Chitosan from Marine Crustaceans: Production, Characterization and Applications

Chitosan is a very useful marine polysaccharide that forms structural components in the exoskeleton of crustaceans. In this chapter, the production of chitosan (CH) and chitosan reticulated micro/nanoparticles (CHM) is described. Three case studies corresponding to different effective applications of chitosan are discussed: (i) the performance of CH to destabilize oil/water emulsion waste for water clarification. It was observed that as long as colloidal charge was maintained around zero, turbidity also showed low values and water clarification was achieved. However, when the applied doses were higher than the optimum, colloidal charge and turbidity both increased, showing emulsion restabilization. Emulsions treated with the optimum chitosan doses were clarified in very short periods; (ii) CH and CHM were used as effective antibacterial agents against three different pathogenic microorganisms that are problematic for aquaculture: Vibrio alginolyticus and parahaemolyticus, and Lactococcus garvieae and the minimum bactericidal concentrations were determined; and (iii) the removal of hexavalent chromium and the comparative performance of CH versus CHM. Results showed that at pH < 2, the adsorption capacity of CHM was higher because CH is unstable. Additionally, Cr(VI) was adsorbed on CH without further reduction; in contrast, Cr(VI) adsorbed on CHM was reduced to nontoxic Cr(III)

Optimización de la obtención de quitosano de crustáceos patagónicos (Puerto Madryn, Chubut): Desarrollo de micropartículas y evaluación de su acción bactericida en patógenos de usual frecuencia en maricultura

El procesamiento de crustáceos en la provincia del Chubut genera residuos sólidos de difícil disposición (exoesqueletos), que constituyen un contaminante ambiental. Estos residuos poseen una composición rica en quitina, de la cual se obtienen derivados como el quitosano (QS) , que por sus propiedades funcionales y fisicoquímicas, presentan aplicaciones muy variadas. El quitosano puede prepararse líquido, en escamas, en polvo, o formando micropartículas. En el presente trabajo el proceso de obtención de quitina y quitosano a partir de diferentes fuentes (cangrejos, langostino y calamar de la zona de Madryn y Rawson). Para la obtención de quitina los exoesqueletos molidos fueron despigmentados, descalcificados y desproteinizados. Para la obtención de quitosano la quitina fue desacetilada con NaOH al 50% a 120ºC. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2% para langostino y calamar y del 86,2% para cangrejo. El peso molecular resultó del orden de Da y 6x10 4 Da para crustáceos y calamar. Por otro lado se obtuvieron micropartículas de quitosano utilizando tripolifosfato de sodio (TPP) como agente reticulante, obteniéndose tamaños de partículas 1μm. Se evaluó además el efecto antimicrobiano del quitosano y las micropartículas de QS sobre el patógeno, Vibrio alginolyiticus, común en maricultura. El quitosano en solución como las micropartículas mostraron un efecto inhibitorio a concentraciones de 0,125% y 0,05% respectivamente. Además, las micropartículas tuvieron un efecto bactericida sobre el patógeno. Se puede observar que los desechos de exoesqueletos de crustáceos patagónicos constituye un tema importante en la revalorización económica de residuos para la región.Fil: Dima, Jimena Bernadette. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Nacional Patagonico; ArgentinaFil: Sequeiros, Cynthia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Nacional Patagonico; ArgentinaFil: Zaritzky, Noemi Elisabet. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Centro de Investigaciones en Criotecnologia de Alimentos (i); Argentin

Obtención de quitosano y quitosano reticulado a partir de residuos de la industria pesquera y su aplicación para la remoción de cromo hexavalente

