TIERRA
Ciencia y Biodiversidad
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ELABORACIÓN DE HIDROGELES PARA
LA REMOCIÓN DE RESIDUOS DE AGUA
A BASE DE CELULOSA EXTRAÍDA DEL
RESIDUO DE FRUTAS
PRODUCTION OF HYDROGELS FOR THE REMOVAL OF
WATER RESIDUES BASED ON CELLULOSE EXTRACTED
FROM FRUIT RESIDUE
María José Dávila Jiménez
Investigador Independiente de la Universidad San Francisco de Quito
Quito – Ecuador
Ingeniera en Alimentos
Universidad San Francisco de Quito
davilamajo4@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-8550-4694
María Paula Granja Salazar
Investigador Independiente de la Universidad San Francisco de Quito
Quito – Ecuador
Ingeniera en Alimentos
Universidad San Francisco de Quito
granjapaula@gmail.com
Recibido: 30/06/2022 – Aceptado: 29/07/2022
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Ciencia y Biodiversidad
Como citar este artículo:
Dávila, D., Granja, P., López, M., Zambrano, V., & Erazo, E., (Enero – Diciembre
2022). Elaboración de hidrogeles para la remoción de residuos de agua a base de
celulosa extraída del residuo de frutas. Tierra Innita (8), 158-163. https://doi.org/
10.32645/26028131.1160
Veridiana Salomé Zambrano Suárez
Investigador Independiente de la Universidad San Francisco de Quito
Quito – Ecuador
Ingeniera en Alimentos
Universidad San Francisco de Quito
veridiana.zambrano@gmail.com
Emilene Alexandra Erazo Morocho
Investigador Independiente de Universidad San Francisco de Quito
Quito – Ecuador
Ingeniera en Alimentos
Universidad San Francisco de Quito
emileneerazo@gmail.com
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.Cómo citar este artículo:
Dávila, D., Granja, P., López, M., Zambrano, V., & Erazo, E., (Enero – Diciembre 2022). Elaboración de hidrogeles para la remoción de residuos de agua a base de celulosa extraída del residuo de
frutas. Tierra Innita (8), 158-163. https://doi.org/10.32645/26028131.1160
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Resumen
En este artículo se analiza el marco conceptual en literatura especializada sobre la fabricación
de hidrogel en base de frutas mediante el cual se reduce el impacto ambiental; además por su
estructura tridimensional y exibilidad se puede fabricar a partir de reticulación física o química.
Su gomosidad es una ventaja que les permite asemejarse a los tejidos de los seres vivos; y por su
fácil adaptación a éstos y a la celulosa que es un polímero natural y abundante en la naturaleza, su
uso se incrementa permanentemente en la industria y en la optometría; además se produce en las
plantas y en las bacterias por medio de disolución química. También se arma que la industria, por
sus colorantes, contamina las reservas de aguas superciales y las subterráneas; y la utilización de
los hidrogeles han contribuido a disminuir dicha contaminación gracias a su absorción; y asimismo
se los utiliza, con éxito, para la limpieza de tintes en agua residual. La metodología utilizada
consistió en la revisión de alrededor de ocho fuentes bibliográcas en las cuales participan más de
cuarenta investigadores; a continuación, se describe en breve el método de extracción de celulosa
y elaboración de los hidrogeles, en base de lo cual se llega a las conclusiones que los hidrogeles
basados en celulosa tienen la propiedad de absorber y retener una gran cantidad de agua que
les provee varias propiedades sicoquímicas que hacen que los hidrogeles tengan una amplia
gama de aplicaciones de interés para la industria, igualmente para la ciencia, en general, y en la
biomedicina para la elaboración de lentes de contacto y la remoción de tientes del agua.
Palabras Clave: Hidrogeles, Lentes de contacto, Residuo de frutas, Celulosa, Agua residual
Abstract
This article analyzes the conceptual framework in specialized literature on the manufacture of
fruit-based hydrogel through which the environmental impact is reduced; In addition, due to its
three-dimensional structure and exibility, it can be manufactured through physical or chemical
crosslinking. Their rubberiness is an advantage that allows them to resemble the tissues of living
beings; and due to its easy adaptation to these and to cellulose, which is a natural polymer and
abundant in nature, its use is constantly increasing in industry and in optometry; It is also produced
in plants and bacteria by means of chemical dissolution. It is also stated that the industry, due to its
dyes, pollutes surface water reserves and groundwater; and the use of hydrogels have contributed
to reducing said contamination thanks to their absorption; and they are also used, successfully,
for the cleaning of dyes in waste water. The methodology used consisted of the review of around
eight bibliographic sources in which more than forty researchers participated; Next, the method of
extracting cellulose and elaborating hydrogels is briey described, based on which the conclusions
are reached that cellulose-based hydrogels have the property of absorbing and retaining a large
amount of water that provides them with various physicochemical properties that make hydrogels
have a wide range of applications of interest for industry, as well as for science, in general, and in
biomedicine for the manufacture of contact lenses and the removal of dyes from water.
