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Roger Salas Ovilla*, Didiana G\u00e1lvez L\u00f3pez*, Raymundo Rosas Quijano*<\/p>\n
CIENCIA UANL \/ A\u00d1O 20, No. 84, abril-junio 2017<\/p>\n
En la actualidad, el sector industrial que genera gran parte del flujo econ\u00f3mico en la sociedad se ha convertido en centro de atenci\u00f3n, esto porque tambi\u00e9n genera altas cantidades de residuos org\u00e1nicos e inorg\u00e1nicos, los cuales, debido al mal manejo, representan importantes focos de contaminaci\u00f3n. Los problemas m\u00e1s notorios han distorsionado diversos ecosistemas de manera dr\u00e1stica \u2013pues afectan agua, aire, suelo, entre otros\u2013, lo que se considera como una de las principales consecuencias del cambio clim\u00e1tico.<\/p>\n
En las \u00faltimas d\u00e9cadas, la transformaci\u00f3n de los productos derivados de la actividad pesquera, especialmente de crust\u00e1ceos (camarones, langosta, cangrejos, etc\u00e9tera), ha generado cierto inter\u00e9s por la contaminaci\u00f3n que acarrea al ambiente (Chacrabortty, Bhattacharya y Das, 2012; S\u00e2nia, et al., 2012). La industria pesquera obtiene impresionantes cantidades de residuos s\u00f3lidos, en su mayor\u00eda el caparaz\u00f3n, y de ello aproximadamente 5% se transforma en productos como harinas y extractos que sirven de base para alimento animal; el destino del resto son las costas, lo que se convierte en un grave problema ambiental. Por su parte, los restaurantes y cocinas comerciales generan abundantes residuos de crust\u00e1ceos que no son aprovechados y, por lo tanto, tambi\u00e9n contribuyen, en menor medida, a la contaminaci\u00f3n ambiental.<\/p>\n
Como resultado de esta situaci\u00f3n, los grupos de investigaci\u00f3n cient\u00edfica en el mundo, motivados por la preocupaci\u00f3n social, han adquirido el compromiso de generar informaci\u00f3n que promueva programas enfocados en transformar y reutilizar los desechos para darles un valor agregado y, al mismo tiempo, incorporar el conocimiento de la relaci\u00f3n entre la tecnolog\u00eda y el desarrollo sustentable, que minimice los da\u00f1os en el equilibrio ambiental y de la salud humana.<\/p>\n
Se considera \u201cdesecho marino\u201d todo objeto manufacturado, procesado, persistente, que no aparece\u00a0naturalmente en los ecosistemas marinos y costeros. Dependiendo del origen, se pueden clasificar en sint\u00e9ticos o naturales. Los desechos marinos son un grave problema que se ha generado en los litorales de todo el mundo; la industria pesquera genera grandes vol\u00famenes de residuos crust\u00e1cicos que son vertidos en las playas, estos desechos org\u00e1nicos son una fuente interesante de mol\u00e9culas con actividad biol\u00f3gica, por ejemplo, prote\u00ednas, antioxidantes y pol\u00edmeros como la quitina; todos ellos tienen un amplio potencial biotecnol\u00f3gico.<\/p>\n
La quitina en los crust\u00e1ceos<\/strong><\/p>\n El caparaz\u00f3n de crust\u00e1ceos \u2013camarones, cangrejos y krill\u2013 se considera como un desecho marino, su composici\u00f3n qu\u00edmica es una fuente rica en quitina (pol\u00edmero compuesto por mol\u00e9culas de N-acet\u00edl Glucosamina), que al ser sometida a un proceso de hidr\u00f3lisis (descomposici\u00f3n del pol\u00edmero), permite la obtenci\u00f3n de compuestos ben\u00e9ficos y \u00fatiles, es decir, productos con alto valor agregado (Wang, Liang y Yen, 2011).