En el presente trabajo se optimizó el proceso de obtención de quitosano (QS) a partir de diferentes exosqueletos obtenidos de la industria de procesamiento de crustáceos con el objetivo de generar valor agregado a partir de los desechos. Para la obtención de quitina los exoesqueletos molidos fueron despigmentados, descalcificados y desproteinizados. Para la obtención de QS la quitina fue desacetilada con NaOH al 50%. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2% y 86,2%, según la materia prima. El PM fue determinado por el método de viscosidad intrínseca. Se obtuvieron además micropartículas de quitosano (MQS) utilizando tripolifosfato de sodio (TPP) como agente reticulante. Las MQS fueron caracterizadas por espectroscopia infrarroja (FTIR); se determinó el potencial Z y el diámetro medio de la distribución obtenido por SEM fue de 101 nm. Por otra parte se analizó la efectividad de QS y las MQS obtenidas en el tratamiento de aguas. La contaminación de las aguas es uno de los aspectos más preocupantes de la degradación de los medios naturales. Entre los principales agentes contaminantes se encuentran los metales. Para su eliminación a partir de aguas residuales se han utilizado diferentes métodos, sin embargo, el proceso de adsorción a menudo se considera la técnica más adecuada, por su alta eficiencia y menor costo. Se estudió la acción del quitosano (partículas QS y micropartículas MQS) sobre la remoción de Cr(VI), altamente tóxico y cancerígeno, de aguas residuales. Se obtuvieron experimentalmente las isotermas de adsorción del metal, para ambos sistemas, y se analizaron los efectos del pH, el tiempo de contacto y la concentración inicial del metal. Se modelaron los resultados obtenidos utilizando la ecuación de Langmuir, Freundlich y Temkin. La cinética del proceso se evaluó mediante las ecuaciones de pseudo-primer orden, pseudo-segundo orden y Elovich. Ambos sistemas (QS y MQS) mostraron una buena eficiencia en la adsorción de Cr (VI) permitiendo revalorizar los residuos de la industria pesquera de la región.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Optimización de la obtención de quitosano de crustáceos patagónicos (Puerto Madryn, Chubut) : Desarrollo de micropartículas y evaluación de su acción bactericida en patógenos de usual frecuencia en maricultura

El procesamiento de crustáceos en la provincia del Chubut genera residuos sólidos de difícil disposición (exoesqueletos), que constituyen un contaminante ambiental. Estos residuos poseen una composición rica en quitina, de la cual se obtienen derivados como el quitosano (QS) , que por sus propiedades funcionales y fisicoquímicas, presentan aplicaciones muy variadas. El quitosano puede prepararse líquido, en escamas, en polvo, o formando micropartículas. En el presente trabajo el proceso de obtención de quitina y quitosano a partir de diferentes fuentes (cangrejos, langostino y calamar de la zona de Madryn y Rawson). Para la obtención de quitina los exoesqueletos molidos fueron despigmentados, descalcificados y desproteinizados. Para la obtención de quitosano la quitina fue desacetilada con NaOH al 50% a 120ºC. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2% para langostino y calamar y del 86,2% para cangrejo. El peso molecular resultó del orden de Da y 6x10 4 Da para crustáceos y calamar. Por otro lado se obtuvieron micropartículas de quitosano utilizando tripolifosfato de sodio (TPP) como agente reticulante, obteniéndose tamaños de partículas 1μm. Se evaluó además el efecto antimicrobiano del quitosano y las micropartículas de QS sobre el patógeno, Vibrio alginolyiticus, común en maricultura. El quitosano en solución como las micropartículas mostraron un efecto inhibitorio a concentraciones de 0,125% y 0,05% respectivamente. Además, las micropartículas tuvieron un efecto bactericida sobre el patógeno. Se puede observar que los desechos de exoesqueletos de crustáceos patagónicos constituye un tema importante en la revalorización económica de residuos para la región.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Uso de quitosano para la inmovilización de proteasas

