En este artículo vamos a analizar las características y propiedades del chitosán en distintos ámbitos, así como los principales usos que tiene.
Además, resumiremos el proceso de obtención del quitosano y el importante poder antimicrobiano que ejerce en la salud pública.
¿Qué características tiene el chitosán?
El chitosán es un polisacárido que se encuentra en estado natural en las paredes celulares de algunos hongos y es un derivado de la quitina. Su fórmula química se compone de unidades repetitivas de 2- amino-2-desoxi-B-D-Glucopiranosa (1).
Los distintos estudios que se han realizado del quitosano muestran como este compuesto se ha ido introduciendo y desarrollando en el mundo de la innovación y el negocio.
De hecho, en 2010, la «Global Industry Analyst Incorporated» realizó un estudió en el que estimó que el mercado global de derivados de la quitina en el 2015 alcanzó los U$ 63 millardos de dólares, mientras que el del quitosano llegó a U$ 21.4 millardos de dólares (1).
¿Cuáles son las factores que influyen en el comercio del chitosán?
Algunos de estos factores son el incremento en las aplicaciones en los sectores agroquímico y salud y el aumento de la demanda de los países en desarrollo como Asia, América Latina y Medio Oriente (1).
Propiedades fisicoquímicas del chitosán
El chitosán es conocido como un copolímero compuesto de unidades de 2-Acetilamina-2-desoxi-B-D-(+)- Glucopiranosa y 2-amino-2-desoxi-B-DGlucopiranosa, siendo la quitina la principal fuente de composición. Dicha quitina es sometida a un proceso de desacetilación termoquímico en condiciones alcalinas, además de encontrarse bajo una adecuada temperatura, presión, concentración y tiempo determinarán el peso molecular del polímero y su grado de desacetilación (1).
Pasamos a llamar a este compuesto chitosán cuando el grado desacetilación se encuentra cerca del 70 al 90% y en algunas
aplicaciones biomédicas se utiliza cuando dicho grado es mayor al 95% (1).
El quitosano puro presenta una concentración de nitrógeno del 6,89%, siendo el grupo amino libre el que le proporciona su carácter básico, además de aportarle determinadas características fisicoquímicas de gran interés industrial (1).
Solubilidad del chitosán
El quitosano suele ser soluble a un pH menor de 6 y los factores que influyen en el grado de solubilización son:
- Grado de desacetilación
- Distribución de los grupos acetilos y aminos a lo largo de la cadena
Toxicidad
El chitosán es reconocido oficialmente como un compuesto no tóxico, pero que no puede ser digerido por los humanos, siendo como una fibra con cero calorías.
Este biopolímero ha sido aprobado en apósitos para las heridas por la FDA (Food and drug administration) lo aprueba en apósitos.
No obstante, aunque ha sido de gran utilidad en el tratamiento de las aguas, hay determinadas modificaciones que han sido implantadas en el chitosán, pudiéndolo convertir en un compuesto más tóxico por causa de los residuos que participan en reacciones químicas y deben ser eliminados de forma cuidadosa.
Los usos del chitosán de los cuales vamos a hablar más adelante se deben a las siguientes propiedades fisicoquímicas (1):
- Biodegradabilidad
- Biocompatibilidad
- Atoxicidad
- Inmunogenicidad
- Actividad bactericida
- Fungicida
- Antiviral
- Biocida
Obtención del chitosán
Para obtener el chitosán primero debemos de hablar de su materia prima: la quitina. Ésta se puede obtener de numerosas fuentes naturales como por ejemplo, los hongos, insectos y crustáceos, normalmente los desechos de la industria pesquera como los exoesqueletos de camarón, cangrejo, langosta y otros son los más utilizados (1,2).
El proceso de obtención del chitosán comienza con la recepción de la materia prima. En segundo lugar se realiza el descarnado y la molienda, a partir de los cuales comienza la transformación fisicoquímica de los exoesqueletos de camarón (1).
Después, será sometido para someterse a dos procesos de desproteinización y uno de desmineralización y finalmente a la desacetilación con el fin de obtener el quitosano (1).El quitosano lo descubrió Rouget en 1859, ya que averiguó que cuando se mezclaba quitina con una solución caliente de hidróxido de potasio se obtenía un producto soluble en ácidos orgánicos, a la cual él llamó “quitina modificada”. Esta quitina cambiaba de color verde a violeta en soluciones diluidas de ioduro y ácido (2).
Años más tarde, en 1894, Hoppe-Seyler estudió la quitina y pasó a llamarse «quitosano» o «chitosán» derivado del inglés. A continuación, se muestra un diagrama con los pasos que se requieren en la obtención del quitosano (1,2):
Aplicaciones del chitosán
En el ámbito de la salud el chitosán se utiliza en la liberación de medicamentos, piel artificial, refuerzo de uñas y huesos, sutura
absorbible y apósito para heridas (1).
