UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA
CALIFORNIA SUR
Área de Conocimiento de Ciencias del Mar
Departamento Académico de Ingeniería en Pesquerías
TESIS
Extracción de quitina y quitosano a partir del exoesqueleto de
langosta roja (Panulirus interruptus)
Como requisito para obtener el título profesional de:
Ingeniero en Pesquerías
Presenta:
Yesenia Esmeralda Cota Castro
Director
Q.BR. Ramona Lauterio García
La Paz, B.C.S. Febrero del 2015
Resumen
La quitina y el quitosano son biopolímeros contenidos principalmente en el
exoesqueleto de los crustáceos y que en la actualidad son de suma importancia.
La mayoría de los trabajos que se han realizado, han sido a base de
exoesqueletos de camarón principalmente.
En este documento se trabajó con muestras de exoesqueleto de langosta roja, las
cuales se sometieron a cuatro procesos: la desproteinización, que es un proceso
donde se remueve el contenido de proteínas; la desmineralización, que consiste
en la remoción del contenido de minerales; hasta este punto se obtiene un
biopolímero llamado quitina; después la muestra se sometió a un lavado con
acetona para la remoción de los pigmentos y posteriormente con agua destilada
para neutralizar la muestra. Por último, se realizó la desacetilación, la cual
consiste en la eliminación de los grupos acetilos para la obtención del biopolímero
quitosano.
Además de su extracción, se les sometió a un análisis proximal y una medición de
pH, para obtener la caracterización de la quitina. Las pruebas realizadas al
quitosano fueron el porcentaje de solubilidad y el grado de desacetilación del
quitosano para determinar la caracterización de ambos biopolímeros
Dedicatoria
A mi hijo Leonardo por ser la principal inspiración, el principal
motivo de superación, y el principal motivo de convertirme en una
mejor persona.
A mi bebe; que aunque solo tenga 4 meses de estar en mi vientre, desde
el momento que supe que vendría, me ha dado motivos para
esforzarme aún más.
A mis padres; porque ellos siempre han sido siempre mi gran apoyo a
pesar de todas las dificultades, siempre puedo contar con ellos en los
buenos y malos momentos.
A mis hermanas, porque al igual que mis padres siempre me han dado
su apoyo para superarme.
A Juan Carlos, por su amor, su paciencia, su comprensión y
principalmente por enseñarme a ser más fuerte.
Agradecimientos
A mi hijo Leonardo, por ser lo mejor que me ha sucedido y por darme
todo su amor incondicional a pesar de no haber estado o no haberte
dedicado más tiempo contigo como yo lo hubiera querido.
A mis padres y hermanas por el apoyo, la paciencia, los regaños, los
consejos, por el amor, la comprensión y por todas las cosas que me han
brindado a lo largo de mi vida y mi carrera profesional.
A la Maestra Mony, por ser mi Directora de tesis y mi Maestra; a la
cual le tengo un gran cariño y respeto, por sus conocimientos, su
apoyo, sus consejos y porque siempre está dispuesta a ayudar sin
esperar recibir algo a cambio.
A mis Asesores de tesis el Dr. Alfredo Flores Irigollen, por los
conocimientos brindados, el apoyo y por ayudarme a resolver las dudas
que se me presentaban y al Dr. Marco Antonio Cadena Roa, por sus
conocimientos y apoyo.
A los que fueron mis compañeros durante la carrera y que ahora son
mis amigos.
Contenido
1. Introducción ............................................................................................................. 1
2. Revisión de literatura .............................................................................................. 4
2.1. Pesquería de la Langosta ................................................................................ 4
2.2 Presentación del producto ................................................................................. 6
2.3. Biología de la langosta roja (Panulirus interruptus) ........................................ 7
2.4. Quitina y quitosano ......................................................................................... 10
2.4.1 Propiedades de los biopolímeros ............................................................. 13
2.4.2 Obtención de quitina por método químico ............................................... 16
2.4.3. Obtención de quitina por método biológico ............................................. 17
2.4.4. Obtención de quitosano por método químico ......................................... 18
2.4.5. Obtención de quitosano por método biológico ........................................ 18
2.5. Análisis de purificación ................................................................................... 19
2.6. Aplicaciones .................................................................................................... 20
3. OBJETIVOS .......................................................................................................... 23
3.1. Objetivo general .............................................................................................. 23
3.2. Objetivos específicos ...................................................................................... 23
4. METODOLOGÍA .................................................................................................... 24
4.1. Preparación de la materia prima .................................................................... 24
4.2. Obtención de quitina ....................................................................................... 25
4.3. Análisis proximal ............................................................................................. 28
4.4. Caracterización fisicoquímica ........................................................................ 28
4.5. Obtención de quitosano.................................................................................. 29
4.6 Caracterización fisicoquímica del quitosano .................................................. 29
5. RESULTADOS ...................................................................................................... 31
6. CONCLUSIONES.................................................................................................. 39
7. RECOMENDACIONES PARA LA CONTINUIDAD DEL TRABAJO ................... 41
8. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA ........................................................................... 42
Índice de figuras
Figura 1. Producción de langosta registrada en la temporada
2012 (SAGARPA)…………………………………………………………………………5
Figura 2. Porcentaje de captura de las oficinas reportadas en
la temporada 2012 (SAGARPA)…………………………………………………………5
Figura 3. Características morfológicas de la langosta
espinosa (Ramírez A. 2006)……………………………………………………………..8
Figura 4. Ciclo de vida en las langostas del genero
Panulirus (Peñaloza M. 2008)…………………………………………………………...9
Figura 5. Área de distribución de la langosta roja (Peñaloza M. 2008)……………..9
Figura 6. Unidad repetitiva de la quitina (Luna E. 2012)…………………………….11
Figura 7. Unidad repetitiva del quitosano (Luna E. 2012)…………………………...12
Figura 8. Secado del exoesqueleto de langosta……………………………………..24
Figura 9. Tamizado de la muestra molida, primero por tamiz………………………25
No.20 y luego por tamiz No.70
Figura 10. Desproteinización de las muestras………………………………………..26
Figura 11. Desmineralización de las muestras……………………………………….26
Figura 12. Blanqueo y filtrado de la quitina obtenido………………………………...27
Figura 13. Exoesqueleto de langosta lavado, secado y molido…………………….31
Figura 14. Resultado de la obtención de quitina……………………………………..33
Figura 15. Comparación de análisis proximal entre el
exoesqueleto de langosta y la muestra de quitina obtenida………………………...35
Figura 16. Resultado de la obtención de quitosano………………………………….35
Figura 17. Solubilización del quitosano………………………………………………..36
Figura 18. Curva de titulación de la muestra de quitina……………………………..37
Figura 19. Puntos de inflexión del quitosano…………………………………………38
Índice de tablas
Tabla I. Composición química proximal en porcentaje (% v/v) en base
seca del exoesqueleto de crustáceos…………………………………………………13
Tabla II. Propiedades generales de la quitina y el quitosano (Pillai et al. 2009)….15
Tabla III. Rango de valores utilizados en los procesos de extracción de quitina…17
Tabla IV. Rango de valores utilizados para la extracción de quitosano…………...18
Introducción
Ingeniería en Pesquerías Página 1
1. Introducción
En el Estado de Baja California Sur existe gran variedad de comunidades
pesqueras, ya que es un estado que limita en un 90% aproximadamente con el
Mar de Cortez por el lado este y por el sur-oeste con el Océano Pacifico. Debido a
la localización geográfica del estado, una de las principales actividades primarias
es la pesca. Existen de ocho Cooperativas: Buzos y pescadores, La Purísima,
Bahía Tortugas, Emancipación, California de San Ignacio, Leyes de Reforma,
Progreso y Punta Abreojos, afiliadas a la Federación Regional de Sociedades
Cooperativas de la Industria Pesquera Baja California, F.C.L. (FEDECOOP), las
cuales manejan productos como abulón azul, caracol, verdillo, y langosta roja.
