156-162 2015 156 1Síntesis de quitosano a partir de polisacárido

Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias
6(13):156-162 2015
1Síntesis
de quitosano a partir de polisacárido obtenido del camarón, por medio de un
método químico- enzimático para tratamiento de colorantes en aguas.
Synthesis of chitosan from shrimp polysaccharide obtained by means of chemicalenzymatic treatment method for water dyes.
Alejandra Castro Lino, Janet Ramírez Márquez, José Ángel Rivera Ortega, Marco Antonio
González Coronel, Martha Sosa Rivadeneyra, Jesús Sandoval Ramírez.
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Facultad de ciencias Químicas Departamento de
Química Inorgánica, Departamento de Farmacia, CP 72000, Puebla. Pue Tel: 22955000 ext 7536,
[email protected]
RESUMEN. La naturaleza tiene una habilidad asombrosa para "limpiar" pequeñas
cantidades de agua de desecho y contaminación, pero si se hiciese cargo de los miles de
millones de galones de agua y drenaje que el hombre origina diariamente, no tendría la
capacidad suficiente para hacerlo. Las substancias que se pueden encontrar son desechos
humanos, restos de comida, aceites, jabones, colorantes y químicos.
La industria textil es una de las más importantes de nuestro país. Sin embargo, es una de las
industrias con mayor consumo de agua y las aguas residuales que se generan contienen un
gran número de contaminantes de diferente naturaleza. Entre los contaminantes se destacan
los colorantes. Estos compuestos se diseñan para ser altamente resistentes, incluso a la
degradación microbiana, por lo que son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento
convencionales. En este trabajo se presenta la utilización de un adsorbente derivado del
polímero natural quitosano para eliminar los colorantes presentes en soluciones acuosas el
cual ha sido extraído de crustáceos como el camarón y la jaiba
ABSTRACT. Nature has an uncanny ability to "clean up" small amounts of waste and
pollution of water, but if the responsibility for the billions of gallons of water and sewer
take that man originates daily, would have the capacity to do so. The substances that can be
found are human waste, food scraps, oils, soaps, dyes and chemicals.
Recibido: Mayo, 2015.
Aprobado: Julio, 2015
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The textile industry is one of the most important in our country. However, it is one of the
industries with higher water consumption and waste water is generated containing a large
number of different types of pollutants. Contaminants include colorants. These compounds
are designed to be highly resistant even to microbial degradation, so they are difficult to
remove in conventional treatment plants. In this paper the use of a derivative of chitosan
adsorbent to remove natural polymeric dyes in aqueous solutions have been extracted from
crustaceans such as shrimp and crab comes.
Palabras clave: Quitosano, Contaminación, Polímero, Ambiente
Keywords: Chitosan, Pollution, Polymer, Environment
INTRODUCCIÓN
Los polímeros son moléculas muy grandes que se conforman por combinación de un
número elevado de moléculas relativamente pequeñas denominadas monómeros. Los
polímeros por su origen se pueden clasificar en naturales y sintéticos (Camacho, 20017).
Los polímeros sintéticos son aquellos que son sintetizados por el hombre y que se
caracterizan por tener un solo tipo de unidad monomerica o, un número pequeño de
unidades monomericas diferentes. Los polímeros naturales o biopolímeros son
macromoléculas que son sintetizadas mediante algún proceso biológico. En este sentido los
biopolímeros más importantes son: las proteínas, el ADN, y los polisacáridos (Hernández,
2004), de este último tipo de biopolímero se puede destacar la celulosa ya que es la
biomolecula más abundante de la tierra (forma la mayor parte de la biomasa terrestre);
seguida de la celulosa la quitina y el quitosano son el segundo suministro más grande de
biopolímeros naturales que se ha encontrado, ya que se pueden encontrar en un cierto tipo
de hongos, insectos, plantas, y crustáceos, siendo estos últimos los mayores contenedores
de quitina y quitosano del mundo. La quitina y el quitosano son polisacáridos
químicamente similares a la celulosa, diferenciándose de esta por la presencia de un
nitrógeno del grupo amida o amino respectivamente. La quitina se obtiene a través de un
tratamiento acido-básico de los caparazones de los crustáceos, con la finalidad de
desmineralizarla y desproteinizarla; posteriormente se somete a la quitina junto con la
emulsina a un proceso de hidrolisis en un medio ácido para obtener el quitosano. Aunque el