Keywords: Hydrogels, Contact lenses, Fruit residue, Cellulose, Wastewater
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.Cómo citar este artículo:
Dávila, D., Granja, P., López, M., Zambrano, V., & Erazo, E., (Enero – Diciembre 2022). Elaboración de hidrogeles para la remoción de residuos de agua a base de celulosa extraída del residuo de
frutas. Tierra Innita (8), 158-163. https://doi.org/10.32645/26028131.1160
ELABORACIÓN DE HIDROGELES PARA LA
REMOCIÓN DE RESIDUOS DE AGUA A BASE
DE CELULOSA EXTRAÍDA DEL RESIDUO DE
FRUTAS
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Introducción
Se ha incrementado la fabricación de hidrogeles a partir de residuos de fruta ya que aporta
varios benecios, entre ellos la reducción del impacto ambiental. En términos generales, los
hidrogeles son una estructura tridimensional hidrofílica que se produce a partir de la reticulación
química o física [1]. Esta estructura posee gran exibilidad debido a su alto contenido de agua.
Además, su gomosidad es una ventaja ya que le permite asemejarse a los tejidos de los seres
vivos [2]. El uso de estos polímeros de fuente natural en biomedicina va en aumento ya que se
adaptan mejor en los organismos vivos. Uno de los compuestos que se utilizan para la fabricación
de hidrogeles es la celulosa debido a que es uno de los polímeros naturales más abundantes,
no solo producido por las plantas sino también por bacterias [3]. Estos hidrogeles pueden ser
preparados a partir de una celulosa pura y nativa por medio disolución química [4].
En este marco es necesario armar que, las industrias son los principales contaminantes de
reservorios de aguas superciales y subterráneas, donde uno de los contaminantes es el colorante
debido al desarrollo potencial de la industria textil. La utilización de hidrogeles para la limpieza de
los residuos contaminantes en agua ha sido una solución ideal para el ambiente gracias a su buena
absorción [5]. El presente estudio revela la utilización de hidrogeles para la limpieza de tintes en
agua residual y aplicaciones biomédicas como la fabricación de lentes de contacto.
Materiales y Métodos
Se realizó el análisis del marco conceptual en literatura especializada acerca del uso de
los residuos de frutas para la elaboración de hidrogeles. También se contemplaron dos posibles
aplicaciones de este material polímero de tipo hidrogeles, una de ellas relacionada con la
elaboración de lentes de contacto; y la segunda tiene que ver con la remoción de tintes del agua.
A continuación, se describe en breve el método de extracción de celulosa y elaboración de los
hidrogeles.
Aislamiento de la celulosa de los residuos de fruta: Para ilustrar este procedimiento se
emplea la piña (Ananas comosus) que se encuentra encerrada por una piel rme y dura; su extremo
superior termina con una vistosa corona de hojas verdosas. La cáscara se separa y se lava hasta
remover impurezas, se seca en un horno a 50°C por 24h y luego se pulveriza con una pantalla
de malla-100 para obtener un polvo de la cáscara. Para aislar la celulosa: 50g del polvo obtenido
se mezclan con 1000mL de agua destilada con agitación a 80°C por 2h. Luego se ltra, el residuo
sólido se lignica con una solución de NaCl en agitación por 4h. Para remover la hemicelulosa, los
residuos secos son tratados con KOH en agitación por 10h. Luego de ltrar los residuos se lavan
con agua destilada y con etanol al 95% alternándose hasta que el ltrado sea neutro y se seca a
50°C por 24h [6].
Elaboración de los Hidrogeles: Existen varias técnicas para la elaboración de hidrogeles,
entre las que se destacan, la que se realiza por medio de ciclos de hielo-deshielo [1], reacción de
polimerización mediante radicales libres [5] [7] [8] y, por último, el proceso menos complejo que
consiste en disolver 0,3g de celulosa en 15g de BmimCl (Cloruro de 1-butil-3-metilimidazolio) en
agitación constante a 110°C por 3 h y luego enfriar a temperatura ambiente hasta la obtención del
hidrogel [6].