La langosta roja representa uno de los recursos pesqueros más importante de
México así mismo ocupa uno de los primeros lugares de explotación pesquera en
los crustáceos; nuestro estado contribuye alrededor del 50% de la captura de en el
país y alrededor del 95 al 97% constituye a la langosta roja. Sabemos que toda
acción tiene una reacción, por lo tanto las actividades pesqueras que nos traen
beneficios económicos como alimenticios, también nos traen contaminación
debido a los desechos que producen; por eso en la actualidad se buscan
alternativas de aprovechamiento de estos residuos, para la disminución de su
impacto al medio ambiente y convertirlos en subproductos pesqueros que puedan
tener valor agregado y así convertirse en nuevas fuentes económicas de ingreso.
En los últimos años, los desechos de crustáceos se pusieron en la mira de los
investigadores, debido al contenido de quitina y su derivado quitosano, dos
biopolímeros que debido a su gran variedad de aplicaciones y propiedades entre
las que destacan su biodegradabilidad, no toxicidad y biocompatibilidad entre
otras, han sido de suma importancia para diversas áreas que van desde el
tratamiento de aguas residuales hasta la cosmética.
Introducción
Ingeniería en Pesquerías Página 2
Sin embargo, para poder definir el destino final de los biopolímeros, se necesita
tener un estricto control de los parámetros de temperatura, concentraciones y
tiempos de extracción, ya que estos afectan directamente en las propiedades
finales de los productos. Durante los procesos de extracción de quitina y
quitosano, aparte de obtener estos biopolímeros, también se pueden obtener otros
recursos como la astaxantina, la cual es un carotenoide rojo, que le da la
pigmentación característica.
Entre los diferentes estudios realizados, se ha probado el quitosano extraído del
exoesqueleto de camarón blanco para la elaboración de recubrimientos de frutas y
moras (Luna E. 2012), que favorezcan en la conservación, obteniendo resultados
favorables como la reducción de peso y de la tasa de respiración; además de
mantener la firmeza, el color, el sabor y el aroma y aumentando el tiempo de vida
a temperatura ambiente y en refrigeración. En un estudio similar, Solís R. et al.
Muestran la conservación de rebanadas de manzana con películas comestibles de
quitina; en donde tuvieron resultados favorables al reducir la pérdida de peso y el
oscurecimiento de estas, en comparación con unas que no presentaban ningún
recubrimiento.
En productos cárnicos, el quitosano se ha utilizado para reducir la actividad
microbiana y controlar los principales patógenos, causantes de enfermedades en
seres humanos. Menciona Valenzuela C. & Arias J. 2012, que Darmadji &
Izumimoto 1994, reportaron que al adicionar 1% p/v de quitosano en carne
vacuna, disminuyo significativamente el valor de ácido tiobarbitúrico (TBA)
comparada con la muestra control, demostrando así la oxidación de lípidos de
carne y conservando el color rojo deseable. Lo mismo se dice para la carne de
cerdo y también se ha descrito en el recubrimiento de filetes frescos de pescado y
en camarones refrigerados.
En cuestión a la utilización de estos biopolímeros en productos lácteos, no se
tienen muchos estudios, sin embargo se ha reportado que la adición de quitosano
Introducción
Ingeniería en Pesquerías Página 3
evito la coagulación de la proteína láctea, pero afecto de manera negativa en la
calidad sensorial, modificando color, sabor y olor. Sin embargo al probar quitosano
en un queso untable durante su almacenamiento, mejoro las propiedades
sensoriales y reológicas; fue más suave que las muestras control. También se ha
utilizado como agente coagulante para la caseína.
Se han elaborado recubrimiento para huevos; donde algunos autores han
reportado que ayuda a preservar la calidad interna, así como su vida útil en
estanterías y por último la calidad de la albumina y la yema se conservan hasta 5
semanas a una temperatura de 25 °C, superando por 3 semanas más a muestras
de huevo control.
Por otra parte, se dice que el quitosano ha demostrado que es un buen coagulante
durante el proceso del tratamiento de aguas; debido a la presencia de grupos
amino en su estructura, lo que le confiere la capacidad de coagular sustancias
coloidales y aumentar la acción de coagulantes inorgánicos convencionales.
Caldera et al. 2009; demostraron en su trabajo que el quitosano como coagulante
durante el tratamiento de aguas de producción de petróleo (APP), fue eficiente
para remover la turbidez, color, DQH e hidrocarburos; presentándose como una
alternativa de tratamiento para las APP.
Baltodano et al. 2009; demostraron el efecto cicatrizante del quitosano extraído del
cangrejo peludo (Cancer cetosus), en un experimento con 48 ratones albinos
(hembras de la especie Mus musculus) de un mes y medio de edad; a los cuales
se les administraron ungüento cada 12 horas por 3 días; en el cual el quitosano
bajo la forma farmacéutica de ungüento 0.25%, tuvo un 79.28% de efecto
cicatrizante con la base del ungüento.
Revisión de literatura
Ingeniería en Pesquerías Página 4
2. Revisión de literatura
2.1. Pesquería de la Langosta
Por el lado del Océano Pacifico Mexicano, se capturan 3 especies de langosta:
Langosta roja (Panulirus interruptus), Langosta azul (Panulirus inflatus) y Langosta
verde (Panulirus gracilis); representando en un 94% de la producción de langosta
roja en Baja California y un 6% la langosta azul y verde.
La pesquería es de tipo ribereña, artesanal y trabajada por las SCPP (Sociedad
Cooperativa de Producción Pesquera), con sus áreas de pesca bien delimitadas
abarcando desde aguas someras hasta profundidades que van desde los 70 hasta
los 90m.
El equipo de pesca consta de una embarcación menor, aproximadamente de 18 a
26 pies de eslora, que es impulsada por un motor fuera de borda que va desde los
40 a los 110 HP y un lote de trampas que varía de un mínimo de 20 a 30 trampas
en la zona sudoccidental hasta un máximo de 90 a 100 trampas en la parte centro
y norte de la región I, en las cuales se utilizan malacates o winches para operar los
lotes de trampas. La operación del equipo se da entre dos personas; el capitán y
el ayudante. Las trampas son cebadas con pescado como la macarela, bonita,
barrilete, lisa, etc., también se utiliza el carcaje o desecho de las plantas
procesadoras o a su vez también colocan moluscos como almejas, quitones,
mejillones, ostiones o caracoles.
Las trampas antiguamente eran construidas de madera, pero debido al tipo de
fondo del mar, principalmente rocoso o a las corrientes existentes, estas se
desgastaban o se rompían muy fácilmente, por lo que fueron sustituidas por
trampas construidas con alambre de malla de 2X4 pulgadas.
La pesquería de langosta es regulada mediante una temporada de veda, tiempo
en el cual las especies no pueden ser capturadas; el tamaño mínimo legal de
pesca es de 82.5mm de longitud de cefalotórax, excluyendo también a las
Revisión de literatura
Ingeniería en Pesquerías Página 5
hembras grávidas. Hasta 1993, la temporada de veda era la misma para toda la
región donde se pescaba langosta; pero debido a las variaciones en el ciclo
reproductivo de la langosta, la región costera de pesca se dividió en 3 zonas con
distintas temporadas de veda.
En el año 2012, la producción total de langosta roja registrada en el Estado fue de
1500.5 toneladas Figura 1. (SAGARPA) entre las oficinas de Bahía Asunción,
Bahía Tortugas, Cd. Constitución, Guerrero Negro, La Paz, Punta Abreojos, San
Carlos y Santa Rosalía; siendo Bahía Tortugas la oficina que reporto más del 50%
Figura 2. (SAGARPA) de la producción de la temporada.