Uso en la industria alimentaria
Dentro de la industria alimentaria, la agroindustria es la que tiene más relación con el uso de chitosán. Dentro de estos usos destacan (1,2):
- Recubrimiento de frutos, hojas, semillas y vegetales frescos
- Agente preservante
- Espesante de alimentos
- Clarificación de jugos de fruta
- Protección de plántulas
- Liberación controlada de agroquímicos
- Estimulación del crecimiento
- Inhibidor del oscurecimiento de frutos y tubérculos
- Biocidas: corrector de sustratos de crecimiento y como mecanismos de defensa
Además, en la agricultura y ganadería se utiliza como (2):
- Fertilizante
- Conservación de semillas
- Aditivo para alimentación animal
- Formulaciones de pesticidas
Usos del chitosán en sistemas acuosos
El chitosán también se utiliza para tratar las aguas como un agente floculante, coagulante con el objetivo de utilizarse en sistemas de flotación para la eliminación de aceites pesados o metales en agua. Además, en centros de spas y piscinas públicas se utiliza como agente filtrante (1).
Utilización en la química analítica
El chitosán ha sido usado en las siguientes aplicaciones de química analítica (2):
- Aplicaciones cromatográficas
- Intercambiadores de iones
- Absorción de iones de metales pesados y absorción de ácidos
- Fabricación de electrodos específicos para metales
El chitosán y la biomedicina
El quitosano es un compuesto muy utilizado en la biomedicina en casos como: hemodiálisis, suturas biodegradables, sustituyentes
artificiales de la piel, agente cicatrizante en quemaduras, fármacos, liberación de insulina, transporte de agentes anticancerígenos, tratamiento la leucemia y control del virus del SIDA (2).
Dietética y cosmética
Existen varias formulaciones cosméticas de espumas de afeitar, cremas para la piel y el cuerpo que contienen chitosán, y además, en algunos productos dietéticos como adelgazantes presentan este polímero para atrapar las grasas del estómago(2).
Efecto antimicrobiano del chitosán
Debido a las crecientes intoxicaciones alimentarias, por la presencia de microorganismos patógenos, que se han ido produciendo a lo largo de los años, y con la finalidad de garantizar la seguridad alimentaria y la salud pública se ha procedido al uso de conservantes de origen natural capaces de inhibir el crecimiento de microorganismos. Este es el caso del quitosano (3).
Por esta razón, son varias investigaciones las que han estudiado el efecto antimicrobiano en estado líquido o coloide y en estado sólido (membrana).
Uno de los motivos más destacados por el que parece ser que el quitosano presenta actividad antimicrobiana es la presencia de un grupo amino con carga positiva a pH inferior a 6.3, en el carbono 2, que se encuentra interactuando con las cargas negativas de la pared celular de los microorganismos.
Esto produce una lisis de estas estructuras, que conlleva la pérdida de compuestos proteicos y otros componentes del interior de las células (3).
Además, el quitosano puede ligarse o quelarse de forma selectiva a ciertos metales presentes en las estructuras externas de los microorganismos, para evitar la producción de toxinas inhibiendo así la producción de toxinas (3).
Cabe destacar que existen 4 factores de los que depende el efecto inhibidor del chitosán para el crecimiento de microorganismos (3):
- Tipo de microorganismo: especie y fase de desarrollo
- factores intrínsecos delquitosano: peso molecular, solubilidad, grado de desacetilación, densidad de carga positiva y capacidad quelante)
- Estado físico del quitosano
- Factores ambientales (pH, temperatura y tiempo)
Además, el chitosán como se considera un polímero biodegradable, ayuda a prevenir residuos pesqueros (en mayor proporción), no es tóxico, es biocompatible, siendo muy utilizado como conservante en la ingeniería de alimentos (3).
Conclusiones
El quitosano es considerado un copolímero compuesto de unidades de 2-Acetilamina-2-desoxi-B-D-(+)- Glucopiranosa y 2-amino-2-desoxi-B-DGlucopiranosa, cuyos componentes les confiere un comportamiento particular.
Se ha confirmado que el chitosán es un polielectrolito en soluciones ácidas y que a medida que aumenta el grado de desacetilación la densidad de carga también lo hace, por lo que se producirá un incremento de su viscosidad.
Debido a su amplia estructura química, este biopolímero presenta una gran variedad de aplicaciones que destacan incluso en nuevos desarrollos científicos y tecnológicos de compuestos de origen natural, así como su gran poder antimicrobiano.
Por ello, continuamente se está intentando potenciar las técnicas de extracción de este compuestos, evitando que sean agresivas al medioambiente y mejorando el rendimiento y la garantía de calidad del chitosán.
Las mejoras que se están realizando a nivel comercial están siendo de gran ayuda para reducir los precios actuales de este tipo de productos en el mercado, siendo cada vez más accesibles para la gran mayoría de la población.
Referencias bibliográficas
- D. Giraldo, J. (2015). Propiedades, obtención, caracterización y aplicaciones del quitosano. Universidad Austral de Chile. Áreas de interés investigativo: Operaciones unitarias con énfasis en sistemas agitados, agroquímicos, quitina y quitosano.
- Lárez-Velásquez, C. (2003). Algunos usos del quitosano en sistemas acuosos. Revista Iberoamericana de Polímeros, 4(2): 91-109.
- Ayala, Valencia, G. (2015). Efecto antimicrobiano del quitosano: una revisión de la literatura. Scientia Agroalimentaria, 2: 32-38
