ELABORACIÓN DE UN POLÍMERO A SER USADO COMO RECUBRIMIENTO EN SEMILLAS PARA SIEMBRA, UTILIZANDO COMO MATERIA PRIMA QUITOSANO EXTRAIDO DE LA CONCHA DEL CAMARÓN.
(aporte personal y de otros autores. imagenes extraidas de la red, y otras propias.)
Los polímeros biodegradables son una alternativa para reducir el daño ambiental producido por los polímeros sintéticos a base de petróleo; ya que los desechos pueden ser tratados como desechos orgánicos, y su degradación se realiza en períodos cortos de tiempo, lo que significa que el polímero al estar en contacto con microorganismos del medio ambiente que se encuentran en el suelo y/o el agua, permiten la reducción de las moléculas orgánicas a otras más sencillas, de parte e incluso la totalidad del material polimérico. Algunas investigaciones han propuesto el uso de residuos para la elaboración de polímeros biodegradables, con potencial uso en diferentes campos. Un ejemplo de estos es el quitosano que se extrae a partir de la quitina la cual se encuentra en el exoesqueleto de los insectos, crustáceos y las paredes celulares de algunos hongos.
La propiedad filmogénica y antimicrobiana del quitosano ha permitido su uso en industrias tales como la alimenticia, farmacéutica, cosmética, agricola entre otras; ya que permiten alargar la vida útil de los alimentos como las frutas y verduras, reduciendo el riesgo de contaminación por la presencia de microorganismos, puesto impide o imita el crecimiento microbiano.
Para efectos de este proyecto e investigacion se pretende detallar el proceso de extraccion del quitosano a partir de exoesqueleto del camaron y se detallaran de manera practica los fundamentos y procedimientos mas generales en vista de lo extenso del tema, si se toma en cuenta la cantidad de conceptos que se manejan a trasfondo y que evidentemente son de caracter importantes en proyectos de este calibre.
comencemos por:
ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LA QUITINA EN LA AGRICULTURA.
La quitina y sus derivados actúan biológicamente sobre las plantas y los microorganismos que interaccionan con ellos. Se identifican cuatro vertientes de investigación fundamentales en la aplicación de la quitina en la agricultura:
Protección vegetal contra plagas y enfermedades antes y después de la cosecha.
Potenciación de la acción de microorganismos antagonistas y controles biológicos.
Potenciación de la relaciones simbióticas beneficiosas plantas-microorganismos.
Regulación del crecimiento y desarrollo de las plantas.
En el desarrollo del proyecto de recubrimiento de semillas con películas de quitosano se apunta a hacer uso de la primera y última aplicación antes mencionada. Por un lado se potencia la fortaleza de la raíz cuando la semilla comienza su germinación y posteriormente se reforzaran las propiedades anti fúngicas intrínsecas del vegetal activando su sistema auto inmune a causa del tratamiento (las defensas de la semillas se activan antes del ataque). Algunos resultados de estudios usados como antecedentes a este apuntan que la quitina polimérica no ejerce una apreciable actividad antimicrobiana sobre el crecimiento y desarrollo de los agentes patógenos vegetales, en lo cual influye su insolubilidad en agua y su estructura compacta. Sin embargo, el quitosano, su derivado desacetilado, sí ha mostrado innumerables propiedades enfocadas a este objetivo.
QUITINA.
La quitina poli(β-N-acetil-glucosamina) (1) es un polisacárido blanco, duro, inelástico, nitrogenado y fuente importante de la contaminación superficial en áreas costeras; ha sido aislada generalmente de los exoesqueletos de la quitina es el acetil-amino polisacarido mas abundante en la naturaleza y se estima que el volumen de su producción es similar al de la celulosa y se ha generado un gran interés en su aplicación, el tratamiento alcalino remueve las proteínas y simultáneamente desacetila la quitina.
Los procesos en las cáscaras de crustáceos envuelven principalmente la eliminación de proteínas y la disolución de carbonato de calcio presente en el exoesqueleto de cangrejo en altas concentraciones. La quitina que resulta es desacetilada en 40% de hidróxido de sodio a 120 °C por 1-3 h. Este tratamiento produce quitosano con un 70% de desacetilación. La desacetilación completa puede ser obtenida en la repetición de las etapas.
QUITOSANO.
El quitosano poli (β-N-acetil-glucosamina-co-β-glucosamina) (3) es derivado de la quitina obtenido por catálisis básica donde ocurre la N-desacetilación. Esta técnica consiste en una hidrólisis que conlleva un grado de desacetilación que depende de las condiciones de reacción. El quitosano es biodegradado por la lizosima a sus residuos naturales de glucosamina y N-acetilglucosamina.