<\/p>\n La quitina es el segundo compuesto m\u00e1s ab\u00fandate en la naturaleza, despu\u00e9s de la celulosa. Est\u00e1 constituido por mol\u00e9culas de carbohidratos con grupos nitrogenados (figura 1), y juega un papel importante en la rigidez del caparaz\u00f3n de los crust\u00e1ceos como el camar\u00f3n, cangrejo, langosta, etc\u00e9tera (Kumar, Joydeep y Tripathi, 2004).<\/p>\n Figura 1. Estructura molecular de la quitina. Fuente: (Sabry, 1992).<\/p><\/div>\n Se considera que aproximadamente 75% del peso total de los crust\u00e1ceos son residuos, de este porcentaje, la presencia de quitina comprende de 20 a 50% del peso total seco de dichos residuos. El contenido de quitina, prote\u00edna, minerales y carotenoides presente en la cubierta de crust\u00e1ceos var\u00eda dependiendo de la especie, parte de la cubierta, estado de nutrici\u00f3n y ciclo reproductivo del organismo. El caparaz\u00f3n de camar\u00f3n contiene como componente principal entre 15 y 40% de quitina, prote\u00edna entre 20 y 40% y carbonato de calcio entre 20 y 50%, y en menor cantidad pigmentos y otras sales met\u00e1licas (Younes y Rinaudo, 2015).<\/p>\n El camar\u00f3n: una fuente rica en quitina<\/strong><\/p>\n En M\u00e9xico, el camar\u00f3n es la principal especie en la producci\u00f3n pesquera, siendo el estado de Sinaloa el principal productor, seguido por Sonora y Tamaulipas (SIAP, 2014). El inter\u00e9s por la pesca de esta especie radica en que es una fuente importante de ingresos econ\u00f3micos tanto para las familias como para el mercado de alimentos. Los desechos del camar\u00f3n (caparaz\u00f3n) son transformados con tecnolog\u00eda en productos de alto valor agregado como quitina, quitos\u00e1n, aminoaz\u00facares, prote\u00ednas, pigmentos, entre otros, los cuales son utilizados en las industrias cosm\u00e9tica, alimentaria, agr\u00edcola y farmac\u00e9utica.<\/p>\n Las caracter\u00edsticas de la quitina y sus derivados para su aplicaci\u00f3n en la industria, dependen en gran medida del protocolo de extracci\u00f3n. Se ha observado que las condiciones de reacci\u00f3n, principalmente de temperatura y de pH, afectan el grado de pureza, el n\u00famero de grupos qu\u00edmicos, el peso de la mol\u00e9cula misma, entre otros. Adem\u00e1s, se busca que los m\u00e9todos de extracci\u00f3n sean simples, econ\u00f3micos, r\u00e1pidos y \u201camigables\u201d con el ambiente, para obtener pol\u00edmeros biocompatibles, biodegradables y no t\u00f3xicos (Vroman y Tighzert, 2009).<\/p>\n Extracci\u00f3n de la quitina<\/strong><\/p>\n En la actualidad, el camino m\u00e1s com\u00fan para la obtenci\u00f3n de quitina y quitos\u00e1n es el m\u00e9todo qu\u00edmico a partir de los desechos marinos como el camar\u00f3n. Como se mencion\u00f3 antes, el caparaz\u00f3n de crust\u00e1ceos contiene grandes cantidades de prote\u00ednas y de carbonato de calcio, estas mol\u00e9culas envuelven las microfibrillas de quitina. El tratamiento qu\u00edmico tiene dos fases: en la primera, la materia prima experimenta una \u201cdesproteinizaci\u00f3n\u201d (se eliminan las prote\u00ednas), empleando una\u00a0soluci\u00f3n alcalina caliente, generalmente hidr\u00f3xido de sodio o potasio; la segunda fase consiste en una \u201cdesmineralizaci\u00f3n\u201d (se elimina principalmente el carbonato de calcio), esto se logra con el uso de \u00e1cidos fuertes (Saleh, Sathianeson y Mohammad, 2016; Flornica y Newati, 2016; Youngju y Ro, 2015). Ante la ausencia de un m\u00e9todo de extracci\u00f3n est\u00e1ndar, el establecimiento de condiciones de reacci\u00f3n y el uso de grandes vol\u00famenes de soluciones corrosivas hacen que el m\u00e9todo sea costoso, adem\u00e1s aumenta el precio de los productos; sin mencionar los da\u00f1os que sufre el medio ambiente por la utilizaci\u00f3n de reactivos qu\u00edmicos altamente corrosivos que normalmente se descargan en las aguas residuales. Esto resalta la importancia de buscar m\u00e9todos alternativos de procesamiento.