Figura 1. Producción de langosta registrada en la temporada 2012. (SAGARPA)
Figura 2. Porcentaje de captura de las oficinas reportadas en la temporada 2012. (SAGARPA)
Revisión de literatura
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2.2 Presentación del producto
En años atrás, la langosta roja pasaba por un proceso de cocimiento, para ser
vendida y exportada en diferentes presentaciones (Almendarez 2006):
Langosta entera cocida: La langosta se seleccionaba dependiendo el tamaño y si
al llegar a la planta se encontraban vivas, o en su haber las que estuvieran en
mejor condición si llegaban muertas. Después se procedía a darles un tratamiento
con vapor y salmuera; seguido de esto se realizaba un choque térmico con agua
fría y clorada para la fijación del color y la muerte de microorganismos. Para
finalizar se realizaba una limpieza manual, donde se eliminada cualquier residuo
de materia orgánica que pudiese quedarle; se empacaban por peso y se
congelaban para su venta.
Cola de langosta congelada: La langosta se seleccionaba de acuerdo al estado en
que se encontrara el exoesqueleto; se dividían en primera calidad las que
contaban con las siguientes especificaciones: Exoesqueleto no se encontrara con
manchas o rajaduras, la carne se encontrara adherida al caparazón y el telson
estuviese completo; las de segunda calidad eran el resto de langosta que no
cumplía con las características antes mencionadas. Después de seleccionarse se
limpiaban y se pesaban para su clasificación y empaque.
Pulpa de langosta: En este proceso entraba toda langosta que no cumpliera con
los requerimientos de calidad que se pedían para las presentaciones anteriores;
aquí se extraía la pulpa y se empacaba por bolsas de 1kilogramo.
En la actualidad, la langosta cocida representa un 5% o si no es que 0% de la
producción de las distintas plantas que se encuentran en la región de la Pacifico
Norte, debido a que perdió su valor por la sustitución de la langosta viva en el
mercado. Solo algunas plantas, en la que la langosta no pueda cumplir con los
parámetros de calidad, se proceden a realizar un cocimiento.
Revisión de literatura
Ingeniería en Pesquerías Página 7
Ahora la presentación es del animal vivo, este al ser capturado se almacena en
piletas o tanques de plástico hasta que se cumpla la cuota que será vendida; estas
son empacadas en cajas de plástico en donde son acomodadas con gel ice para
que vayan a una temperatura menor, lo cual logra que su metabolismo baje y se
encuentren “dormidas” durante su transportación, para que no se puedan dañar
entre si y lleguen en buen estado al mercado final.
2.3. Biología de la langosta roja (Panulirus interruptus)
La langosta roja es una de las especies de mayor importancia comercial, es
invertebrado y pertenece a los crustáceos decápodos y a su vez corresponde al
grupo palinúridos. Su cuerpo se divide principalmente en cefalotórax y abdomen;
el último a su vez se divide en seis somites y termina en un abanico caudal. Tiene
un exoesqueleto calcificado y de forma subcilíndrica, el cual está dotado con
espinas al igual que el par de antenas que tiene en la cabeza las cuales le sirven
como protección y su color puede variar de rojo ladrillo hasta café-rojizo. Tiene
una vida bentónica a profundidades de 30m, encontrándose en ocasiones a
profundidades mayores a lo largo de la plataforma continental. Es de hábitos
nocturnos, alimentándose de invertebrados, algunas especies de peces,
crustáceos y de materia en estado de putrefacción, dependiendo de lo que más
abunde en el área en que se encuentre; en el día tiende a esconderse y
protegerse de los depredadores naturales en grietas, cuevas rocosas, corales,
esponjas y lechos de algas marinas, especialmente en la de alga gigante
(Macrosystis Pirifera) la cual se dice es un indicador de abundancia de esta. Su
crecimiento es a través del proceso llamado “muda”, es una especie que tiende a
ser muy longeva y puede llegar a vivir más de 20 años y llegando a alcanzar en
ocasiones hasta 190 mm de cefalotórax.
Revisión de literatura
Ingeniería en Pesquerías Página 8
Figura 3. Características morfológicas de la langosta espinosa. (Ramírez A. 2006)
La langosta presenta dimorfismo sexual, las hembras se diferencian de los
machos en varios aspectos, pero principalmente se observa en los pleópodos, los
cuales son de mayor tamaño en las hembras para adherir y llevar los huevos,
mientras que en los machos son más pequeños; el macho es de mayor peso y
alcanza la talla comercial más rápido que la hembra. Se reproduce una vez al año
entre Marzo y Septiembre; para el apareamiento el macho deposita el saco
espermatofóro en la parte ventral inferior del cefalotórax de la hembra, los huevos
se fecundan después del acto sexual, cuando salen del gonoporo y pasan por el
saco depositándose en los pleópodos; el periodo de incubación es de 9 a 10
semanas y eclosionan de 3 a 5 días, después las larvas permanecen flotando en
el plancton por un periodo de 6 a 11 meses y transcurrido este tiempo pasa a la
fase de puerulo, estableciéndose en zonas de áreas someras donde adquiere su
pigmentación y pasa al estadio juvenil permaneciendo en el fondo por un tiempo
que va de 2 a 4 años, alcanzado el estadio adulto.
Revisión de literatura
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Figura 4. Ciclo de vida en las langostas del género Panulirus. (Peñaloza M. 2008)
Esta especie habita en aguas frías de la corriente de California y llega hasta
latitudes subtropicales, su distribución se da desde San Luis Obispo, California.,
E.U.A., hasta el sur de la Isla Santa Margarita, B.C.S., México., aunque también se
han encontrado dentro del Golfo de California, en los alrededores de Bahía de los
Ángeles e Isla Tiburón. (Peñaloza M. 2008)
Revisión de literatura
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Figura 5. Área de distribución de langosta roja. (Peñaloza M. 2008)
2.4. Quitina y quitosano
La producción a nivel industrial de quitina y quitosano se realiza por medio de
desecho de cangrejo y camarón de las plantas pesqueras; estos han contribuido a
que incremente el interés por buscar opciones para reducirlos y aprovecharlos, ya
que se estima que por ejemplo en el caso del camarón la parte no aprovechable
es alrededor del 30% en peso del recurso.
Los polímeros son moléculas formadas por pequeñas unidades que se repiten,
formando largas cadenas; los cuales en su mayoría se derivan del petróleo y en
minoría de la naturaleza. Cuentan con propiedades como impermeabilidad, baja
densidad, baja conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión e intemperie,
resistencia a factores químicos o biológicos y principalmente son de bajo costo.
Los polímeros tienen un papel importante en la naturaleza e industria; existen
polímeros naturales en los que se encuentran aquellos que portan y manipulan la
información biológica o elementos estructurales de sistemas vivos. Los polímeros
sintéticos son producidos y utilizados en muchas aplicaciones; sin embargo
también provocan problemas ambientales ya que en su mayoría no son
biodegradables y son derivados de recursos no renovables, además de que
algunos generan compuestos tóxicos durante sus síntesis. Se han desarrollado
diferentes métodos para la obtención de Biopolímero (polímero natural) para
diferentes aplicaciones, que sea beneficioso para el ambiente y que tenga
potencial industrial, ya que podrían reemplazar a los que ya existen y abrir nuevas
aplicaciones comerciales.
La quitina del griego “tunic” que significa envoltura, es un polímero natural o
biopolímero distribuido en abundancia al igual que la celulosa con la cual presenta
gran similitud química, teniendo como diferencia en el segundo carbono un grupo
acetamida en la quitina y un grupo hidroxilo en la celulosa. Su nombre sistemático
Revisión de literatura
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es β (1-4)-2-acetamido-2-desoxi-D-glucosa y se puede encontrar en paredes
celulares de hongos, algas, insectos y en el exoesqueleto de crustáceos; por este
último motivo es el carbohidrato más abundante en el medio marino. Se descubrió
en 1811 por Brancot, cuando realizaba un estudio sobre sustancias derivadas del
Argaricus volvaceus y otros hongos; tiempo después Odier reporto en un artículo
sobre insectos que había encontrado en algunos insectos la misma sustancia que
se encontraba en la estructura de las plantas, dándole el nombre de quitina.
