Quitina, Quitosano y sus aplicaciones Cuando la solución proviene del mar

Las aplicaciones de la quitina y quitosano son muy amplias y múltiples, existiendo sectores en los que su utilización es habitual y conocida, y otros en los que constituye actualmente una interesante vía de investigación. La quitina y el quitosano son materiales orgánicos producidos por invertebrados de agua dulce, crustáceos haloplanctónicos y por especies marinas pelágicas y bénticas en agua salada. Este artículo pretende realizar, de forma breve, una recopilación de las interesantes propiedades que estos compuestos procedentes de la pesca pueden ofrecer. Algunas de sus aplicaciones ya se estudiaron ampliamente, mientras que otras constituyen vías abiertas de investigación en todo el mundo.

Claudia L. Teisaire y Juan Manuel Alderete.

La actividad industrial de procesado de los productos de la pesca, especialmente de crustáceos (langosta, buey de mar, centolla, cigala, langostino, gamba y nécora entre otros) y cefalópodos (calamar), genera en la actualidad una gran cantidad de residuos que suponen un grave problema medioambiental. Los residuos del procesado del marisco contienen en general un 14-35% de quitina asociada con proteínas (30-40%), lípidos, pigmentos y depósitos de calcio (30-50%), estimándose por tanto una producción mundial anual de quitina en los residuos de unas 120.000 toneladas. Este gran volumen, unido a su lenta capacidad de degradación, estimuló una gran actividad investigadora centrada en la determinación de los posibles usos de esta sustancia con una doble finalidad; por un lado la búsqueda de una explotación económica beneficiosa, y por otro la eliminación del problema medioambiental. Como resultado de estas investigaciones, actualmente la quitina y el quitosano (molécula derivada de la anterior), son empleados con éxito en campos tan diversos como el farmacéutico, médico, la industria alimentaria y procesadora de efluentes y la agricultura, entre otros muchos (Foto 1). ¿Qué son la Quitina y el Quitosano? La quitina y el quitosano son materiales orgánicos producidos por invertebrados de agua dulce (artrópodos, briozoos y zooplancton). En el medio salado son producidos fundamentalmente por crustáceos haloplanctónicos (copepodos, cladecera, euphasiaceae) y por especies marinas pelágicas y bénticas (incluyendo crustáceos, hidrozoos y briozoos). Algunos animales terrestres también poseen tegumentos quitinosos (insectos, crustáceos, anélidos y moluscos) mientras que hongos, levaduras y mohos igualmente tienen paredes celulares quitinosas.  La quitina fue encontrada por primera vez en 1811 por el profesor Henri Braconnot en hongos. En 1830 se aisló en insectos y se le dio el nombre de quitina. El descubrimiento del quitosano en 1859 por C. Rouget supuso el inicio de una investigación intensiva sobre estos compuestos. La quitina es un polímero de N-acetilglucosamina y residuos de glucosamina que se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, tal es así que constituye el segundo polímero más abundante después de la celulosa. La misma es un polisacárido no tóxico y biodegradable que forma una sustancia córnea y es el principal constituyente de exoesqueleto de insectos, crustáceos y arácnidos. Se encuentra también en setas, levaduras, coral, zooplancton, mariposas, algas y hongos (Gráfico 1).  La quitina es un producto ligero, en polvo o copos de color blanco o amarillento, que puede ser procesado en múltiples derivados (Foto 2). El quitosano es la forma N-desacetilada de la quitina de la que se obtiene tras sustituir los grupos acetamido por grupos amino. Forma parte de la pared corporal de la mayoría de hongos, levaduras y mohos. Asimismo, se biodegrada en el hombre por la acción de la lisozima (Gráfico 2) (Foto 3).