<\/p>\n Por otro lado, el m\u00e9todo biotecnol\u00f3gico de extracci\u00f3n de la quitina presenta varias ventajas, como una extracci\u00f3n reproducible, mayor facilidad en el manejo del proceso, el uso de \u00e1cidos y bases fuertes se suplen con compuestos org\u00e1nicos (leche, az\u00facar de ca\u00f1a), consume menos energ\u00eda, es m\u00e1s productivo, \u201camigable\u201d con el ambiente, hay menor grado de descomposici\u00f3n, lo que permite recuperar los subproductos con menor limitaci\u00f3n en la purificaci\u00f3n de los compuestos finales (Krithika y Chellaram, 2016; Gortari y Hours, 2014). Esta tecnolog\u00eda elabora productos con caracter\u00edsticas estructurales y funcionales de mayor calidad y reduce costos de producci\u00f3n; asimismo, diversos trabajos de investigaci\u00f3n concluyen que hay mayor rendimiento del producto final respecto al m\u00e9todo qu\u00edmico. Sin embargo, hasta ahora este procedimiento no se ha generalizado en la industria.<\/p>\n El enfoque biotecnol\u00f3gico plantea dos v\u00edas: una es la digesti\u00f3n del caparaz\u00f3n de crust\u00e1ceos mediante enzimas proteol\u00edticas como la papa\u00edna y la pepsina. Asimismo, las quitinasas (glicos\u00edl-hidrolasas) liberan las unidades qu\u00edmicas de la quitina (N-acet\u00edl glucosamina), estas enzimas son ampliamente distribuidas en los organismos vivos como mam\u00edferos, plantas, insectos, hongos y bacterias (Deeba et al., 2016). Este paso puede ser ejecutado antes o despu\u00e9s de la desmineralizaci\u00f3n. La segunda v\u00eda es la fermentaci\u00f3n por microorganismos, la cual puede ser de dos tipos: \u00e1cido l\u00e1ctico y no l\u00e1ctico. En torno a esto, diversos microorganismos se han reportado con actividad quitinol\u00edtica, entre los que destacan especies del g\u00e9nero Lactobacillus sp., Pediococcus sp., Bacillus sp., Pseudomonas sp., Aspergillus sp., Trichoderma sp., Serratia sp., entre otros (Kaur y Singh, 2013; Kishore, 2017; Vinayak et al., 2016).<\/p>\n Aplicaciones de los derivados de la quitina<\/strong><\/p>\n En la actualidad, los derivados de la quitina tienen aplicaciones en diversas \u00e1reas, como el tratamiento de aguas residuales, la industria alimentaria, la agricultura, la industria de la pulpa y el papel, productos cosm\u00e9ticos y de aseo, aplicaciones biom\u00e9dicas, la industria farmac\u00e9utica, entre otros (tabla I).<\/p>\n Fuente: (Younes y Rinaudo, 2015).<\/p><\/div>\n La limitaci\u00f3n en el uso de quitina se debe principalmente a la poca solubilidad que tiene, a pesar de este defecto, puede ser modificado para su utilizaci\u00f3n. El subproducto m\u00e1s conocido de la quitina es el quitos\u00e1n, que es el resultado de la desacetilaci\u00f3n de la quitina; \u00e9ste es empleado principalmente como protector natural de alimentos frente a la degradaci\u00f3n por microorganismos y otros factores que afectan la vida \u00fatil. Tambi\u00e9n es empleado como administrador de f\u00e1rmacos y en tratamiento de heridas (Barikani et al., 2014; Vida, Morteza y Amir, 2015; Kmiec et al., 2017; Olic\u00f3n, Zepeda y Guerra, 2017).