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quitosano se pude obtener fácilmente por medio de este tratamiento, en algunos casos es
recomendable hacer un pretratamiento de la muestra así como una purificación de la quitina
antes de ser tratada para obtener el quitosano; con el propósito de poder obtenerlo lo más
puro posible y posteriormente poder hacer una aplicación de este en la contaminación de
aguas residuales que contiene colorantes, ya que la naturaleza tiene una habilidad
asombrosa para "limpiar" pequeñas cantidades de agua de desecho y contaminación, pero si
se hiciese cargo de los miles de millones de galones de agua y drenaje que el hombre
origina diariamente, no tendría la capacidad suficiente para hacerlo. Las instalaciones de
tratamiento de aguas reducen la contaminación en las aguas de desecho a un nivel que la
naturaleza puede manejar. El agua al ser usada por el hombre, muchas veces se convierte en
agua de desecho y drenaje. Las substancias que se pueden encontrar son desechos humanos,
restos de comida, aceites, jabones, colorantes y químicos. Substancias contaminantes que se
desprenden de las mismas calles, estacionamientos y techos de casas y edificios, pueden
causar daño a nuestros ríos y lagos. La industria textil es una de las más importantes de
nuestro país, sin embargo, es una de las industrias con mayor consumo de agua por lo que
las aguas residuales que se generan contienen un gran número de contaminantes de
diferente naturaleza, entre los contaminantes se destacan son los colorantes, estos
compuestos se diseñan para ser altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana
por lo que son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento convencionales. Por lo que
en este trabajo se presenta la utilización de polímero natural derivado del quitosano como
adsorbente para eliminar los colorantes presentes en soluciones acuosas (Escobar, et al,
2013).
METODOLOGÍA
Extracción de la emulsina
Sobre una parrilla de calentamiento se coloca un matraz erlenmeyer de 250 mL con 100 g
de almendra y 100 mL de agua destilada, calentar hasta ebullición posteriormente se filtra
el agua y se pelan para posteriormente ser molidas. En un matraz de bola de 250 mL se
agrega la almendra molida con hexano y se extrae el aceite por destilación de arrastre de
vapor como se muestra en la figura 1; después de 15 minutos se procede a la filtración por
vacío de la mezcla, se repite el mismo procedimiento varias veces o hasta que las almendras
presenten un cambio de cloración de amarillo claro a blanco como se muestra en la figura
2. Posteriormente en un vaso de precipitados de 250 mL se agregan 10 g de almendra
molida y 40 mL de ácido acético diluido al 1%; la mezcla se somete a agitación constante
por 20 minutos, la mezcla se filtra por vacío y las aguas madres se mezclan con 50 mL de
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acetona en un vaso de precipitados de 250 mL, en un baño hielo. Las bajas temperaturas
ayudan a que la emulsina precipite como un polvo blanco como se puede observar en la
figura 3.
Figura 1. Desengrasado
de la almendra
Figura 2. Almendra
desengrasada
Figura 3. Emulsina
obtenida
Obtención de quitosano por método químico-enzimático
Por este método se realizaron dos experiencias A y B, en la cuales se fueron cambiando
algunas cantidades y concentraciones de los reactivos, con el propósito de lograr obtener
mejores resultados.
Pre tratamiento El pre tratamiento de la muestra se hace como paso inicial de todo el
proceso (para este caso la muestra de camarón de la experiencia A no recibe este
tratamiento, el proceso consiste en poner a reaccionar la muestra (cascaras de camarón
limpias y molidas) con peróxido de hidrogeno al 50 % a reflujo por cuatro horas, se filtra la
solución por gravedad, posteriormente se pone a secar en la estufa a una temperatura de 50
ºC por un tiempo de 2 horas.
Desmineralización Las muestras de camarón de cada una de las experiencia A y B se
someten a una hidrolisis acida con el propósito de extraer los carbonatos presentes en el
camarón. Para la experiencia A se hacen reaccionar 5 g de cascara de camarón molida con
50 mL de ácido clorhídrico al 0.01 N. a reflujo con una temperatura de 90 ºC por dos horas
con agitación vigorosa y constante el camarón obtenido se filtra por gravedad y se seca en
la estufa a 50 ºC por dos horas. Para la experiencia B se hace reaccionar 5 g de cascara de
camarón molida y 50 mL de ácido clorhídrico al 2 N a reflujo con una temperatura de 60
ºC por dos horas con agitación vigorosa y constante. La muestra obtenida se filtra por
gravedad, y se seca en la estufa a 50 ºC por dos horas.