Evaluación de los hidrogeles: Para el caso de la remoción de tintes del agua se realizaron
algunas pruebas como la tasa de hinchamiento, la sensibilidad al pH, la reusabilidad y la capacidad
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.Cómo citar este artículo:
Dávila, D., Granja, P., López, M., Zambrano, V., & Erazo, E., (Enero – Diciembre 2022). Elaboración de hidrogeles para la remoción de residuos de agua a base de celulosa extraída del residuo de
frutas. Tierra Innita (8), 158-163. https://doi.org/10.32645/26028131.1160
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de absorción de cada tinte [1] [5] [6] [8]. Respecto al uso de hidrogeles en lentes de contacto se
realizaron pruebas de permeabilidad de oxígeno y estudios in vivo y ex vivo en conejos y ratones
para evaluar la biocompatibilidad, niveles de irritación, etc. [3] [7]
Resultados y Discusión
Evaluación de hidrogeles de celulosa para la fabricación de lentes de contacto: Los lentes
de contacto deben presentar una buena permeabilidad al oxígeno ya que la córnea es avascular
y necesita el oxígeno para la respiración celular, para ello se considera la cantidad de celulosa con
la que se debe trabajar. Mientras mayor contenido de celulosa exista menor permeabilidad de
oxígeno presentará [3]. Los hidrogeles de celulosa vegetal (concentraciones de 2 a 5% del material)
cuya permeabilidad al oxígeno obtenida se encuentra entre 55 y 115 barrer/cm se encuentran
dentro de los rangos aceptables que son 26-175 barrer/cm para lentes de contacto comerciales.
Mediante un proceso de esterilización (autoclave), se controla que no haya la presencia de
bacterias, hongos y toxinas para garantizar inocuidad en el mismo [7]. Se estudió en ratas y conejos
entre 14 y 22 días sin indicar presencia alguna de dichos microorganismos. Además, se estudia
la citotoxicidad mediante implantación subcutánea en ratas y la incubación de células en medios
con extractos de los dichos hidrogeles. Se obtuvo un porcentaje de viabilidad celular mayor a 91%
indicando que el uso de los lentes es seguro [3] [7].
Mediante el procedimiento de la norma ISO 9394 se estudia la biocompatibilidad de los
lentes de contacto y se asegura que no produzcan ninguna irritación. Se prueban los lentes
en los animales antes mencionados, utilizando la escala de Draize. De esta forma, se obtuvo
una puntuación de 1 indicando que no hubo abrasión de la córnea, irritación u otro problema
oftalmológico tras aproximadamente 22 días. Ciertos conejos presentaron una coloración roja en
el ojo, sin embargo, se comparó con el lente de control, el cual también generó una coloración
similar en los primeros días [3] [7].
Absorción de residuos con diferentes tipos de hidrogeles de celulosa: El estudio de Dai,
Huang y Huang expresa que la absorción de azul de metileno por hidrogeles de celulosa de cáscara
de piña es un método eco amigable y asequible. La adición de diatomita magnética (m-DE) mejora
los geles en cuanto a absorción y capacidad de hinchamiento, se observa que la capacidad de
absorción tiene relación directa con el contenido de m-DE; a 30°C se obtuvo un valor de absorción
de azul de metileno de 26,06 mg/g con el hidrogel común, mientras que el hidrogel con la dosis
más baja de m-DE registró 36,52 mg/g. Además, estos hidrogeles son reusables, pues tras realizar
4 ciclos completos de absorción y desorción se obtuvo un 90% de eciencia [6].
Los mismos autores presentan otro estudio sobre la absorción de azul de metileno, pero con
la adición de óxido de grafeno (GO) y bentonita (B) a hidrogeles de celulosa carboximetil (PCMC) o
de alcohol polivinílico (PVA). Análisis realizados mediante SEM (microscopio electrónico de barrido)
demuestran que el agregar GO y B permiten obtener hidrogeles con supercie adecuadamente
porosa que sirva de canal para transferencia de masa que permita una mayor absorción de tintes.
Por otro lado, la capacidad de absorción incrementa; el hidrogel original de PCMC y PVA registra
65,83 mg/g a 30°C; mientras que la combinación PCMC-PVA-GO-B obtiene 136, 56 mg/g [1]. Se
determinó que estos hidrogeles también presentan características de reusabilidad.
En un tercer estudio, Dai y Huang presentaron las propiedades de un hidrogel ácido de
celulosa acrílica de cáscara de piña, a la que se añadió caolinita y tinta de sepia para la absorción de
azul de metileno. Se obtuvo que la adición de caolinita al 10% presenta los mejores resultados de
eciencia y absorción, por otro lado, la cantidad adecuada de tinta de sepia fue al 20%. En ambos
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Dávila, D., Granja, P., López, M., Zambrano, V., & Erazo, E., (Enero – Diciembre 2022). Elaboración de hidrogeles para la remoción de residuos de agua a base de celulosa extraída del residuo de
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casos se determina que cantidades mayores pueden bloquear la red de polímeros y disminuir la
absorción, al acumular caolinita o tinta de sepia en la supercie [8].
Conclusiones
Los hidrogeles a base de celulosa pueden absorber y retener una importante cantidad de
agua. Gracias a esto tienen varias propiedades sicoquímicas que juntas permiten a los hidrogeles
tener una amplia gama de aplicaciones y atraen a cientícos e industrias a nivel mundial.
Este trabajo busca enfocarse en las potenciales aplicaciones de los hidrogeles en biomedicina
para lentes de contacto y aplicaciones ambientales como es la remoción de tintes del agua.
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