma nova aplicação para a polpa de agave por meio de seu processamento visando ao desenvolvimento de hidroretentores. Inicialmente, a polpa foi submetida à compostagem em campos de sisal e, posteriormente, a uma etapa de lavagem para remoção de materiais solúveis e impurezas minerais. Para a produção dos hidrogéis, empregou-se tanto a polpa compostada e lavada (59,69 ± 0,84% de lignina) quanto o lignossulfonato (80,59 ± 0,84% de lignina) obtido por polpação sulfito, de modo a investigar como a concentração de lignina e a hidrofilicidade — no caso do lignossulfonato, conferida pela inserção de grupos sulfonatos (SO₃) — afetam o rendimento, o intumescimento e a degradabilidade dos materiais. As formulações foram avaliadas por meio de um planejamento fatorial 23 , com triplicatas no ponto central, variando as concentrações de polpa/lignossulfonato, poli(álcool vinílico) (PVA) e epicloridrina (ECH). A melhor condição foi observada no ponto central do planejamento, para ambas as fontes de lignina, correspondendo a 5,0% de polpa/lignossulfonato, 7,5% de PVA e 3,75% de ECH, resultando em valores de intumescimento (402,21 ± 0,29% e 402,95 ± 0,41%, respectivamente) e fração gel (41,41 ± 0,16% para ambos), sendo os resultados estatisticamente iguais (p < 0,05). Após a definição da melhor condição, o processo foi reproduzido com lignina alcalina (mais hidrofóbica), obtida da polpa de agave, e com um lignossulfonato comercial (mais hidrofílico), permitindo avaliar a influência do tipo de lignina na formulação. Os resultados mostraram que a polpa e o lignossulfonato de agave apresentaram desempenho superior quanto ao intumescimento e à fração gel em comparação às demais ligninas. Esses achados evidenciam o potencial da utilização direta da polpa de Agave sisalana como matéria-prima para a produção de hidrogéis sustentáveis, de baixo custo e com alta capacidade de retenção de água, agregando valor a um resíduo agrícola e abrindo perspectivas para aplicações em sistemas agrícolas e ambientais.

The pulp of Agave sisalana, commonly known as mucilage, is a residue generated during the defibration process of the leaves to produce sisal fibers. With low added value, this residue has limited applications, being mostly destined for animal feed or used as fertilizer. In this work, a new application for agave pulp is proposed through its processing for the development of water-retaining hydrogels. Initially, the pulp was subjected to composting in sisal fields and subsequently to a washing step aimed at removing soluble materials and mineral impurities. For hydrogel production, both the composted and washed pulp (59.69 ± 0.84% lignin) and lignosulfonate (80.59 ± 0.84% lignin) obtained from sulfite pulping were employed, to investigate how lignin concentration and hydrophilicity — conferred in the case of lignosulfonate by the insertion of sulfonate groups (SO₃) — affect the yield, swelling capacity, and degradability of the materials. The formulations were evaluated using a 2³ factorial design with triplicates at the central point, varying the concentrations of pulp/lignosulfonate, poly(vinyl alcohol) (PVA), and epichlorohydrin (ECH). The best condition was observed at the central point of the design for both lignin sources, corresponding to 5.0% pulp/lignosulfonate, 7.5% PVA, and 3.75% ECH, resulting in swelling degrees of 402.21 ± 0.29% and 402.95 ± 0.41%, respectively, and gel fractions of 41.41 ± 0.16% for both, with no statistically significant differences between lignins (p < 0.05). After defining the best condition, the process was reproduced with alkaline lignin (more hydrophobic), obtained from agave pulp, and a commercial lignosulfonate (more hydrophilic), allowing the evaluation of the influence of lignin type on the formulation. The results showed that agave pulp and lignosulfonate exhibited superior performance in terms of swelling and gel fraction when compared to the other lignins. These findings highlight the potential of directly using Agave sisalana pulp as a raw material to produce sustainable, low-cost hydrogels with high water retention capacity, thereby adding value to an agricultural residue and opening perspectives for applications in agricultural and environmental systems.