Dual-Route Nanocellulose Production from Pineapple Waste: A Comparative Environmental and Process Evaluation of Acid Hydrolysis and Bacterial Biosynthesis

Abstract

Abstract. This study compares two methods for extracting nanocellulose from pineapple agro-waste: chemical hydrolysis using sulfuric acid, and bacterial biosynthesis via Rhizobium leguminosarum biovar trifolii. SEM, FTIR, and AFM characterized nanocellulose produced by both routes. A multi-criteria decision matrix was used to evaluate process efficiency, environmental impact, and operational complexity. The bacterial route showed advantages in water footprint (0.3 L vs. 14 L), purification simplicity (~2 steps vs. ~5), and waste safety (non-hazardous vs. highly corrosive). AFM analysis revealed thinner fibers in bacterial nanocellulose (~37 nm) compared to the chemical route (~70 nm). Radar chart visualization reinforced these findings. Results support bacterial biosynthesis as a more sustainable and scalable alternative for nanocellulose production from lignocellulosic residues.

Resumen. En este estudio se comparan dos métodos de extracción de nanocelulosa a partir de residuos agrícolas de piña: la hidrólisis química con ácido sulfúrico y la biosíntesis bacteriana mediante Rhizobium leguminosarum biovar trifolii. Mediante SEM, FTIR y AFM se caracterizó la nanocelulosa producida por ambas rutas. Se utilizó una matriz de decisión multicriterio para evaluar la eficiencia del proceso, el impacto ambiental y la complejidad operativa. La ruta bacteriana mostró ventajas en la huella de agua (0,3 L frente a 14 L), la simplicidad de la purificación (~2 pasos frente a ~5) y la seguridad de los residuos (no peligrosos frente a altamente corrosivos). El análisis AFM reveló fibras más finas en la nanocelulosa bacteriana (~37 nm) en comparación con la ruta química (~70 nm). La visualización de gráficos de radar reforzó estos hallazgos. Los resultados apoyan la biosíntesis bacteriana como alternativa más sostenible y escalable para la producción de nanocelulosa a partir de residuos lignocelulósicos.