Los procesos catalizados por enzimas en la industria son cada día más numerosos, ya que presentan una serie de ventajas frente a los catalizadores convencionales no biológicos. Sin embargo, su empleo no se ha generalizado debido a que la mayoría de las enzimas no son estables en las condiciones de trabajo utilizadas. La inmovilización de enzimas en soportes sólidos puede incrementar dicha estabilidad en las condiciones de trabajo (pH, temperatura) permitiendo además, que las enzimas puedan ser reutilizadas. De la variedad de materiales estudiados para inmovilizar enzimas se destaca el quitosano, ya que brinda propiedades físicas y químicas de interacción enzima-soporte para llevar a cabo reacciones biológicas con alto grado de eficiencia, mayor estabilidad térmica y operacional y bajo costo. Además, estos biopolímeros son abundantes, biodegradables y no tóxicos. En Puerto Madryn (Chubut), la industria procesadora de langostinos genera residuos sólidos (exoesqueletos) causando un problema ambiental. De estos residuos ricos en quitina se obtiene el quitosano. Se extrajo quitosano de residuos de crustáceos patagónicos y se utilizó como soporte en la inmovilización de la enzima Philibertaína g, proteasa perteneciente a un extracto crudo aislado de la planta patagónica Philibertia gilliessi. Para la obtención de quitosano, la quitina previamente purificada, fue desacetilada con NaOH al 50%. El grado de desacetilación fue de 90,2% (técnica potenciométrica) y el peso molecular viscosimétrico resultó de 2x10⁵Da. La inmovilización de la enzima se realizó por dos técnicas: i) unión covalente (UCov), donde se utilizó glutaradehído como activante del grupo amino del quitosano; ii) entrampamiento (Entr), en geles de quitosano obtenidos por gelificación iónica utilizando tripolisfosfato de sodio. La actividad enzimática del extracto crudo e inmovilizado se determinó empleando caseína como sustrato y se expresó en Ucas (Unidad caseinolítica). Al extracto crudo (100μl) y al inmovilizado (100mg) se añadió 1,1ml de caseína al 1% en baño termostatizado a 37°C; la reacción se detuvo a diferentes tiempos, agregando 1,8ml de TCA al 5%. Luego se centrifugó midiendo la absorbancia de los sobrenadantes a 280nm y se evaluó la estabilidad a diferentes pH. La actividad enzimática a pH=8 fue de 0,077Ucas (enzima libre en extracto crudo), 0,043Ucas (UCov) y 0,049Ucas (Entr). El porcentaje de inmovilización fue mayor para la enzima entrampada. Se observó mayor estabilidad al pH para la enzima inmovilizada Ucov. Las enzimas proteolíticas poseen un amplio campo de aplicación, la búsqueda de estrategias para optimizar su desempeño catalítico resulta de gran importancia para su uso industrial.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de AlimentosFacultad de Ingenierí

Encapsulación y liberación de urea en matrices de quitosano

El nitrógeno es una de las fuentes de nutrición vegetal más ampliamente utilizadas a nivel mundial y la que más impacto ejerce sobre la producción de cultivos. Una planta deficiente de nitrógeno no puede hacer un óptimo uso de la luz solar, por lo que se ve afectada la capacidad de aprovechamiento y absorción de nutrientes, limitando su crecimiento y desarrollo adecuado. La urea es un fertilizante sintético de costo relativamente bajo que constituye una importante fuente de nitrógeno para los cultivos. La urea se debe aplicar en el momento de la siembra y no debe entrar en contacto con las semillas; es muy soluble en agua e higroscópica. No es tan estable como otros fertilizantes nitrogenados sólidos y se descompone incluso a temperatura ambiente, en particular en una atmósfera húmeda, liberando amoníaco y dióxido de carbono; esto provoca pérdidas graves del fertilizante: una alta proporción del fertilizante aplicado se pierde durante su uso contribuyendo a una contaminación ambiental severa, que incluye degradación de los suelos y de las fuentes de agua, eutrofización de los ecosistemas marítimos, etc. En los últimos años, los productos de liberación controlada de sustancias activas han cobrado especial interés en el campo de los agroquímicos; permiten proporcionar la cantidad de fertilizante correcta, en el lugar adecuado y durante el tiempo conveniente. Además minimiza, y en algunos casos evita, que se alcancen concentraciones que pueden resultar tóxicas para las plantas. El quitosano (QS) es un biopolímero natural biodegradable, biocompatible presente en los caparazones de crustáceos y constituido por unidades de β(1-4)-2-amino-2-desoxi- D-glucosa. Se obtiene a partir de desechos de la industria pesquera y ha sido utilizado en el control de enfermedades en las plantas. Inhibe el crecimiento y desarrollo de hongos y es activo contra virus y bacterias. Microesferas de quitosano pueden constituirse en un sistema de liberación controlada adecuado para fertilizantes nitrogenados. El objetivo del presente trabajo es sintetizar y evaluar la eficiencia de matrices de quitosano en la encapsulación y liberación de urea.Fil: Dima, Jimena Bernadette. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Centro Nacional Patagónico. Instituto de Biología de Organismos Marinos; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Sequeiros, Cynthia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Centro Nacional Patagónico. Centro para el Estudio de Sistemas Marinos; ArgentinaFil: Zaritzky, Noemi Elisabet. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaXXXI Congreso Argentino de Química 2016Ciudad Autónoma de Buenos AiresArgentinaAsociación Química Argentin