Una vez enmarcados los aspectos relevantes de esta investigacion, y expuesto los fundamentos de aplicabilidad se detallan a continuacion los pasos en el proceso de obtencion del quitosano, la produccion de las péliculas polimericas y el procedimiento de recubrimiento de las semillas, posteriormente finalizamos con los beneficios que dicha investigacion y su aplicacion generan.
MATERIA PRIMA.
Para conocer el porcentaje del exoesqueleto de camarón titi se deben usar camarones enteros precocidos, y se separarse manualmente sus patas, cabeza, ojos, carne, exoesqueleto, cola, con lo cual se estima el porcentaje de cada una de sus partes,
al obtener el exoesqueleto en polvo limpio y seca y se somete a tratamientos químicos y térmicos con el fin de obtener la quitina y el quitosano. primeramente se realizan varios lavados con jabón y agua a 50°C, con el fin de retirar la suciedad, se descarta manualmente las extremidades, como patas, partes orgánicas del camarón, se deja el exoesqueleto del camarón sobre una superficie metálica dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura entre 50 a 60°C.
DESPIGMENTACION.
Se toma el polvo de exoesqueleto y se agrega acetona en una relación de (1:6) peso/ volumen. Se deja en agitación durante 2 horas, a temperatura ambiente, la acetona (disolvente orgánico) tiene afinidad a los compuestos que se retirarán del exoesqueleto, como son los pigmentos astaceno, astaxantinas, β – caroteno, etc. Luego de la obtencion del polvo despigmentado se lava con agua mediante un embudo Buchner al vacío, varias veces.
DESMINERALIZACION.
luego de obtener el exoesqueleto de camarón en polvo despigmentado se prepara una solución de Ácido clorhídrico HCl 2N, en una relación de 1:5 (p/v), con agitación durante 2 horas, a temperatura ambiente. Este ácido diluido se utiliza para remover el carbonato de calcio presente en forma significativa en la composición de los exoesqueletos, para remover este compuesto se utiliza ácido clorhídrico diluido con el fin de evitar la hidrolisis de la quitina.
Luego de obtener el polvo desmineralizado se lava con agua mediante un embudo Buchner al vacío, en varias ocasiones; posteriormente se coloca el exoesqueleto del camarón sobre una superficie metálica dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura entre 50 y 60°C.
DESPROTEINIZACIÓN.
luego de la obtencion del exoesqueleto de camarón en polvo desmineralizado se prepara una solución acuosa de NaOH 2M, con una relación de 1:10 (p/v), con agitación durante 3 horas, a temperaturas entre 90°C y 100°C. Para la obtención de la quitina se realiza el tratamiento en medio alcalino a altas temperaturas (mayor 80°C), debido a que el NaOH rompe los enlaces de hidrogeno que mantiene unidas a las moléculas de las proteínas, haciendo que se separen y se dispersen en la solución.
Luego de obtener el polvo desproteinizado se lava con agua mediante un embudo Buchner al vacío, en varias repeticiones; después se deja el exoesqueleto del camarón sobre una superficie metálica dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura entre 50 y 60°C.
OBTENCIÓN DE QUITOSANO
Para la eliminación de unidades acetilo se utiliza una concentración mayor de NaOH (50%NaOH: 50% H2O) y se debe seguir el siguiente procedimiento:
DESACETILIZACIÓN.
A partir de la extracción de la quitina, se prepara una solución acuosa de NaOH 50%, en una relación de 1:15 (p/v), en agitación durante 3 horas, a una temperatura entre 90°C – 100°C; se repitie el procedimiento una vez más utilizando un sistema de reflujo para evitar pérdidas por evaporación y mantener la misma concentración durante el tiempo estipulado.
Luego de la obtencion del polvo desacetilado se lava con agua mediante un embudo Buchner al vacío, en varias repeticiones; después se deja el exoesqueleto del camarón sobre una superficie metálica dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura entre 50 y 60°C.
PREPARACIÓN DE PELICULAS DE QUITOSANO
La preparación de las películas poliméricas se realiza por medio del método de evaporación lenta de solvente, para iniciar se prepara una solución base de quitosano al 1% (p/v), en una solución al 1% (v/v) de ácido acético dejando en dilución durante 6 horas, se adicionó el plastificante (glicerina) a diferentes concentraciones (0,2%; 0,4%; 0,8% y 1%), y se mantiene en agitación durante 30 minutos.