Después en 1943, Payen inicio una controversia debido a las diferencias que
existían entre la quitina y la celulosa (Lárez V. 2003).
Figura 6. Unidad repetitiva de la quitina. (Luna E. 2012)
El quitosano es un polisacárido que se encuentra en forma natural en las paredes
de algunos hongos, pero su principal fuente es por medio de la desacetilación de
la quitina por medio de un proceso alcalino y con temperaturas elevadas. Este
biopolímero se descubrió en 1859 por Rouget, quien descubrió que al tratar quitina
con una solución de hidróxido de potasio se obtenía un producto que era solubles
en ácidos orgánicos al cual llamo “quitina modificada”; esta tomaba un color violeta
en soluciones diluidas de ioduro y ácido, en cuanto a la quitina tomaba un color
verde. En 1894 Hoppe-Seyler se dedicó a estudiarla a mayor profundidad y le dio
el nombre de quitosano. Su nombre sistemático es β(1-4)-2-amino-desoxi-
Dglucosa. (Lárez V. 2003)
Revisión de literatura
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Figura 7. Unidad repetitiva del quitosano. (Luna E. 2012)
La quitina se ve ligada a otros componentes estructurales como minerales,
proteínas, glicoproteínas y proteoglicanos, los dos últimos para la formación de
paredes celulares en los hongos.
El contenido de quitina, proteínas, minerales y carotenoides en el exoesqueleto de
los crustáceos depende de factores como la especie, la parte del organismo, el
estado de nutrición y el ciclo reproductivo.
El exoesqueleto contiene entre 15-40% de quitina, de un 20-40% de proteínas y
de un 20-25% de carbonato de calcio, como componentes principales y en menor
cantidad podemos encontrar pigmentos y sales metálicas. La proteína contenida
proviene del tejido conectivo; el contenido de minerales es afectado por factores
como la edad y el ciclo reproductivo en que se encuentre, entre más vieja sea la
especie, presenta un exoesqueleto más calcificado y con menor cantidad de
quitina; la cantidad de lípidos es debido a la cantidad de residuos del musculo o
las vísceras.
Revisión de literatura
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Tabla I. Composición química proximal en porcentaje (% v/v) en base seca del
exoesqueleto de crustáceos.
El exoesqueleto es una capa no celular que es secretada por la epidermis,
formando la organización jerárquica de varios niveles estructurales. La quitina se
encuentra a nivel molecular; el siguiente nivel es el arreglo entre moléculas que se
encuentran ligadas a las proteínas globulares, formando unidades llamadas
nanofibrillas, las proteínas que se encuentran contienen aminoácidos como la
glicina, tirosina, glicoproteínas, ácido aspártico, serina y glicina. Estas nanofibrillas
de quitina-proteínas, se agrupan formando placas horizontales y paralelas que
cambian de dirección de un plano a otro. Este complejo a su vez forma una red en
la que se agrupa la quitina-proteína con los minerales, los cuales se encuentran en
forma de cristales de carbonato de calcio (CaCO3) y los lípidos. En este complejo
de quitina-proteína-minerales, se encuentran los distintos tipos de carotenoides
como la luteína, β-caroteína y astaxantina, las cuales están conjugados con las
proteínas, combinado con los grupos amino de la quitina. (Pacheco 2010)
2.4.1 Propiedades de los biopolímeros
Propiedades físicas
Estructura cristalina: Encontrar grupos hidroxilos en los biopolímeros,
específicamente primario en el C-6 y secundario en el C-3 en la quitina y grupos
aminos en el C-2 del quitosano, tienen tendencia de formar puentes de hidrogeno
Revisión de literatura
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que forman agregados lineales de gran cristalinidad. La quitina forma sus puentes
de hidrogeno entre los grupos C=O y H-N, los cuales a su vez forman con los
anillos de los azucares vecinos entre el grupo carbonilo y grupo hidroxilo del C-6;
también se forma otro en el grupo hidroxilo del C-3 y el oxígeno del anillo. En la
naturaleza existen tres tipos de quitina α, β y ᵞ, cada una con diferente grado de
cristalinidad. Para el caso del quitosano, esta propiedad depende de factores
como su grado de acetilación y depolimerización; debido al contenido de grupos
aetamidos en el C-25 se reduce el número de puentes de hidrogeno y la estructura
se vuelve más inestable.
En el quitosano esta propiedad es diferente, ya que tiene alomorfas que dependen
del modo en el que se ha preparado la muestra, del grado de acetilación y
despolimerización; este biopolímero solo mantiene un pico característico de la
quitina, ya que debido a la presencia de los grupos acetamidos en el C-2, se
reduce la cantidad de formación de puentes de hidrogeno y por consiguiente su
estructura se vuelve más inestable.
Propiedades fisicoquímicas
Solubilidad: Debido a la propiedad que tiene la quitina de formar puentes de
hidrogeno, la hace ser un biopolímero insoluble en agua y en la mayor parte de los
disolventes; aunque para lograr acabo que esta molécula tenga una disolución se
podría utilizar hexafluoroacetona (empleada en la fabricación de solventes,
adhesivos, productos farmacéuticos, otras sustancias químicas y herbicidas), N,N-
dimetilacetamida con un 5-8% de LiCl y últimamente se ha reportado el metanol
saturado con cloruro de calcio dihidratado, el cual anteriormente se utilizaba como
disolvente para nylon.
Para el caso del quitosano, su solubilidad se da en ácidos acuosos, ya que
presenta grupos aminos que se encuentran libres y cuando son protonados
Revisión de literatura
Ingeniería en Pesquerías Página 15
generan repulsiones en la cadena, lo que le da solubilidad; entre estos ácidos se
encuentran el ácido fórmico, acético, láctico, pirúvico y oxálicos.
Grado de acetilación: Esta propiedad es importante en el quitosano, ya que influye
en la solubilidad que tendrá al final; es decir, si el grado de acetilación se acerca al
50%, el intervalo del pH en el que puede ser soluble aumenta. El grado de
acetilación para la quitina es de 0.9 y puede tener de un 5 a 15% de grupos amino;
para el quitosano es de 0.35 y puede tener de un 50 a 95% de grupos amino (Pillai
et al, 2009).
Peso molecular: En la quitina, el peso molecular es >1000 x 10³ g.mol -1 y en el
quitosano varía entre 100 y 500 x 10³ g.mol -1; dependiendo siempre del origen de
la quitina. Existen diversos factores en la extracción de la quitina y el quitosano
que pueden afectar e influenciar en el peso molecular final. Se dice que altas
temperaturas, concentraciones y tiempos durante los procesos de extracción
pueden ocasionar la degradación y a su vez la depolimerización de las cadenas de
los biopolímeros. Se dice que esta propiedad tiene influencia sobre la actividad
biológica (Pacheco 2010).
Tabla II. Propiedades generales de la quitina y el quitosano (Pillai et al. 2009)
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Propiedades biológicas
En estas propiedades se pueden mencionar la biocompatibilidad, es decir que
tiene habilidad de actuar con buena respuesta al huésped al emplearse en la
elaboración de biomateriales, utilizados en la medicina; biodegradables, y no
tóxicos; además de participar en la estimulación de procesos como la
cicatrización, en la actividad hemostática, en la actividad inmune, unión a ciertos
lípidos como el colesterol, en la mucoadhesión, en la actividad bacteriostática, en
la fungistática, en la antimicrobiana y como formador de sistemas para la
liberación de controladores de fármacos. El quitosano promete tener un valor
importante en la genética; en la preparación de cultivos celulares y en la ingeniería
de tejidos.
