Investigadores de la Universidad de La Serena trabajan junto a la empresa regional Crustanic para desarrollar enzimas que permitan producir quitosano de forma más sustentable a partir de desechos de camarones y langostinos.
El desarrollo de nuevos materiales a partir de recursos naturales se ha convertido en una de las áreas más prometedoras de la investigación científica actual y en ese contexto, la quitina y su derivado, el quitosano —dos polisacáridos presentes en organismos como crustáceos, insectos y hongos- han despertado un creciente interés por sus múltiples propiedades funcionales y aplicaciones potenciales en áreas como la agricultura, la biomedicina, los alimentos y los biomateriales.
En relación a esto, el académico del Departamento de Ingeniería en Alimentos de la Universidad de La Serena, Ronny Martínez, está liderando un proyecto de investigación FONDECYT 1230483, llamado “Towards enzyme-based chitosan production from shrimp processing waste: Improving the performance of chitinase and chitin deacetylase using enzyme engineering”, junto a la académica del Departamento de Química de la Universidad de La Serena, Claudia Bernal.
De acuerdo al Dr. Martínez “con este proyecto buscamos impulsar el desarrollo de procesos biotecnológicos más sustentables para obtener quitina a partir de residuos de crustáceos generados en la Región de Coquimbo y transformarla en quitosano, utilizando enzimas en este proceso, para reemplazar los métodos químicos tradicionales, con el objetivo de reducir el impacto ambiental y económico de su producción, generando compuestos con propiedades útiles para distintas aplicaciones”.
Ahondando en esto, el PhD en Ingeniería Bioquímica detalló que “la quitina es un polisacárido formado por largas cadenas de azúcares llamados N-acetilglucosamina y cuando a esas unidades se les elimina el grupo acetilo, se transforman en glucosamina, con la cual se forma el quitosano. A diferencia de la quitina, el quitosano es soluble en soluciones ácidas y forma geles, lo que amplía sus aplicaciones, sin embargo, su obtención tradicional se realiza mediante procesos químicos intensivos con ácidos y alcalinos concentrados, que son costosos y poco sustentables”.
“En este proyecto buscamos desarrollar métodos más sustentables para transformar la quitina en quitosano utilizando enzimas, ya que estas son proteínas que catalizan reacciones químicas que permiten modificar estos compuestos, por ejemplo, convertir quitina en quitosano de bajo peso molecular, pero en condiciones mucho más amigables desde el punto de vista económico y medioambiental, que con los procesos químicos tradicionales”, añadió.
Por su parte, la doctora en Ciencias Químicas, Claudia Bernal recalcó que uno de los aspectos más importantes de esta investigación se debe a que “la quitina se encuentra en el exoesqueleto de crustáceos e insectos y en los hongos, y aunque durante décadas recibió menos atención que la celulosa, la cual está presente principalmente en las plantas y es el polímero natural más abundante del planeta, hoy existe un creciente interés en la quitina y su derivado, el quitosano, debido a sus valiosas propiedades como material, sus aplicaciones funcionales y a que no tiene compromiso con la seguridad alimentaria. Sin embargo, para que este gran potencial sea aprovechado se requiere del estudio de procesos químicos sustentables y eficientes, los cuales pueden lograrse desde la biocatálisis que es lo que busca este proyecto”.
Desafíos
En relación a lo que se quiere conseguir, el doctor Martínez sostuvo que “uno de los principales desafíos es que muchas enzimas aún no están preparadas para procesos industriales, porque son más sensibles que los métodos químicos. Funcionan solo en rangos específicos de temperatura, pH y salinidad, y si cambian esas condiciones, pueden desactivarse, lo que dificulta su uso a gran escala”.
“Por eso, aunque estos procesos pueden realizarse en laboratorio, a nivel industrial todavía se utilizan métodos químicos. Otras de las razones es que muchas enzimas no están disponibles en las cantidades necesarias para la producción a gran escala, donde se requieren gramos o incluso kilos para que el proceso sea viable”, agregó.
En línea con esto, el investigador aseguró que “para enfrentar estas limitaciones, el proyecto trabaja en la producción y mejoramiento de enzimas mediante ingeniería de proteínas, generando miles de variantes mediante mutaciones, para luego seleccionar las que muestran mejor desempeño en condiciones industriales, de manera que podrían ingresar al sistema productivo”.
“Tras tres rondas de screening, produciendo miles de versiones de la enzima con mutaciones al azar, logramos identificar una nueva versión de la enzima quitosanasa que cumple con una mayor estabilidad a la alta temperatura (54°C) y mayor capacidad para degradar quitosano en cadenas cortas y solubles. De hecho, las mutaciones identificadas en esta nueva variante y las potenciales explicaciones del mecanismo de mejora a nivel molecular serán reportadas prontamente en revistas científicas, mientras que hay aplicaciones específicas de la quitosanasa que pueden tener relevancia comercial en el corto plazo”, puntualizó.
Colaboración
Además de esto, el Dr. Martínez dio a conocer que en el marco de este proyecto, se ha estado trabajando junto a la empresa regional Crustanic, que produce quitosano a partir de residuos de camarones y langostinos procesados en la Región de Coquimbo.
“Para la industria, es atractivo producir quitosano con enzimas, pero las empresas no tienen la capacidad de desarrollarlas por sí solas. Ahí es donde entra la academia, aportando investigación y desarrollo para generar estas herramientas biotecnológicas”, enfatizó.
El Dr. Martínez también indicó que “este trabajo busca obtener quitosanos más pequeños y solubles, lo que facilita su uso en aplicaciones como la agricultura, evita problemas como la formación de sólidos que pueden obstruir sistemas de riego y mejora la funcionalidad del producto”.
Finalmente, el investigador hizo hincapié en que “este proyecto tiene beneficios a largo plazo porque abre la posibilidad de que en el futuro podamos aprovechar miles de toneladas de residuos de la industria de camarones y langostinos que hoy se descartan, ya que actualmente hasta el 80% de lo que se captura termina como desecho, generando costos económicos y ambientales, cuando en realidad esos residuos pueden transformarse en nuevos bioproductos de alto valor, que es algo que nos gustaría mantener a través del proyecto SATREPS de Recuperación de Bioproductos de Alto Valor para Aumentar la Sustentabilidad de la Industria Pesquera en Chile (ReBiS), que lidero junto a colegas de la USerena y la UCN”.
