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, alcastro1228@yahoo.com.mx 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 156 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):156-162 2015 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 157 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):156-162 2015 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 158 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):156-162 2015 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. 159 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):156-162 2015 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 160 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):156-162 2015 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 161 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):156-162 2015 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. 162