Actividad antimicrobiana: La capacidad antimicrobiana del quitosano es muy útil en
áreas como la medicina, la agricultura y la conservación de alimentos. En estudios
realizados se ha demostrado que inhibe el crecimiento de diversas bacterias, entre
las que se encuentran la Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacilo
subtilis y Staphylococus aureus. Para el caso de hongos se ha demostrado la
inhibición del crecimiento en Botritis cinérea, Fusarium oxysporum, Drechtera
sorokiana, Micronectiella nivallis, Piricularia orizae, Rhizoctonia solana,
Trichophyton equinum. Esta propiedad es afectada por diversos factores como el
tipo de quitosano, el grado de depolimerización, el hospedero, la composición
nutritiva y química del sustrato, pH del medio de cultivo, las condiciones
ambientales y presencia o ausencia de sustancias que interfieran como lípidos y
proteínas. Esta propiedad inhibitoria contra hongos fitopatógenos ha sido más alta
a pH de 6.0 que a pH de 7.5. (Pacheco 2010)
2.4.2 Obtención de quitina por método químico
La obtención química de la quitina se basa en tres procesos: la desproteinización
de la materia prima en un medio alcalino, la desmineralización por un medio ácido
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y el blanqueo que se realiza por medio de agentes decolorantes; este último
puede ser o no realizado, ya que no afecta las propiedades del biomaterial.
Desproteinización: Consiste en la solubilización de las proteínas que contiene la
muestra y se realiza con soluciones alcalinas como el Hidróxido de Sodio (NaOH)
o el Hidróxido de Potasio (KOH); factores como la temperatura, concentración,
tiempo y proporción que se apliquen en el proceso, dependerá en la calidad y la
aplicación que se le pueda dar.
Desmineralización: Consiste en la solubilización de los minerales, en este caso el
carbonato de calcio (CaCO3) y se realiza por medio de ácidos como el ácido
clorhídrico (HCl), ácido nítrico (HNO3) o ácido sulfúrico (H2SO4). En la siguiente
tabla se muestran el rango de valores para los procesos anteriores.
Tabla III. Rango de valores utilizados en los procesos de extracción de quitina.
Proceso Acido/Base
Concentración
(M)
Temperatura
(°C)
Tiempo
(Hrs)
Desproteinización NaOH 1 a 4 25 a 100 0.5 a 72
Desmineralización HCl 0.2 a 6 20 a 100 1 a 5
Blanqueo: El blanqueo se realiza para la obtención de un producto completamente
puro; ya que el pigmento no afecta el comportamiento del polímero en solución, su
reactividad o propiedades fisicoquímicas. Para esta acción se utilizan soluciones
como hipoclorito de sodio (NaClO), acetona o cloroformo (CHCl3).
2.4.3. Obtención de quitina por método biológico
La utilización de un método biológico para la extracción del biopolímero consiste
en el uso de fermentaciones, donde diferentes microorganismos, por medio de la
producción de ácidos orgánicos, busquen solubilizar los minerales, en este caso el
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carbonato de calcio (CaCO3); y por otro lado utilizar enzimas para la hidrolisis de
las proteínas. (Pacheco 2010)
En la fermentación ácido láctica para la extracción de quitina, se utilizan bacterias
lácticas (BL), que producen ácido láctico a partir de la agregación de una fuente de
carbono (glucosa, sacarosa, lactosa, etc.); el ácido producido baja el pH, lo que
evita el desarrollo de microorganismos; el ácido láctico reacciona con el carbonato
de calcio y produce lactato de calcio, el cual se precipita y se puede remover por
medio de lavados; al mismo tiempo las enzimas proteolíticas combinadas con la
temperatura y el pH llevan a cabo la desproteinización.
2.4.4. Obtención de quitosano por método químico
Desacetilación: Consiste en someter la muestra de quitina en un medio alcalino;
existen dos tipos: la homogénea; en la cual se utilizan bajas temperaturas o
temperatura ambiente por largos periodos de tiempo, lo que favorece una
uniformidad de la reacción; y la heterogénea; en la cual se utilizan altas
temperaturas que favorecen la velocidad de la reacción. En la siguiente tabla se
muestran el rango de valores para este proceso.
Tabla IV. Rango de valores utilizados para la extracción de quitosano.
Proceso Base
Concentración
(%)
Temperatura
(°C)
Tiempo
(Hrs)
Desacetilación NaOH 45 a 70 25 a 130 1 a 60
2.4.5. Obtención de quitosano por método biológico
Se realiza por medio de enzimas desacetilasas, las cuales hacen que el proceso
sea controlado y no degradativo, aquí las enzimas que catalizan la conversión de
quitina a quitosano mediante la hidrólisis de los residuos de N-acetil glucosamina
se denomina quitina desacetilasas y se abrevian como CDA; estas son reportadas
como glicoproteínas secretadas intracelular o extracelularmente, presentan una
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termo estabilidad funcionando de manera óptima a 50°C, de acuerdo al peso
molecular y el contenido de carbohidratos varían ampliamente al igual que el
rango de pH óptimo. (Pacheco 2010)
2.5. Análisis de purificación
Contenido de cenizas: Las cenizas es el contenido de los residuos inorgánicos
(Ca, Na, K, Cl, etc.), que contienen las muestras una vez que han sido sometidas
a elevadas temperaturas, obtenida por método gravimétrico. El contenido de
cenizas se realiza para determinar si la muestra tuvo una desmineralización
eficiente, es decir entre menos cantidad de cenizas se reporten, más pura se
encontrara la muestra.
Porcentaje de proteínas: Las proteínas son uno de los principales macro
componentes de los alimentos; la mayoría de las veces, la determinación se
realiza por el método Kjeldhal; en el cual primero se determina la cantidad de
nitrógeno contenido dentro de la muestra por medio de un digestor. El contenido
de proteínas se realiza para determinar si la muestra tuvo una desproteinización
eficiente, es decir entre menos cantidad de proteína se reporten, más pura se
encontrara la muestra.
Solubilidad: En el quitosano, la solubilidad depende del grado de acetilación; es
soluble cuando el 50% de los grupos aminos son protonados y en soluciones con
un pH menor que 6. (Luna E. 2012)
Grado de Acetilación: El grado de acetilación es el porcentaje de grupos acetilo
(C=O-CH3) presentes en las cadenas del biopolímero quitina. Este parámetro es
importante, ya que al contener un porcentaje menor de 50% de acetilación la
quitina pasa a ser quitosano. Dependiendo el contenido de grupos acetilo,
dependerá el uso que se le pueda dar. Existen diferentes métodos para analizar
este parámetro; entre estos podemos mencionar titulaciones ácido-base,
titulaciones conductimétricas, espectroscopia de infrarrojo (IR) y resonancia
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magnética nuclear de protón (1H-NMR). Las espectroscopias son los métodos
más fáciles y confiables; sin embargo la espectroscopia NMR tiene como ventaja
utilizar una pequeña muestra que se analiza ya sea de forma líquida o sólida.
Cuando no se cuenta con el equipo necesario, se puede optar por el método
potenciométrico.
Viscosidad: La viscosidad es el volumen hidrodinámico de una solución; depende
principalmente de la estructura química del polímero, de la interacción con el
disolvente y del peso molecular (Luna 2012). .
Peso molecular: El peso molecular se obtiene por medio de la determinación de la
viscosidad intrínseca, mediante la ecuación de Mark Houwink; aunque también se
puede obtener por métodos como el uso del HPLC y Cromatografía de
permeación en gel; esta última siendo una de las más confiables, en la cual no
solo se determina el peso, sino también su distribución (Luna 2012).
