Extracción biotecnológica de quitina para la producción de quitosanos: caracterización y aplicación Público Deposited

Chitin is one of the most abundant biopolymers on earth together and with the chitosan, its main derivative, they have shown several applications. Shrimp wastes represent a source of chitin that allows recovery of this compound and this process resolves an environmental problem. Chitin and chitosan are produced industrially by a thermo chemical process. However, these methods generate corrosive side products, high energy and water consumption and the production of biopolymers with a high degree of depolymerization. The main objective of this work was the study of the factors that affect the demineralization, deproteinization and deacetylation process of shrimp waste for chitin and chitosan production by the use of lactic bacteria and enzymes, the characterization of the products obtained and their application as a fungistatic agent. The study of the temperatures in the fermentation allowed the determination of the optimal conditions for the removal of proteins and minerals (temperature between 30 - 40 ° C). The polynomial model of second order obtained, provided a tool for the prediction of demineralization as a function of temperature and acidity. The growth of lactic acid bacteria at different temperatures enabled the determination of minimum and maximum growth temperatures. The kinetics of demineralization and deproteinization during fermentation of shrimp waste Litopenaeus vanameii have shown the possibility of diminish the fermentation time to attain above 90% of demineralization and deproteinization after 96h. Structural characterization of the products obtained, indicated that the biological process allows the preservation of high molecular weight of the macromolecule. The determination of structural parameters during the chemical desacetilación of chitin, showed the conservation of the macromolecular structure of biological products after deacetylation. These are important features for further applications. Chitin deacetylases, proved to be an alternative to the chemical deacetylation method. The fungus Colletotrichum gloeosporioides showed the ability to produce chitin deacetylases that after partially purification allowed the determination of optimum deacetylation conditions. The application of enzymes in partially purified chitin and chemically and physically modified chitins showed a decrease up to 20% in the degree of acetylation of the biopolymers, with a slight loss in molecular weight. Finally, in vitro determinations of the effect of chitosan with different molecular weights and degrees of acetylation showed that an average molecular weight chitosan (400 g.mol-1), inhibited the fungus P. digitatum during the stage of spore germination. The chitosan in combination with a biocontrol agent such as yeast (Pichia guillermondii) showed an inhibition in the radial growth phase. The evaluation of temperature and the kinetics of demineralization and deproteinization during the fermentation process, allowed the optimization of the process. Biological chemically deacetylated chitins, showed conservation in the molecular weight and crystallinity index. The enzymatic method indicated a decreased on the deacetylation degree, with a low reduction in molecular weight compared with chemical deacetylated chitins. The degree of acetylation and molecular weight of chitosans influence the antimicrobial activity.

La quitina es uno de los biopolímeros más abundantes en la naturaleza que junto con el quitosano, su principal derivado, presentan diversas aplicaciones. Los desechos de camarón representan una fuente de quitina que permite la valorización de un compuesto que por lo general es responsable de un problema ambiental. La quitina y el quitosano son producidos industrialmente mediante proceso termo químico. Sin embargo estos métodos generan desechos corrosivos, gasto de energía y agua y la producción de biopolímeros con cierto grado de depolimerización. El objetivo principal de este trabajo fue el estudio de factores que afectan los procesos de desmineralización, desproteinización y desacetilación de desperdicios de camarón para obtención de quitina y quitosano mediante bacterias lácticas y enzimas, la caracterización de los productos obtenidos y su aplicación como agente fungistáticos. El estudio de la temperatura de fermentación de los desechos de camarón permitió determinar condiciones óptimas para la remoción de proteínas y minerales (Temperatura entre 30 - 40°C). El modelo polinomial de segundo orden obtenido, proporcionó una herramienta para la predicción de la desmineralización en función de la temperatura y la acidez y la determinación de valores mínimos y máximos de crecimiento de las bacterias lácticas. Las cinéticas de desmineralización y desproteinización durante la fermentación de desechos de camarón Litopenaeus vanameii, mostraron la posibilidad de acortar el tiempo de fermentación al obtener más del 90 % de desmineralización y desproteinización a las 96h del proceso. La caracterización estructural de los productos obtenidos, indicó que el proceso biológico permite la conservación de pesos moleculares elevados. La determinación de parámetros estructurales durante la desacetilción química de quitinas biológicas indicó la conservación del peso molecular en los productos de desacetilación. Características útiles para aplicaciones posteriores. La producción de enzimas chitin desacetiladas, las cuales catalizan la hidrólisis de N- desacetilación de la quitina, resultado ser una alternativa al método químico de reacción. El hongo Colletotrichum gloeosporioides mostró la capacidad de producir chitin desacetilasas, que al ser parcialmente purificadas permitieron la determinación de condiciones de desacetilación. La aplicación de las enzimas parcialmente purificadas en quitinas y quitinas modificadas química y físicamente mostró hasta un 20% de disminución en el grado de acetilación de los biopolímeros con ligera pérdida en el peso molecular. Por último, la determinaciones in vitro del efecto de quitosanos con diferentes pesos moleculares y grados de acetilación, mostraron que el quitosano de peso molecular medio (400 g.mol-1) inhibió al hongo P. digitatum durante la etapa de germinación de esporas, y que en combinación con un agente de biocontrol como la levadura (Pichia guillermondii) la inhibición se observa durante la etapa de crecimiento radial. La evaluación de temperatura y determinación de cinéticas de desmineralización y desproteinización durante el proceso de fermentación, permitieron la optimización del proceso. Las quitinas biológicas desacetiladas químicamente mostraron la conservación del peso molecular y el índice de cristalinidad. El método enzimático de desacetilación mostró disminución del grado de acetilación con menor reducción en el peso molecular al comparar con quitinas obtenidas por métodos químicos. El grado de acetilación y peso molecular de los quitosanos obtenidos por métodos químicos mostraron influenciar en la actividad antimicrobiana del mismo.

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