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Desproteinización El camarón que se obtuvo del paso anterior se somete a una hidrolisis
básica en un alto porcentaje de concentración con el propósito de desproteinizarla. Para la
experiencia A se toman 2.5 g de muestra seca desmineralizada y se hace reaccionar con 50
mL de NaOH al 25 % a reflujo a temperatura de 120 ºC por un tiempo de 30 minutos con
agitación vigorosa y constante, posteriormente se filtra por gravedad y se seca a una
temperatura de 50 ºC por un periodo de dos horas. Para la experiencia B se toman 1.38 g
de muestra desmineralizada y se hace reaccionar con 50 mL de NaOH al 25% a reflujo a
una temperatura de 95ºC por un tiempo de 30 minutos con agitación vigorosa y constante,
se filtra por gravedad y luego se seca a una temperatura de 50 ºC por un periodo de dos
horas obteniendo hasta este proceso la quitina.
Desacetilación En este proceso se realiza la desacetilizacion catalizada por la emulsina que
se obtuvo inicial mente, el proceso se realiza en un medio acido para la experiencia A se
hace reaccionar 90 mL de agua destilada y 2 g de quitina. Con una solución de ácido
sulfúrico al 5% se justó el pH de la solución a 4, agregando 0.5 mL de emulsina,
posteriormente se lleva a reflujo con una temperatura de 90 ºC y agitación vigorosa
constante por un tiempo de 4 hr como se muestra en la figura 4. Obteniendo finalmente
quitosano el cual se filtró por gravedad y se secó por 2 horas a 50 ºC. Para la experiencia B
se hace reaccionar 30 mL de agua destilada y 0.98 g de muestra (quitina obtenida). Con una
solución de ácido sulfúrico al 5% se ajustó el pH de la solución a 4 y se agregó 0.5 mL de
emulsina. La reacción se llevó a cabo a reflujo a una temperatura de 40 ºC con agitación
vigorosa y constante por un tiempo de 45 minutos como se muestra en la figura 5, el
quitosano se filtró por gravedad quedando y se secó por 2 horas a 50 ºC.
Figura 5. Desacetilizacion de la
quitina y emulsina B
Figura 4. Desacetilizacion dequitina
y emulsina A
Tratamiento de aguas con colorantes. Con el quitosano obtenido en el laboratorio se trató
una muestra de agua con colorante el cual es utilizado para teñir ropa y se observó lo
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siguiente: se trataron 100 mL de agua con 2 g de colorante y azul; posteriormente se pesó
el quitosano a diferentes cantidades desde 0.2 hasta 3 g, poniéndose en agitación por un
tiempo de 5 minutos y posteriormente se filtró con papel filtro observando como 3 g fueron
suficientes para absorber la cantidad de color disuelto en este, como se muestra en la figura
6.
Figura 6.Aguas con colorantes y aguas con colorantes y quitosano.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se pudo observar que el quitosano obtenido por estos métodos fueron buenos aunque el
quitosano de la experiencia A no es tan bueno para poder absorber colorantes ya que
necesito de mayor cantidad de este, calentamiento y agitación para poder absorber solo un
poco de la coloración del agua, mientras que para el caso del quitosano de la experiencia B
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solo se necesitó una cantidad mínima de quitosano sin calentamiento y agitación para poder
extraer la mayor parte de coloración (esto se logró ver al filtrar las aguas las cuales
quedaban con muy poca coloración.
BIBLIOGRAFÍA
Camacho, V., (2007) Obtención de quitosano por desacetilación de quitina vía enzimática.
Tesis para obtener el título de ingeniero. D.F., Escuela Superior de Ingeniería Química e
Industrias Extractivas, Instituto politécnico nacional.
Hernández, I., (2004). “La Quitina: Un Producto Bioactivo de Diversas Aplicaciones” en
cultivos tropicales [En Línea] No. 3. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas Cuba,
disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193217916014 [Accesado 11 de
octubre de 2014].
Escobar, D., Ossa, C., Quintana, M., Ospina W., (2013). “Optimización de un Protocolo de
Extracción de Quitina y Quitosano desde Caparazones de Crustáceos” en Scientia et
Technica Año XVIII. 18, No.1, Abril, pp. 260-266.
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