2.6. Aplicaciones
Debido a las propiedades mencionadas anteriormente, estos biopolímeros
presentan infinidad de aplicaciones en distintas áreas que van desde la
agricultura, tratamiento de aguas residuales, cosmética, farmacéutica, industria
alimenticia, etc.
Agricultura: Se utiliza en recubrimiento de semillas y frutos para alargar su
tiempo de almacenamiento y de viabilidad, como fertilizantes, para la
nutrición de los suelos, en la estimulación del crecimiento de los cultivos, en
la estimulación del crecimiento de microorganismos benéficos y como
agente bactericida.
Biosensor: Se utilizan como biosensor para la glucosa en la sangre y de
fenoles en las aguas de tratamiento residuales.
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Biotecnología: Se utilizan como inmovilizador y captador de enzimas y
células y para la separación de proteínas.
Cosmética/Farmacéutica: Se utiliza en la elaboración de cosméticos
dérmicos, capilares y pastas dentales. El quitosano despolimerizado se
utiliza como ingredientes en champús, enjuagues y tónicos capilares;
debido que su solución acuosa es viscosa, forma películas, retiene la
humedad y da suavidad al cabello. También se utiliza en capsulas para
adelgazar, ya que atrapan la grasa; agente hidratante y/o bactericida para
jabones y cremas.
Industria alimenticia: Se utilizan para la conservación de alimentos, en los
suplementos alimenticios, en la clarificación y purificación de bebidas, fibras
dietéticas, agentes emulsificantes, estabilizantes, espesantes y gelificantes;
mejorador de textura, retrasador del envejecimiento y la oxidación; como
agente fungicida, estabilizador de color, controla la viscosidad, alarga la
vida de anaquel. Como reductor de sólidos totales, recuperador de
proteínas.
Medicina: Se utiliza en la elaboración de hilos de suturas biodegradables,
como sustituidor artificial de piel elaborado con quitosano y colágeno,
agente cicatrizante en quemaduras, liberador sistemático de fármacos y
fabricación de lentes de contacto.
Tratamiento de aguas residuales: Se utilizan como floculante para la
remoción de partículas coloidales sólidas y aceites, como coagulante
primario en aguas residuales de alta turbidez y alcalinidad, como
precipitante de partículas coloidales sólidas, removedor de metales,
surfactantes y aceite de pescado. También se ha demostrado su efectividad
coagulante en aguas residuales industriales como las avícolas, lácteas,
industrias de alimento y cárnicas.
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Cabe resaltar el uso de estos biopolímeros en la agricultura, ya que la
extracción de estos en el Estado podría contribuir a la obtención de mejores
productos; ya que además de ser la pesca una de las actividades primarias,
también lo es la agricultura. En estudios realizados, se ha aplicado y
demostrado que el quitosano utilizado en la elaboración de películas para el
recubrimiento de los frutos, las semillas, hojas y vegetales frescos en cítricos,
mango, fresa y tomate han tenido resultados positivos (Laréz 2008);
destacando que estos frutos forman parte de los principales cultivos que se
trabajan en la zona sur del Estado.
Objetivos
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3. OBJETIVOS
3.1. Objetivo general
Extraer la quitina y el quitosano por método químico del exoesqueleto de la
langosta roja (Panulirus interruptus), para dar una alternativa de
aprovechamiento a los desechos de las industrias pesqueras.
3.2. Objetivos específicos
Caracterización química del exoesqueleto de la langosta roja.
Extracción de quitina por el método químico
Extracción de quitosano por el método químico
Obtención de rendimiento de quitina y quitosano
Caracterización química de la quitina por medio de análisis proximal de
cenizas y proteínas.
Obtener la caracterización fisicoquímica por medio de la prueba de
solubilidad, análisis potenciometrico y grado de desacetilación.
Metodología
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4. METODOLOGIA
A continuación se describen los pasos realizados para la extracción; sin embargo
cabe mencionar que primero se procedió a la preparación del hidróxido de sodio y
del ácido clorhídrico y demás soluciones que fueron utilizados en el presente
trabajo.
4.1. Preparación de la materia prima
Molienda y secado
El exoesqueleto de langosta fue lavado con agua para retirar la mayor parte
posible de restos orgánicos que pudiera contener; y después se pusieron a
escurrir y secar a temperatura ambiente. Posteriormente se colocaron sobre una
charola de aluminio y se introdujeron a una estufa de aire marca Arsa, con una
temperatura de 80°C para que la muestra terminara de secarse. Una vez
eliminada la humedad que pudiera contener, se procedió a triturar manualmente y
después termino de molerse en una licuadora común.
Figura 8. Secado del exoesqueleto de langosta.
Metodología
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Tamizado
Una vez que la muestra fue molida y secada, se procedió a tamizar la muestra
para obtener un tamaño pequeño de partícula; primero se pasó por un tamiz de
No.20 (850µm) y posteriormente se pasó por un segundo tamiz de No.70 (212µm);
hasta la obtención de un polvo fino. La muestra se dividió en 3, para hacer la
extracción por triplicado y se almaceno en bolsas Ziploc para su posterior
utilización.
Figura 9. Tamizado de la muestra molida, primero por el No.20 y luego por el No. 70.
4.2. Obtención de quitina
Desproteinización
Se pesaron 100 gramos de materia prima de cada muestra y se pusieron en
matraces Erlenmeyer de 1L de capacidad; se les adiciono 550ml de NaOH
(Hidróxido de Sodio) al 3.5% en relación 1:11 sólido-líquido y se colocaron en
parrillas eléctricas con agitación constante y a una temperatura de 75 a 80 °C por
un tiempo de 3 horas. Transcurrido el tiempo, las muestras se dejaron enfriar a
temperatura ambiente y se procedió a realizar la filtración del sólido obtenido con
ayuda de embudos, probetas, vasos de precipitados de 500 ml y papel filtro;
mientras se realizaba este paso se adicionaba agua destilada para el lavado de la
muestra.
Metodología
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Figura 10. Desproteinización de las muestras.
Desmineralización
Al solido obtenido de la desmineralización, se le añadió 550 ml de HCl (Ácido
Clorhídrico) 2N en relación 1:11 sólido-liquido; los matraces fueron colocados en
parrillas eléctricas, en agitación y a temperatura ambiente por un tiempo de 2
horas. Una vez que transcurrió el tiempo se procedió realizar la filtración del solido
obtenido, es decir la quitina, con ayuda de embudos, probetas y vasos de
precipitados de 500ml y papel filtro; mientras se realizaba este paso se adicionaba
agua destilada para el lavado de la muestra.
Figura 11. Desmineralización de las muestras.
Metodología
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Blanqueo
Una vez lavadas las muestras, se conectó un matraz kitazato de capacidad de 1L
a una bomba de vacío, después al matraz en la parte superior se le coloca el
embudo para filtrar al vacío. Ya que se tenía preparado el equipo, se le adicionó la
quitina al embudo y se procedió a hacer lavados con acetona, con el fin de
remover los pigmentos. Una vez que la muestra perdió su color, se le adicionó
agua destilada para enjuagar.
Figura 12. Blanqueo y filtrado de la quitina obtenida.
Obtención de rendimiento
El rendimiento se determinó pesando la muestra al inicio y al final de cada
extracción y se calculó con la siguiente formula:
%R= (Wf x 100)/Wo; donde:
%R= Rendimiento en Porcentaje
Wo= Peso inicial del exoesqueleto
Wf= Peso final de la quitina obtenida
Metodología
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4.3. Análisis proximal
El análisis proximal se realizó con el fin de comparar la composición de la quitina
que se obtuvo con el exoesqueleto de la langosta, para determinar si los procesos
para su obtención con los valores utilizados cumplieran con el objetivo.