<\/p>\n Por otro lado, durante la degradaci\u00f3n de la quitina se genera una mezcla de aminoaz\u00facares de diferentes tama\u00f1os. Estos compuestos son biodegradables, no t\u00f3xicos y presentan una gran diversidad de propiedades biol\u00f3gicas como bactericidas, antif\u00fangicos, antivirales, antitumorales, antioxidantes, estimulantes del sistema nervioso, entre otros (Casta\u00f1eda et al., 2011). Esto indica que la quitina y sus derivados son vers\u00e1tiles en su aplicaci\u00f3n; adem\u00e1s, si se considera su abundancia, los desechos marinos representan una excelente fuente de mol\u00e9culas funcionales de amplio beneficio.<\/p>\n Otros subproductos obtenidos a partir de residuos marinos tienen aplicaciones interesantes como la astaxantina, colesterol, DHA, EPA, taurina, pigmentos, prote\u00ednas, hierro org\u00e1nico, enzimas, entre otras (Bae y Moon, 2010; Russell, 2013).<\/p>\n Conclusi\u00f3n<\/strong><\/p>\n La quitina, como desecho marino, tiene un enorme potencial para ser transformado en compuestos \u00fatiles de nuestro diario vivir. Para Estados Unidos, Jap\u00f3n y China, la producci\u00f3n de quitina y quitos\u00e1n juega un papel importante en t\u00e9rminos monetarios; recientemente, pa\u00edses como Italia, Brasil y Corea se han sumado a esta actividad industrial de alto impacto. La mayor cantidad de quitina comercializada a nivel mundial proviene de dos fuentes principales: residuos de camar\u00f3n y cangrejo, \u00e9sta siempre es prove\u00edda por la industria alimentaria dedicada al procesamiento de mariscos, por lo que es obtenida a un bajo costo.<\/p>\n La biotecnolog\u00eda plantea alternativas para la extracci\u00f3n y trasformaci\u00f3n de la quitina, sin embargo se requieren m\u00e1s estudios robustos en el an\u00e1lisis de las caracter\u00edsticas fisicoqu\u00edmicas de los productos finales utilizando procesos biol\u00f3gicos, para poder determinar la superioridad frente al m\u00e9todo qu\u00edmico.<\/p>\n Las investigaciones en torno a la utilidad de la quitina y sus derivados siguen generando informaci\u00f3n que avala las aplicaciones seguras de estos compuestos. El uso de compuestos naturales para la obtenci\u00f3n de quitina y sus derivados plantea una alternativa al uso de compuestos sint\u00e9ticos, ya que \u00e9stos, cuando son usados, generan efectos adversos a la salud. Por lo tanto, es necesario continuar las investigaciones en el desarrollo de tecnolog\u00edas para incrementar el rendimiento del procesamiento del segundo compuesto m\u00e1s abundante en la tierra.<\/p>\n La explotaci\u00f3n de los recursos biol\u00f3gicos es un tesoro infinito, y s\u00f3lo con la generaci\u00f3n de estudios amplios, que cubran las diversas \u00e1reas del conocimiento, se podr\u00e1 ampliar la capacidad para explotar al m\u00e1ximo los residuos naturales de una manera ordenada, en la que la obtenci\u00f3n de compuestos bioactivos sea favorable para la salud y el ambiente.<\/p>\n Agradecimientos<\/strong><\/p>\n Los autores agradecen al proyecto SEP-PRODEP DSA\/103.5\/16\/14474 por el financiamiento y beca otorgada.<\/p>\n <\/p>\n *Universidad Aut\u00f3noma de Chiapas<\/p>\n Contacto: rrquijano@yahoo.fr<\/p>\n <\/p>\n Referencias<\/strong><\/p>\n Bae, K.P., y Moon, M.K. (2010). Applications of chitin and its derivatives in biological medicine. Int. J. Mol. 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