BIOCONVERSIÓN DE DESECHOS
DE CRUSTÁCEOS MEDIANTE
FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA
PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
BIOCONVERSION OF CRUSTACEAN WASTES BY LACTIC
AND MALOLACTIC FERMENTATION TO OBTAIN CHITOSAN
Christian Rosero1*, Fernando Novillo2, Ana Calderón1
& María Gabriela Salazar1
Recibido: 1 de mayo 2023 / Aceptado: 20 de diciembre 2023
DOI: 10.26807/ia.v12i1.269
Palabras clave: Farfantepenaeus brevirostris, fermentación láctica, fermenta-
ción maloláctica, quitina, quitosano, Ucides occidentalis
Keywords: Chitin, Chitosan, Farfantepenaeus brevirostris, lactic fermentation,
malolactic fermentation, Ucides occidentalis
RESUMEN
La quitina es un polímero natural que está presente en los exoesqueletos de los
crustáceos, arácnidos y muchos insectos. En esta investigación se extrajo la qui-
1 Universidad Central del Ecuador, Centro de Química, Quito, Ecuador (*correspondencia:
cjrosero@uce.edu.ec, amcalderon@uce.edu.ec, mgsalazar@uce.edu.ec)
2 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ciencias Químicas, Quito, Ecuador
(fnovillo@uce.edu.ec)
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BIOCONVERSIÓN DE DESECHOS DE CRUSTÁCEOS MEDIANTE
FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
Rosero et al., 119-153
tina mediante bioconversión de desechos de camarón (Farfantepe naeus brevi-
rostris) y cangrejo (Ucides occidentalis) por fermentación láctica y fermentación
maloláctica para pos teriormente obtener quitosano. Para llevar a cabo las fer-
mentaciones se diseñó un biorreactor anaerobio, en el cual se mantuvo los sus-
tratos du rante dos y tres semanas. En este pro ceso se genera ácido láctico que
es el responsable de la desminerali zación de los desechos de los crus táceos.
Posteriormente, se realizó una hidrólisis básica con NaOH al 5 % para la des-
proteinización de los exo esqueletos y un blanqueado con una solución de
NaClO al 1 %. Para el proceso de desacetilación de quitina a quitosano se uti-
lizó como fuente alternativa de energía un microondas acoplado a un equipo
de reflujo que se trabajó a una potencia de 700 W. Los rendimientos obtenidos
de quitina y quitosano estuvieron entre 28 y 33 %, respectivamente, y los gra -
dos de desacetilación de quitosa no entre 68 y 77 %, el quitosano obtenido fue
caracterizado mediante espectroscopia infrarroja, viscosimetría, microscopia
óptica y titulación potenciométrica. Esta investi gación abre nuevas alternativas
de obtención de quitosano mediante métodos mixtos químico-biológicos, que
permiten dar un valor agregado a desechos de crustáceos y a sustratos como el
suero lácteo y zumos de frutas.
ABSTRACT
Chitin is a natural polymer that is present in the exoskeletons of crustaceans,
arachnids, and insects. In this research, chitin was extracted by bioconversion
of shrimp (Farfantepenaeus brevirostris) and crab (Ucides occidentalis) waste
by lactic fermentation and malolactic fermentation to subsequently obtain chi-
tosan. To carry out the fermentations, an anaerobic bioreactor was designed, in
which the substrates were kept for 2 and 3 weeks. In this process, lactic acid is
generated, which is responsible for the demineralization of the crustacean
waste. Subsequently, basic hydrolysis was carried out with 5% NaOH for de-
proteinization of the exoskeletons and bleaching with a 1% NaClO solution.
For the process of deacetylation of chitin to chitosan, a microwave coupled to
a reflux unit was used as an alternative source of energy at a power of 700 W.
The obtained yields of chitin and chitosan were between 28 and 33% respec-
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tively and the degrees of chitosan deacetylation between 68 and 77%, the ob-
tained chitosan was characterized by infrared spectroscopy, viscosimetry, opti-
cal microscopy and potentiometric titration. Finally, this research opens new
alternatives for obtaining chitosan by means of mixed chemical-biological met-
hods that allow giving added value to crustacean wastes and substrates such as
whey and fruit juices.