Determinación de humedad
Ya que las muestras fueron filtradas, se colocaron en un vidrio de reloj para que se
secaran a temperatura ambiente y se volatizara la acetona que todavía tenía
impregnada. El porcentaje de humedad se obtuvo por el método de la A.O.A.C.
(1994). Colocando las muestras en la estufa de aire a una temperatura de 90°C
por un tiempo de 5 horas.
Determinación de Cenizas
El total de cenizas se obtuvo a partir de la colocación de las muestras en una
mufla Lindberg a 550 °C; por el método de A.O.A.C. (1994). Las pruebas se
realizaron por triplicado para cada muestra.
Determinación de Proteínas
El total de proteínas se obtuvo a partir de la técnica micro Kjeldhal de A.O.A.C.
(1994) Las pruebas se realizaron por triplicado para cada muestra.
4.4. Caracterización fisicoquímica
Determinación de pH
Se tomó una cantidad de 1g de muestra en 10ml de agua destilada, se agito y se
midió el pH con un potenciómetro HANNA Instruments HI 991002. Las muestras
se hicieron por duplicado.
Metodología
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4.5. Obtención de quitosano
Desacetilación
Una vez obtenida la quitina, se procedió a realizar la extracción de quitosano; la
prueba se realizó por triplicado. Se pesaron 10 gramos de la quitina extraída y se
colocaron en un vaso de precipitado al cual se le agregaron 110ml de hidróxido de
sodio (NaOH) 75%, en relación 1:11 sólido-liquido, después se colocó en una
parrilla eléctrica a una temperatura de 60°C por 1 hora con agitación constante;
una vez finalizado el tiempo se elevó la temperatura a 100°C por 1 hora con
agitación constante. Ya que la muestra se retiró de la parrilla, se procedió a filtrar
el quitosano obtenido con ayuda de una bomba de vacío y un matraz kitazato.
Obtención de rendimiento
El rendimiento se determinó pesando la muestra al inicio y al final de cada
extracción y se calculó con la siguiente formula:
%R= (Wf x 100)/Wo; donde:
%R= Rendimiento en Porcentaje
Wo= Peso inicial de la muestra de quitina
Wf= Peso final del quitosano obtenido
4.6 Caracterización fisicoquímica del quitosano
Solubilidad
Para obtener la solubilidad del quitosano se colocaron 0.5 g de muestra y se le
agrego 100 ml de ácido acético al 5% y se colocó en una parrilla a temperatura
ambiente y con agitación constante, en la cual se midió el tiempo que tardo en
Metodología
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disolverse y de manera visual calcular aproximadamente el porcentaje de muestra
disuelta. Se repitió el mismo procedimiento con ácido cítrico al 5%.
Grado de desacetilación
El grado de desacetilación se realizó por el método potenciométrico; se preparó
una disolución de 0.5g de quitosano con 20ml de ácido clorhídrico (HCl) 0.3M,
después se tituló con una solución de hidróxido de sodio (NaOH) 0.1M. La
valoración se llevó a cabo midiendo el cambio de pH cada 2ml de hidróxido de
sodio (NaOH) añadido, la adición se realizó de forma lenta y con agitación
constante para homogenizar la solución. Una vez obtenido los datos se realizó
una curva de titulación, para obtener los puntos de inflexión; la diferencia entre
estos puntos corresponde a la cantidad de ácido que se requirió para protonar los
grupos amino del quitosano, la concentración de estos se determinó por medio de
la siguiente expresión:
%NH2= 16.1 ( y – x ) f
w
Dónde:
y = Punto de inflexión mayor expresado como volumen.
x = Punto de inflexión menor, expresado como volumen
f = Molaridad de la solución de NaOH.
w = Peso en gramos de la muestra.
16,1 = Valor relacionado con el peso equivalente del quitosano.
Resultados
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5. RESULTADOS
Preparación de la materia prima
En la preparación de la materia prima se obtuvo un polvo muy fino, ya que el
tamaño de partícula también es un factor importante en el resultado del producto
final que se desee obtener. Al exoesqueleto de langosta también se le realizó un
análisis proximal, para determinar la cantidad de proteínas, minerales y humedad
que contenía antes de someterla al proceso. El exoesqueleto molido se dividió y
se almaceno en 3 bolsas ziploc para las siguientes pruebas.
Figura 13. Exoesqueleto de langosta lavado, secado y molido.
Determinación de humedad
El contenido de humedad para el exoesqueleto de langosta roja nos dio una media
de 10.87% ± 0.04; contenido aceptable; no se ha reportado otro artículo con este
dato, pero comparándolo con Luna E. 2012, con la prueba de camarón blanco, se
tiene un resultado muy similar, ya que ella reporta 10.75%.
Resultados
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Determinación de cenizas
El contenido de minerales en el exoesqueleto de la langosta roja nos dio una
media de 28.27% ± 0.44; un porcentaje que pertenece al carbonato de calcio, uno
de los principales componentes y con una desviación estándar menor a 1; que nos
dice que los resultados fueron muy estables. Hasta la fecha no se ha reportado la
cantidad de cenizas de la langosta roja, pero comparando con Panulirus argus, el
contenido de cenizas fue aproximadamente 50% menos como lo reporta Ramírez
et al. 2010. Donde sus resultados fueron de 53.8%.
Determinación de proteínas
El contenido de proteínas en el exoesqueleto de la langosta roja nos dio una
media de 14.47% ± 1.29; uno de los principales componentes y con una
desviación estándar pequeña, que nos dice que los resultados fueron muy
estables. Al igual que las cenizas, para la langosta roja no se ha reportado
contenido de proteínas, pero comparado con Panulirus argus, el contenido es muy
similar como lo reporta Ramírez et al. 2010, donde el porcentaje es de 14.2%.
Extracción de quitina
Una vez realizado un análisis próxima al exoesqueleto de langosta para conocer
su composición y después de haberlo preparado y adecuado para someterlo a la
desproteinización y desmineralización, se obtuvo como resultado la quitina. Un
producto final de aspecto grumoso debido a la humedad que contenía, pero al
momento de secarla su textura quedo muy fina, con una coloración café – rosáceo
y sin olor.
Resultados
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Figura 14. Resultado de la obtención de quitina
Obtención de rendimiento
A la hora de elaborar nuevos productos, uno de los principales puntos a tomar en
cuenta es el rendimiento, ya que es la primera manera de informarnos si lo que
estamos haciendo puede ser viable o no; es decir, si tenemos un proceso en el
que se implique mucho tiempo y costo, y el resultado final sea muy bajo de muy
bajo rendimiento, implica que el proceso no puede ser factible, debido a que se
invierte más de lo que se puede obtener. El rendimiento de la quitina nos dio una
media de 34.33% ± 7.53, una desviación estándar alta, debido a cambios de
temperatura que se tuvieron durante los procesos, que provocaron que la
extracción no fuese tan uniforme como se quería, pero tampoco se afectó de
manera que no se pudiese obtener un buen producto.
Determinación de pH
La determinación de pH de las muestras de quitina nos dio como resultado una
media de 4.21 ± 1.24, un nivel ácido debido al proceso de desmineralización en el
que se utilizó ácido clorhídrico.
Resultados
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Determinación de humedad
La determinación de humedad nos arrojó una media de 13.43% ± 0.9, resultado
esperado y aceptable; mas alto comparado con la quitina de Panulirus argus en el
trabajo De La Paz et al. 2012. Donde la humedad fue de 7.5% y comparado con
Luna E. 2012, la cual reporta una media de 11% en quitina de camarón blanco.
Determinación de cenizas
La determinación de cenizas, es la cuantificación de minerales que existen en los
alimentos o muestras a las que se desee analizar; en esta caso el exoesqueleto
de langosta se sometió a una desmineralización, para remover el carbonato de
calcio, por medio de un tratamiento con ácido clorhídrico. De las muestras
realizadas nos dio una media de 0.49% ± 0.33 de contenido de cenizas, lo que
significa que se removió en un 98.26% el contenido total de carbonato de calcio
que se encontraba en la muestra.