RECUBRIMIENTO DE LAS SEMILLAS
El procedimiento a usar para cubrir las semillas se resume de la siguiente manera:
Las semillas secas que pasan el control de calidad ingresan en la etapa de aplicación de solución, donde se aplicara un primer recubrimiento, uniforme, usando un sistema de aspersores con un sistema de seacado laminar.
Después de 3 minutos de secado a aire de flujo laminar (17°C), se procede a repetir una vez más el procedimiento para obtener una cobertura de 2 capas (El procedimiento se puede repetir las veces que se considere necesario).
Cuando se han hecho los ciclos necesarios para conseguir el número de capas deseado, las semillas deben ser almacenadas adecuadamente para su uso posterior.
BENEFICIOS DEL RECUBRIMIENTO.
El uso de bioproductos es uno de los principales retos de la agricultura moderna. En este sentido, el quitosano representa una alternativa muy prometedora debido a su carácter natural, significativa actividad biológica y facilidad de obtención. Por otra parte, algunas de sus propiedades lo hacen sumamente atractivo para su aplicación en el campo de la agricultura, como por ejemplo: actividad antimicrobiana (bacterias, hongos y levaduras), actividad antiviral, inducción de resistencia a enfermedades y estimulador del crecimiento vegetal. La actividad bactericida que presenta el quitosano se encuentra asociada a la carga positiva que se desarrolla cuando éste se encuentra a un pH menor a 5,5, debido a la protonación del grupo amino presente en cada una de sus unidades glucosamina, lo que lo hace soluble en medio acuoso, según muchos autores, confiriéndole también mayor actividad biocida. Hay algunos mecanismos propuestos para explicar acciones específicas, como por ejemplo que la interacción electrostática entre el quitosano cargado positivamente (polielectrolito catiónico) y algunas bacterias con membranas celulares cargadas negativamente (Gram negativas, como la Echerichia coli) altera significativamente las propiedades de barrera de la membrana exterior del microorganismo. Otros autores han propuesto que la formación del complejo polielectrolito bloquea físicamente la membrana celular externa del microorganismo, impidiendo el flujo normal de nutrimentos/desechos, provocando la muerte bacteriana.
Por último, una de las propiedades más interesantes que posee el quitosano es la de bioestimulante del crecimiento, como por ejemplo durante la germinación y desarrollo de la respuesta inductiva en el crecimiento del sistema radicular, de las plantas, en la tasa de crecimiento radicular, adelanto de la floración, incremento de los rendimientos de las cosechas, etc. Hasta la fecha no se han planteado mecanismos claros que expliquen tal efecto. Sin embargo, un estudio relacionado con el crecimiento de tejidos vegetales ha mostrado que el origen del quitosano es un aspecto importante.Por otro lado, se detectaron dos insumos críticos (peryodato de potasio y ácido acético) que se utilizan para activar el quitosano. Los mismos tienen un precio muy significativo. Si existiese la posibilidad de modificar el proceso y suplantar estos insumos por otros más económicos, quizás el proyecto podría ser rentable.
"Si en un futuro el estado exigiera al sector agrícola el uso de productos ecológicamente sustentables, quizás se podría ingresar al mercado con un precio más competitivo; acompañado de posibles subsidios que alienten a la sociedad a utilizar productos amigables con el ambiente."
para concluir este aporte cabe destacar que fue un proyecto iniciado en el transcurso de primer año de licenciatura quimica, proyecto el cual no fue terminado pero que aun asi me parece muy valioso , mas aun tomando en cuenta que resido en una zona costera donde la pesca de camarones es una actividad en potencia y se le da valor a la implementacion de proyectos que fortalezcan las potencialidades de nuestras regiones, dicho articulo fue emsamblado segun los conocimientos adquiridos en mencionada etapa y con aportes de trabajos que le sirvieron como antecedentes, trabajos de los suiguientes autores:
PAOLA FERNADA LÓPEZ CALVACHE,UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA, FACULTAD DE INGENIERIA, PROGRAMA INGENIERIA DE MATERIALES, SANTIAGO DE CALI 2014. y otros.
GRACIAS POR LEER MI ARTICULO ESPERO OS HAYA GUSTADO,PROMOVAMOS TEMAS COMO ESTOS, Y ENFQUEMOS NUESTROS CONOCIMIENTOS Y LA INVESTIGACION CIENTIFICA HACIA EL OBJETIVOS QUE DEBERIAMOS TENER TODOS,, UN MUNDO MEJOR Y MAS VERDE. VIVA LA QUIMICA!!!!!! ISISFEMALE.