 ¿En qué se utilizan? Las aplicaciones de la quitina y quitosano son muy amplias, existiendo sectores en los que su utilización es habitual y conocida, y otros en los que constituye actualmente una interesante vía de investigación: 1- Tratamiento de aguasQuitina-Quitosano y sus derivados actúan como quelantes de metales de transición y contaminantes ambientales (PCBs), como removedores de iones metálicos (Hg, Cd, Pb, Ag y Ni), como floculantes coagulantes y precipitantes de proteínas, aminoácidos, tintes, colorantes, algas, aceites, metales radioactivos (U y Co), partículas en suspensión y pesticidas. Por ello se emplean en el tratamiento de piscinas y estanques, efluentes de industrias de alimentación y residuos alimenticios (reduciendo la DQO hasta en un 80%), aguas residuales (refinerías de petróleo, plantas procesadoras de pescado, cerveceras, mataderos, etc.) y en el tratamiento de agua de bebida. 2- Industria alimentaria - Como aditivos en los alimentos: Por sus propiedades como espesantes, gelificantes y emulsificantes se utilizan como mejoradores de la textura, ya que fijan agua y grasa (ej. Quitina cristalina). También se emplean como estabilizantes del color, como agente que previene la precipitación en el vinagre, como aditivos con características nutricionales (fibra dietética, ingrediente funcional), en galletas y pan (previene la disminución del volumen de la masa), como aditivo para alimentación animal (hasta el 10% en alimento para pollos) aumenta el crecimiento, el vigor y el incremento de bifidobacterias en el buche que bloquean el desarrollo de otros microorganismos y generan lactasa. También son utilizadas en harinas de marisco (shellfish), que contienen proteína quitina y astaxantina y que se usan en alimentación del salmón. - Envoltura y recubrimiento protector de alimentos: Los films con quitosano son resistentes, duraderos y flexibles con propiedades mecánicas similares a polímeros comerciales de fuerzas medias. Su uso en films comestibles puede favorecer la protección de la vida salvaje, ya que aunque sean ingeridos por algunos animales (el 30% de los peces marinos tienen plásticos en su estómago) pueden ser fácilmente degradados por enzimas existentes en el estómago de algunos de estos. También se emplean junto con otros elementos en recubrimientos para frutas (N,O-carboximetilquitina) retrasando el envejecimiento, disminuyendo la oxidación, las perdidas por transpiración y protegiendo frente al ataque de hongos. Su acción como protector de alimentos frente a microorganismos (concentraciones =/>del 0,02% protegen frente a E. Coli) como bacterias, levaduras y hongos. Es interesante para la obtención de alimentos mínimamente procesados y para retrasar la aparición del off-flavor en la carne. En concreto, la acción antimicrobiana la realizan privando a los microorganismos de iones vitales (Cu), bloqueando o destruyendo la membrana, filtrando constituyentes intracelulares, y formando complejos polielectrolíticos con polímeros ácidos y células de superficie. - En procesos industriales: En la recuperación de proteína de desechos de ovoproductos para alimentación animal, como agente purificador del azúcar, clarificador en industrias de bebida (agua, vino, zumo de manzana y zanahoria) sin afectar el color (0,7g/l), como finalizador en zumos (quitosano ácido soluble y soluble en agua), coagulación del queso (2-2,5% pH6, remueve el 90% de los sólidos), retardador del pardeamiento enzimático de jugos de manzana y pera. 3- Medicina. El quitosano y sus formas derivadas son empleados con éxito en diversos ámbitos de la medicina y en otros su aplicación está en fase de estudio y desarrollo. - Por sus propiedades antimicrobianas (activa quitanasa y b-gluconasa): Su histocompatibilidad y su capacidad de retención de humedad y de liberación controlada de sustancias así como por sus propiedades mecánicas (elasticidad), las moléculas de quitosano forman parte de vendajes, lentes de contacto, gotas oftalmológicas, cremas y recubrimientos para quemaduras, heridas y úlceras, suturas quirúrgicas reabsorbibles, implantes y cultivos de tejido (eliminando la contaminación por microorganismos).