Aprovechamiento de los desechos de la industria procesadora de crustáceos para la obtención de quitosano y quitosano reticulado

Quitosano (QS) y micropartículas de quitosano (MQS) se obtuvieron a partir de exoesqueletos de langostinos y cangrejos desechados por la industria pesquera de crustáceos de la ciudad de Puerto Madryn. El quitosano se caracterizó determinando el grado de desacetilación por valoración potenciométrica y por espectroscopia infrarroja (FTIR); su peso molecular (Mv) se obtuvo mediante mediciones de viscosidad intrínseca. Las micropartículas de quitosano fueron sintetizadas por gelificación iónica del quitosano con tripolifosfato (TPP) y caracterizadas: según su tamaño y distribución, por SEM y FTIR. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2 % y del 86,2 %, según la materia prima utilizada; el Mv resultó del orden de 2x105Da. Las micropartículas de quitosano reticuladas con TPP resultaron del orden de los 101nm para una relación QS-TPP de 1,25g/L-1,5g/L. Para ambos sistemas (QS y MQS) se estudió la eficacia de los mismos en la remoción de cromo hexavalente en soluciones acuosas, a diferentes concentraciones de cromo inicial, valores de pH y tiempos de contacto. El QS demostró ser mas eficaz a pH 4 mientras que las MQS fueron más estables y eficaces a pH <3, debido al proceso de reticulación. Se determinaron asimismo las isotermas de equilibrio y las cinéticas de adsorción. La isoterma de equilibrio de Langmuir y la cinética de adsorción de pseudo segundo orden, fueron las que mejores se ajustaron a los datos experimentales.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de AlimentosFacultad de Ingenierí

Remoción de cromo hexavalente utilizando quitosano reticulado, obtenido a partir de residuos de crustáceos

Se obtuvieron micropartículas de quitosano (MQS) a partir del quitosano (QS) extraído de exoesqueletos de langostinos desechados por la industria de crustáceos de la ciudad de Puerto Madryn (Chubut). Previamente el quitosano se caracterizó determinando el grado de desacetilación por valoración potenciométrica y por espectroscopia infrarroja (FTIR); su peso molecular (Mv) se obtuvo mediante mediciones de viscosidad intrínseca. Las micropartículas de quitosano fueron sintetizadas por gelificación iónica del quitosano con tripolifosfato de sodio (TPP) y caracterizadas según su tamaño y distribución. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2% y el Mv fue de 2x10⁵Da. Las micropartículas de quitosano reticuladas con TPP resultaron de un diámetro medio de 101nm para una relación QS-TPP de 1,25g/L-1,5g/L. Se estudió la eficacia del quitosano y las micropartículas reticuladas en la remoción de cromo hexavalente Cr(VI) en soluciones acuosas a diferentes pH, tiempos de contacto y concentraciones de Cr(VI). Se determinaron las isotermas de equilibrio y las cinéticas de adsorción. La isoterma de equilibrio de Langmuir y la cinética de adsorción de pseudo segundo orden, fueron las que mejores se ajustaron a los datos experimentales. Las MQS fueron más estables y eficaces a pH < 3 debido al proceso de reticulación.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de AlimentosFacultad de Ingenierí

Obtención de quitosano y quitosano reticulado a partir de residuos de la industria pesquera y su aplicación para la remoción de cromo hexavalente