Determinación de Proteínas
La determinación de proteínas, como su nombre lo indica, es la cuantificación de
proteínas por medio del contenido de nitrógeno existente en los alimentos o
muestras, en este caso el exoesqueleto de langosta se sometió a una
desproteinización, con el fin de removerlas por medio de un tratamiento con
hidróxido de sodio. De las muestras realizadas nos dio una media de 1.40% ±
1.02, lo que significa que se removió en un 90.32% el contenido total de proteínas
que se encontraba en la muestra.
Resultados
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0
5
10
15
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25
30
Humedad Cenizas Proteínas
Po
rcen
taje
Figura 15. Comparación de análisis proximal entre el exoesqueleto de langosta y la
muestra de quitina obtenida.
En el grafico anterior, se muestra una comparación del análisis proximal al que se
sometió el exoesqueleto y la muestra de quitina; en la cual se muestra la eficacia
de los procesos de desmineralización y desproteinización, donde se observa que
gran porcentaje de cenizas y proteínas fue eliminado durante los procesos.
Extracción de quitosano
Una vez extraída la quitina, se tomó una cantidad y se sometió a una
desacetilación donde se obtuvo quitosano; un producto final de coloración blanca,
sin olor y con una textura dura por el proceso de secado al que se había sometido.
Figura 16. Resultado del quitosano extraído.
Resultados
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Obtención de rendimiento
Como ya se mencionó en la determinación del rendimiento de la quitina, que este
es un factor importante, todavía lo es más en la extracción del quitosano; ya que
este es un derivado de la quitina. Los resultados nos dieron una media de 72.46%
± 18.06, se obtuvo una desviación estándar alta, debido a los cambios de
temperatura que se tuvieron durante los procesos, que provocaron que la
extracción no fuese tan uniforme como se quería, pero tampoco se afectó de
manera que no se pudiese obtener un buen producto.
Solubilidad
Para esta propiedad se obtuvo un resultado positivo, como lo muestra el autor
Luna E. 2012, donde se corrobora que el quitosano es soluble en ácidos acuosos,
en este caso ácido acético y cítrico; se pudo observar que aproximadamente se
disolvió un 90% de la muestra de quitosano que se utilizó en la prueba. La media
del tiempo que tardo en disolverse fue de 10.6 ± 0.57 minutos con un pH de 2.48 ±
0.27 para el ácido acético y una media de 13.5±0.70 minutos con un pH de 1.74 ±
0.19 para el ácido cítrico. Cabe mencionar que al empezar a añadir el ácido a la
muestra, esta tomo una consistencia viscosa y gelificante, sin embargo a medida
que se le adicionaba más ácido, esta empezaba a disminuir.
Figura 17. Solubilización del quitosano
Resultados
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Grado de desacetilación
En la siguiente figura se muestra la curva de titulación obtenida, en la cual a
medida que se adiciona el hidróxido de sodio (NaOH), incrementa el pH de la
solución de la muestra; se nota que los datos van siendo constantes y después
llega un primer momento en el que el cambio de pH se eleva más de lo normal,
luego la muestra vuelve a ser constante y por segunda vez el pH se vuelve a
elevar más de lo normal.
Figura 18. Curva de titulación de la muestra de quitina.
Una vez realizada la curva de titulación, los datos obtenidos se pasaron a una hoja
de Excel en donde se obtuvo la primera derivada. La media obtenida y los ml
gastados se graficaron, como se muestra en la siguiente figura; los dos puntos
más altos, son los puntos de inflexión, los cuales se sustituyeron en la fórmula
para determinar el porcentaje de grupos aminos que contiene la muestra.
Resultados
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Figura 19. Puntos de inflexión del quitosano.
Sustituyendo los datos, se obtuvo una media de 73.43%±5.14, confirmando que el
biopolímero analizado es quitosano, porque su media se encuentra dentro del
rango del 50-95% de grupos aminos (Pillai et al, 2009) y comparado con De La
Paz et al 2012 donde se obtuvieron resultados a nivel escala banco de 78%, a
escala piloto de 81% y a escala industrial de 77%.
Conclusiones
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6. CONCLUSIONES
Los trabajos realizados a través de los años, han sido principalmente a partir del
exosqueleto de camarón, ya que es un producto que tiene un costo accesible y
que es consumido en gran cantidad ya sea de manera personal o en restaurantes.
En este trabajo se utilizó exoesqueleto de langosta roja, debido a que se contaba
con la materia prima y además de no existir hasta el momento trabajo alguno
realizado con esta especie; que si bien no puede ser desarrollado como un
proyecto viable por la forma de comercializar esta especie, la cual es viva; pero
puede ser una alternativa de aprovechamiento de los lugares donde se manejen
sus residuos.
Como ya se ha mencionado anteriormente, es importante darle un nuevo giro a los
residuos de las industrias pesqueras, ya que más bien de ser llamados
“desechos”, pasan a convertirse en “subproductos” de la pesca, con valor
agregado, con gran importancia en diversas áreas y con gran variedad de
aplicaciones. Contribuyendo también con el medio que nos rodea, siempre y
cuando los procesos que se utilicen no sean más perjudiciales para este.
Durante la extracción de los biopolímeros quitina y quitosano, siempre es
importante tener un buen control de los factores que afectan directamente en el
proceso, como lo son la temperatura, la concentración de las soluciones que se
utilicen y el tiempo; ya que de ellos depende la calidez final con la que resultaran y
de la cual dependen algunas propiedades, para poderles designar un uso
específico; ya que la calidad de una quitina o quitosano que se utilice en
agricultura, no será de la misma calidad que se utilice en medicina.
Después de haber realizado pruebas anteriores al presente trabajo para
estandarizar el proceso de extracción, se obtuvieron rendimientos de 34.33% para
la quitina en base al exoesqueleto de langosta y de 72.46% en base a la quitina;
encontrándose dentro de un rango aceptable.
Conclusiones
Ingeniería en Pesquerías Página 40
La caracterización de la quitina en el análisis proximal fue la esperada; ya que en
el caso de cenizas y proteínas se obtuvieron valores muy cercanos a cero, lo que
indico que se removieron adecuadamente durante la extracción y con los que se
confirma la obtención de un producto más puro.
Para el caso de quitosano, ya no fue necesario realizarle un análisis proximal,
debido a que ya se le había realizado a la quitina y este es un derivado de ella; por
lo que se le hicieron las pruebas de solubilidad, en la que fue soluble
aproximadamente en un 90% en los ácidos orgánicos (ácido acético y ácido
cítrico); y en la prueba de grado de desacetilación, en la cual se cuantifica el
porcentaje de grupos amino donde se obtuvo un resultado de 73.43%, lo que
indica que el biopolímero obtenido si es quitosano.
Recomendaciones
Ingeniería en Pesquerías Página 41
7. RECOMENDACIONES PARA LA CONTINUIDAD DEL TRABAJO
Para darle continuidad a este trabajo, se pueden hacer diferentes pruebas para
darle una aplicación, es decir se puede trabajar desde la creación de películas
para el recubrimiento y la conservación de alimentos ya sea de origen marino o
frutas y verduras que sean producidas en el Estado; hasta la preparación de
alguna crema con un fin farmacéutico o algún tipo de suplemento alimenticio.
También es recomendable que puedan realizarse extracciones de quitina y
quitosano de camarón café, ya que es una de las principales especies que se
extrae y que se consume dentro del Estado; lo que pudiera abrirse como un nuevo
proyecto para generar nuevas fuentes de empleos e ingresos.
Bibliografía consultada
Ingeniería en Pesquerías Página 42
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