 - Control del colesterol sanguíneo: En los últimos años algunos estudios han demostrado la capacidad del quitosano para reducir de forma efectiva la absorción de grasa de la dieta, reducir la presión sanguínea y disminuir los niveles de colesterol sérico. Todo ello gracias a un mecanismo de formación de enlaces iónicos con los que se fija a diferentes tipos de aniones, tales como ácidos biliares y ácidos grasos libres, y a su capacidad de formar micelas con el colesterol, con lo que disminuye la absorción de ácido cólico y su aporte al hígado. - Otros campos y acciones: Como la distribución controlada de medicamentos en el organismo (como diluyente de medicamentos y tabletas), transporte de células, acción antitumoral de los oligómeros de quitosano, materiales para ortopedia, estomatología (enfermedad periodontal, antiplaca aumentando el pH), antiácido (previene la gastritis), aumento de la biodisponibilidad del calcio y de la producción de bifidobacterias en el digestivo, estimulante inmunitario, en problemas de intolerancia a la lactosa, secuestrante de sales biliares, protector frente a la diarrea y la constipación y en membranas renales artificiales. 4- Biotecnología.El quitosano actúa en la inmovilización de enzimas como la glucosa isomerasa, empleándose en lechos para biorreactores, en la separación de proteínas, en biosensores (monitorizando la oxidación de los lípidos en músculo de pescado y crustáceos), en recubrimientos celulares, cromatografía, inmovilización celular, reacción con aldehidos, captación de células y enzimas y en la producción de proteínas de única célula. 5- Agricultura.En recubrimientos de semillas, como fertilizante y spray foliar, en la conservación de las frutas, como nematocida e insecticida, en la protección frente a plagas y ataque de hongos (induciendo la acción de las quitinasas frente a hongos), como virucida y estimulante del crecimiento (transporte de nutrientes). 6- Cosmética.Son varias sus aplicaciones por sus propiedades humectantes (cremas de manos, lociones de baño), abrasivas (limpieza de la piel), su polaridad positiva (fijación de los productos a piel y pelo) y no alergenicidad. Se emplea con éxito como matriz apropiada para otros ingredientes, en el cuidado bucal (pasta de dientes y colutorios bucales) y en el tratamiento para la celulitis (patentado). 7- Industria papelera.Empleo en la elaboración del papel, aumento del rendimiento de la pulpa y de la capacidad de retención de agua (pañuelo de papel), como adhesivo, tratamiento de superficie en el papel (mayor resistencia y mejor fijación de la tinta), papel fotográfico, separación de productos y recuperación de componentes. 8- Tecnologías de membrana. Para la separación de componentes (filtros moleculares), en columnas cromatográficas, como absorbentes de encapsulación, para el control de permeabilidad, en osmosis inversa, electrodiálisis, quitina magnética y aislamiento de lisozima. 9- Alimentos Nutraceúticos. En alimentos funcionales (bebidas, barras comestibles, etc.) por sus características de solubilidad y la posibilidad de obtención de múltiples compuestos derivados. 10- Industria textil. El quitosano se utiliza como agente para evitar el encogimiento de los tejidos y como fijador del color. Perspectivas A pesar del gran número de aplicaciones potenciales existentes y el considerable progreso realizado en la investigación de quitina y quitosano, es necesario potenciar su utilización en diversos sectores industriales que, con excepción del campo de la salud humana, se han mostrado hasta ahora reticentes. Ello ha sido

debido por un lado a la falta de confianza en la capacidad de las industrias proveedoras para suministrar materia prima, y por el otro al papel negativo que jugaron las patentes ralentizando el desarrollo del mercado. En la actualidad la tendencia del mercado de los productos de quitina y quitosano se dirige a su aplicación dietética y biomédica, pero en un futuro próximo se debería considerar la posibilidad de su utilización para el empaquetado de alimentos y otros productos, a fin de reducir de esta manera el volumen de desechos procedentes de envoltorios y favoreciendo la protección de la vida salvaje. Asimismo, dentro de la dinámica actual de reutilización y minimización de residuos, la obtención de compuestos de alto valor como la quitina y quitosano a partir de desechos de crustáceos, representa una interesante oportunidad para la industria.