Procesamiento

Extracción de quitina del exoesqueleto de camarones de forma barata y sostenible

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By Milthon Lujan

Singapur.- Los científicos de la Nanyang Technological University (NTU) han desarrollado una forma ecológica y barata de obtener quitina, mediante el uso del exoesqueleto de camarones y residuos de frutas.

¿Qué es la quitina?

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La quitina el segundo biopolímero más abundante en la naturaleza después de la celulosa, y se presenta en tres formas polimórficas: a-quitina, ß-quitina y ?-quitina. La a-quitina es la configuración más estable y común, y se encuentra en cutículas de insectos, exoesqueletos de crustáceos y en las paredes celulares de levaduras y hongos.

La quitina sirve para una amplia variedad de usos en la industria alimentaria, como espesantes y estabilizadores de alimentos, y como un empaque antimicrobiano de los alimentos.

El método NTU es más sostenible que los enfoques actuales que extraen químicamente la quitina de los desechos marinos, lo cual es costoso, consume grandes cantidades de energía y genera subproductos químicos que son descargados mediante los efluentes industriales.

Aprovechamiento de desechos del procesamiento de camarones

Los camarones marinos constituyen un gran porcentaje del consumo de crustáceos en todo el mundo; sin embargo, un importante volumen de desechos sólidos, incluido cabeza, exoesqueleto (concha o cáscara), y porciones de colas de los camarones, se acumulan en las mismas plantas de procesamiento.

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De seis a ocho millones de toneladas de residuos de crustáceos se generan anualmente en todo el mundo, de los cuales entre el 45 y 68% son exoesqueletos de camarones que se descartan como subproductos del procesamientos (Mao et al., 2017). La composición química de los desechos de camarones se estima entre 20-30% de quitina, 20-40% de proteína, 30-60% de minerales (carbonato de calcio) y 0-14% de lípidos (Kim y Park, 2015). 

El aprovechamiento de los residuos del procesamiento de camarones es un enfoque para la recuperación de biomateriales como quitina, proteína, lípidos astaxantina, compuesto saborizantes y carbonato de calcio. Estos compuestos tienen grandes aplicaciones en la industrias de alimentos, farmacéutica, agrícola, cosmética y textil. Los esfuerzos por desarrollar métodos de obtención de quitina y quitosano para aprovechar los residuos del procesamiento de los camarones son múltiples y variados.

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El profesor William Chen, director del programa Food Science and Technology en NTU, quien lideró la investigación, manifestó “La gran cantidad de residuos de camarones ha despertado el interés industrial debido a que es una fuente abundante de quitina. Sin embargo, hay un problema en el método de extracción, que es insostenible y perjudicial para el ambiente”.

Método barato de extracción de quitina del exoesqueleto de camarones

Tradicionalmente, los métodos aplicados para la utilización de los desechos de camarones son procedimientos químicos que emplean reagentes corrosivos o peligrosos (como HCl y NaOH), que con conocidos por causar contaminación ambiental y desperdicios de recursos, y un incremento de los costos asociados.

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“Nuestro nuevo métodos toma los desechos de los crustáceos y desechos de frutas descartados, y mediante los procesos de fermentación natural se extrae la quitina. Esto no solo es barato, sino también ecológico y sostenible, y ayuda a reducir los desperdicios en general” dijo Chen.

El equipo de NTU probó diez fuentes de desperdicios de frutas comunes, tales como orujo de uva blanca y roja, cáscaras de mango y de manzana, residuos de piñas, en varios experimentos de fermentación. Ellos encontraron que los desperdicios de fruta contenían suficiente cantidad de azúcar para impulsar el procesos de fermentación que descompone las conchas de los camarones en quitina.

Ellos emplearon la técnica de “difracción de rayos X” para determinar la estructura atómica y molecular de la quitina obtenida mediante el nuevo método y su nivel de pureza fue medido usando un “índice de cristalinidad”. Las muestras de quitina cruda extraída de los exoesqueletos de los camarones mediante la fermentación con residuos de fruta, y Lactobacillus plantarum subsp. plantarum ATCC 14917 y Bacillus subtilis subsp. subtilis ATCC 6051, tuvieron un índice de cristalinidad de 98.16 por ciento, en comparación con las muestras comerciales de quitina con un índice de 87.56 por ciento. El proceso de fermentación usando el contenido de azúcar de los residuos de fruta produjo quitina de mayor calidad que la comercial.

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Chen dijo: “Nuestra investigación ha conducido no solo a quitina de mayor calidad, sino también a un proceso más sostenible y respetuoso con el medio ambiente. Si bien los diversos tipos de desperdicios de fruta produjeron buenos resultados, el azúcar de orujo de las uvas rojas tuvo el mejor rendimiento. Este también es un método barato para las operaciones a escala industrial, que puede ser interés potencial para las bodegas que buscan reducir y reciclar sus desechos”.

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“Esta investigación también hace eco del enfoque de investigación traslacional de NTU, que tiene como objetivo el desarrollar innovaciones sostenibles que beneficien a la sociedad y la industria, y creen un un futuro más verde”.

Loo Yuen Menga, Director gerente de Integrated Aqua Singapore Pt. Ltd., que no participó del estudio, manifestó “Las últimas innovaciones desarrolladas por el profesor William Chen, es un excelente ejemplo de cómo la experiencia de un instituto de educación superior puede aplicarse para mejorar la eficiencia operativa de la industria alimentaria, al tiempo que reduce el desperdicio del procesamiento de alimentos. Mediante un proceso de fermentación simple, la quitina y el quitosano de alto valor recuperados del exoesqueleto de camarón son amigables con el medio ambiente, y los productos pueden volver a introducirse a la industria alimentaria”.

Obtención de quitosano el próximo paso

Al dejar que la quitina se someta a otras etapas de fermentación, el equipo de investigación de NTU también descubrió que podían fermentarla más y obtener quitosano, que puede ser usado como potenciador de crecimiento en fertilizantes de plantas, o como un sistema controlado de administración de medicamentos en tratamientos farmacéuticos.

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El equipo de NTU está explorando formas de usar el quitosano para mejorar las innovaciones previas como los empaques de alimentos creados usando residuos de soja u okara. Esto podría conducir al desarrollo de una película de celulosa más duradera con propiedades antimicrobianas y antibacterianas.

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Chen también viene trabajando con varias empresas para estimular la adopción de métodos industriales más ecológicos en la producción de quitina y quitosano. {mprestriction ids=»*»}

Referencia (acceso abierto):
Tan, Y.N., Lee, P.P. & Chen, W.N. Microbial extraction of chitin from seafood waste using sugars derived from fruit waste-stream. AMB Expr 10, 17 (2020). https://doi.org/10.1186/s13568-020-0954-7 {/mprestriction}

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