En el presente trabajo se optimizó el proceso de obtención de quitosano (QS) a partir de diferentes exosqueletos obtenidos de la industria de procesamiento de crustáceos con el objetivo de generar valor agregado a partir de los desechos. Para la obtención de quitina los exoesqueletos molidos fueron despigmentados, descalcificados y desproteinizados. Para la obtención de QS la quitina fue desacetilada con NaOH al 50%. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2% y 86,2%, según la materia prima. El PM fue determinado por el método de viscosidad intrínseca. Se obtuvieron además micropartículas de quitosano (MQS) utilizando tripolifosfato de sodio (TPP) como agente reticulante. Las MQS fueron caracterizadas por espectroscopia infrarroja (FTIR); se determinó el potencial Z y el diámetro medio de la distribución obtenido por SEM fue de 101 nm. Por otra parte se analizó la efectividad de QS y las MQS obtenidas en el tratamiento de aguas. La contaminación de las aguas es uno de los aspectos más preocupantes de la degradación de los medios naturales. Entre los principales agentes contaminantes se encuentran los metales. Para su eliminación a partir de aguas residuales se han utilizado diferentes métodos, sin embargo, el proceso de adsorción a menudo se considera la técnica más adecuada, por su alta eficiencia y menor costo. Se estudió la acción del quitosano (partículas QS y micropartículas MQS) sobre la remoción de Cr(VI), altamente tóxico y cancerígeno, de aguas residuales. Se obtuvieron experimentalmente las isotermas de adsorción del metal, para ambos sistemas, y se analizaron los efectos del pH, el tiempo de contacto y la concentración inicial del metal. Se modelaron los resultados obtenidos utilizando la ecuación de Langmuir, Freundlich y Temkin. La cinética del proceso se evaluó mediante las ecuaciones de pseudo-primer orden, pseudo-segundo orden y Elovich. Ambos sistemas (QS y MQS) mostraron una buena eficiencia en la adsorción de Cr (VI) permitiendo revalorizar los residuos de la industria pesquera de la región.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Obtención de quitosano y quitosano reticulado a partir de residuos de la industria pesquera y su aplicación para la remoción de cromo hexavalente

En el presente trabajo se optimizó el proceso de obtención de quitosano (QS) a partir de diferentes exosqueletos obtenidos de la industria de procesamiento de crustáceos con el objetivo de generar valor agregado a partir de los desechos. Para la obtención de quitina los exoesqueletos molidos fueron despigmentados, descalcificados y desproteinizados. Para la obtención de QS la quitina fue desacetilada con NaOH al 50%. El grado de desacetilación del quitosano fue de 90,2% y 86,2%, según la materia prima. El PM fue determinado por el método de viscosidad intrínseca. Se obtuvieron además micropartículas de quitosano (MQS) utilizando tripolifosfato de sodio (TPP) como agente reticulante. Las MQS fueron caracterizadas por espectroscopia infrarroja (FTIR); se determinó el potencial Z y el diámetro medio de la distribución obtenido por SEM fue de 101 nm. Por otra parte se analizó la efectividad de QS y las MQS obtenidas en el tratamiento de aguas. La contaminación de las aguas es uno de los aspectos más preocupantes de la degradación de los medios naturales. Entre los principales agentes contaminantes se encuentran los metales. Para su eliminación a partir de aguas residuales se han utilizado diferentes métodos, sin embargo, el proceso de adsorción a menudo se considera la técnica más adecuada, por su alta eficiencia y menor costo. Se estudió la acción del quitosano (partículas QS y micropartículas MQS) sobre la remoción de Cr(VI), altamente tóxico y cancerígeno, de aguas residuales. Se obtuvieron experimentalmente las isotermas de adsorción del metal, para ambos sistemas, y se analizaron los efectos del pH, el tiempo de contacto y la concentración inicial del metal. Se modelaron los resultados obtenidos utilizando la ecuación de Langmuir, Freundlich y Temkin. La cinética del proceso se evaluó mediante las ecuaciones de pseudo-primer orden, pseudo-segundo orden y Elovich. Ambos sistemas (QS y MQS) mostraron una buena eficiencia en la adsorción de Cr (VI) permitiendo revalorizar los residuos de la industria pesquera de la región.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí