Sociedad Iberoamericana de Quitina

Sociedade Ibero-americana de Quitina

Iberoamerican Chitin Society

La quitina es un biopolímero sumamente abundante en la naturaleza pues forma parte del exoesqueleto de los artrópodos (el grupo animal más diverso y abundante del planeta, que incluye a los insectos, crustáceos y arácnidos). También puede encontrarse en el tejido estructural de algunas especies de moluscos, hongos y microalgas.
La quitina fue aislada, identificada y nombrada gracias a investigaciones realizadas por Bracconnot, Odier, Children y otros a principios del siglo XIX. El nombre quitina proviene de la palabra en griego (χιτών, kithon) para túnica, cubierta o envoltura, y se nombró así al ser identificado como un componente principal de los caparazones de insectos. Y, efectivamente, la quitina es un compuesto cuya principal función en la naturaleza es estructural. Esto es, forma parte esencial de tejidos que dan soporte y protección al cuerpo del organismo.
La presencia de la quitina en la naturaleza se asume desde la aparición de los artrópodos. Por ejemplo, se considera que los caparazones de los trilobites (Cámbrico) contenían quitina. La muestra mas antigua de quitina con la que se cuenta pertenece a un escorpión atrapado en ámbar del Oligoceno, con una edad aproximada de 25 millones de años. Todo ese tiempo ha permitido que la naturaleza pueda crear una amplia variedad de estructuras a base de quitina. Desde delicadas membranas de la cutícula de algunas larvas, hasta materiales considerados entre los más fuertes de origen biológico (caparazones, tenazas, dientes). También se incluyen materiales que permiten funciones especializadas: ligeros y resistentes para formar alas, o fuertes y elásticos como los que se necesitan para formar mecanismos que permiten saltos impresionantes (pulgas o copépodos).
Desde el punto de vista químico la molécula de quitina es muy parecida a la de celulosa. Ambas cumplen funciones similares en la naturaleza, la celulosa en plantas y la quitina en animales y ambas están entre las moléculas de origen biológico más abundantes del planeta. Se estima que la producción natural de quitina es de 1350 millones de toneladas por año, aproximadamente. La quitina es un polisacárido formado por unidades de N acetil glucosamina unidas por enlaces glicosídicos. Su nombre formal sería polímero lineal de 2-acetamido-2-deoxy-D-glucopiranosa unido por enlaces β(1-4). Las características químicas y físicas distintivas de la quitina, como la presencia de los grupos amida, el tamaño y relativa rigidez de las moléculas son la base de sus propiedades funcionales. Entre las principales propiedades de la quitina tenemos que no es soluble en agua ni en la gran mayoría de los solventes comunes (de nuevo, parecido a la celulosa), es biodegradable, biocompatible, absorbente y puede reaccionar en ciertas condiciones para formar compuestos derivados. Mención especial merece la capacidad de la quitina de formar distintos tipos de materiales por si misma o en combinación con otros compuestos, tal como funciona en la naturaleza. Sin embargo, disponemos de muy pocas estructuras de quitina formadas naturalmente que podamos usar directamente como lo hacemos con la madera o las fibras de algodón por ejemplo y la dificultad que presenta disolver la quitina limita su uso en muchas aplicaciones. La estrategia que se usa para poder disolverlo más fácilmente es modificar sus características químicas. Esto puede hacerse ya sea modificando su peso molecular, reduciendo el tamaño de la molécula hasta que se favorezca la disolución o mediante la forma más común que es eliminando la mayoría de los grupos acetilos (desacetilación) para obtener quitosano, que se disuelve en soluciones acuosas ácidas.

El quitosano (también conocido como quitosana o quitosan) es el polímero lineal formado predominantemente por unidades de glucosamina, que es forma desacetilada de la N-acetil glucosamina, la unidad que forma la quitina. Por la forma en que comúnmente se produce, el quitosano puede considerarse un derivado de la quitina. Desde otro punto de vista puede considerarse a la quitina y al quitosano como una sola familia de moléculas poliméricas formadas por unidades de N-acetil glucosamina y de glucosamina. Así se llama quitina a las moléculas donde la N-acetilglucosamina es predominante y quitosano cuando la glucosamina es mayoría. El grado de acetilación es un parámetro que indica que proporción cada tipo de unidad hay en una muestra. Este parámetro es sumamente importante pues está relacionado directamente con las propiedades del quitosano como solubilidad, bioactividad, capacidad de adsorción, entre otras.
Tanto la quitina como el quitosano se encuentran en la naturaleza, pero la cantidad de quitina es abrumadoramente mayor. Es por esto que prácticamente todo el quitosano se obtiene a partir de quitina. En particular, se emplean los caparazones de camarones, cangrejos y langostas descartados durante su proceso industrial como materia prima para obtener quitina y posteriormente quitosano. A continuación se describen de forma general los procesos de obtención de quitina y quitosano.

Como disolver quitina es complicado, y lo es aún más cuando está formando parte de un tejido combinada con otros compuestos, su obtención se hace normalmente mediante procesos de aislamiento. Esto es, se van eliminando componentes del tejido hasta quedar solo con quitina. Hay una variedad considerable de procesos reportados pero en general se tienen tres etapas: una primera etapa de acondicionamiento de la materia prima, seguida de la remoción de proteínas o desproteinización, y la eliminación de material inorgánico o desmineralización. Muchos procesos incluyen también una etapa de decoloración del producto obtenido. Los procesos de obtención de quitina pueden agruparse en dos tipos: los procesos químicos y los procesos biotecnológicos. Los procesos químicos emplean reactivos para la desmineralización y para la remoción de proteínas, típicamente soluciones ácidas y alcalinas. Los procesos biotecnológicos emplean la acción de enzimas o microorganismos para realizar el proceso de aislamiento de la quitina.
Los desechos de crustáceos (camarones, cangrejos, langostas, etc.) procesados por la industria alimenticia son la principal materia prima para la obtención de quitina. Se puede obtener quitina a partir de insectos pero su aislamiento resulta complicado porque el tejido suele ser más complejo y las proteínas se encuentran esclerotizadas. Se considera ideal que cualquiera que fuese la materia prima utilizada, ésta fuera aprovechada de forma integral produciendo proteína, pigmentos e incluso sales minerales, además de quitina.
La producción de quitosano a partir de quitina requiere de condiciones severas para que se dé la reacción de desacetilación. Normalmente se utilizan soluciones alcalinas concentradas a altas temperaturas (alrededor de los 100°C). Se sabe que esta reacción se da en la naturaleza y varios organismos, principalmente hongos, tienen enzimas desacetilasas; sin embargo, su uso en condiciones de laboratorio ha resultado ineficiente, lo que ha impedido el desarrollo de métodos para la producción enzimática de quitosano.

La quitina se modifica químicamente a fin de modificar sus propiedades, sobretodo su solubilidad. De modo similar, se obtienen derivados de quitosano que pueden disolverse en soluciones neutras o alcalinas, que mejoran su capacidad de adsorción o su actividad biológica. Tanto la quitina como el quitosano se hidrolizan hasta obtener cadenas muy cortas, oligómeros, o las unidades que las forman, N-acetil glucosamina y glucosamina, que son de interés por su potencial uso biomédico.

Las propiedades peculiares de la quitina y sobre todo del quitosano han despertado el interés para su aplicación en campos muy diversos. Algunos ejemplos son:

Alimentos. Se emplea en la formación de empaques y recubrimientos comestibles con funciones antibacterianas que aumentan la vida de anaquel de productos hortofrutícolas y carnes. Se emplea como agente clarificante de vinos, jugos y bebidas. También es notable su uso como nutracéutico (como fibra no digerible en formulaciones recomendadas para reducción de peso).

Agrícola. Tanto quitina como quitosano son considerados fitoestimulantes y son empleados en formulaciones contra diversas plagas, fertilizantes y como recubrimiento de semillas para favorecer su germinación.

Textiles. Se usa quitosano como agente antibiótico y acondicionante en fibras y textiles.

Medicina y farmacología. Se emplea en la fabricación de suturas quirúrgicas y apósitos. Distintos materiales a base de quitosano se usan como vehículos para la entrega de fármacos.

Procesos químicos, bioquímicos y de ingeniería ambiental. Las propiedades peculiares de la quitina y el quitosano los hacen atractivos para el desarrollo de procesos de adsorción y remoción de pigmentos, metales, compuestos de interés o contaminantes. Se han empleado también formando parte de estructuras de soporte para la inmovilización de microorganismos y enzimas. Por volumen, su mayor uso está en el tratamiento de aguas, como coagulante, y en la remediación de terrenos contaminados.

Otros usos potenciales. Actualmente existe un esfuerzo de investigación considerable tanto en las áreas ya mencionadas como en otras muy diversas. Como ejemplo se puede mencionar la investigación para la obtención de materiales compuestos con distintas funciones (biodegradabilidad, respuesta a cambios ambientales, auto-reparación, biocompatibilidad, etc.)