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BIOCONVERSIÓN DE DESECHOS DE CRUSTÁCEOS MEDIANTE
FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
Rosero et al., 119-153
INTRODUCCIÓN
Existen varios métodos de extracción
de quitina a partir de distintas fuentes
como los crustáceos, entre ellos se
puede nombrar a la fermentación
lác tica, los métodos químicos y los
métodos biológicos, o la combina -
ción de estos.
La quitina puede ser extraída a partir
de desechos de crustáceos, principal -
mente de cangrejos, langostas y me-
jillones mediante un proceso ex clu si-
vamente químico (Escobar, Ossa, y
Quintana, 2013).
Mediante métodos biológicos Pache -
co (2005) realizó la extracción de qui -
tina de desechos de camarón uti li-
zando la bacteria Pseudomonas ae ru -
ginosa. Las condiciones óptimas para
llevar a cabo esta bioconversión fue -
ron 20 % de glucosa, 20 % de ino cu -
la ción y 6 días de fermentación. Bajo
estas condiciones se obtuvo un 82 %
de desmineralización, un 92 % de
des proteinización y el rendimien to de
extracción de quitina fue del 47 %.
Concretamente, en Nicaragua, Mar -
cia et al. (2011) estudió a fondo el
método mediante fermentación lácti -
ca haciendo uso de suero de leche y
sacarosa, como sustrato y fuente de
carbono. El proceso de fermentación
se llevó a cabo en un reactor vertical
de vidrio Pyrex de 4 L por un período
de 2 y 3 semanas a temperatura am -
biente. Los resultados mostraron que,
aunque hubo una buena desprotei -
nización y desmineralización, toda -
vía el producto contenía restos de
pro teínas y pigmentos. Por ello, se
apli có un procedimiento químico con
hidróxido de sodio e hipoclorito de
sodio, para remover completa mente
las proteínas de la estructura del ca -
pa razón. La comparación de los es -
pectros FT-IR de la quitina producida
con una muestra de qui tina comer -
cial, mostró un porcentaje de correla-
ción del 93-95 %, lo que indica que
la quitina obtenida, utili zando el mé-
todo combinado, tiene un alto grado
de pureza (Marcia.E, 2011).
El cultivo de camarón ha permitido
una gran entrada de divisas a países
costeros, en donde las exportaciones
de camarones alcanzaron los 38 mi-
llones de dólares en el año 2006 , lo
que ha incrementado el interés de
otros gobiernos por incorporar la ca-
maronicultura como una estrategia
de desarrollo (Zubiria y Jimenez,
2014). Sin embargo, los residuos ge -
ne rados por esta industria amenazan
fuertemente su productividad, debido
a que en el mundo se arroja tone -
ladas de desechos al mar sin ningún
tipo de control, generando un dese -
quilibrio ecológico.
Es muy conocido que el Ecuador es
un gran exportador de crustáceos y
pesca en general, así como también
un gran consumidor de camarón y
cangrejo rojo. Esta actividad pesque -
ra, tanto industrial como artesanal,
no tiene un manejo adecuado de los
desechos sólidos producidos que son
descargados en zonas aledañas de las
industrias y en rellenos presentes en
las ciudades, los cuales en grandes
cantidades son un potencial conta -
minante.
Estos residuos son ricos en quitina,
un biopolímero de gran interés tec -
nológico y científico, que puede ser
aprovechado para obtener quitosano
que posee propiedades fisicoquí -
micas excepcionales que permiten su
aplicación tanto en el área médica,
ambiental y de biomateriales (Maldo -
nado, 2018).
La extracción química de la quitina
involucra una serie de pasos como
son la desmineralización, la despro -
teinización, la despigmentación, et -
cé tera, en donde se utilizan grandes
cantidades de ácidos y bases fuertes
como el HCl y el NaOH, lo que ge -
nera contaminación ambiental por
los desechos químicos producidos.
Por tal motivo, surge la necesidad de
optimizar la obtención de quitosano
utilizando otro tipo de ácidos pro -
ducidos naturalmente en fermenta -
ciones bacterianas como es la fer-
mentación láctica y maloláctica, uti -
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lizando suero de leche, así como
también de la aplicación de técnicas
químicas asistidas por microondas.
La radiación por microondas tiene la
propiedad de transferir energía direc -
tamente a los reactantes, provocando
el súper calentamiento instantáneo
que promueve las transformaciones
químicas en menor tiempo (Lorent -
zen, 1996). Para este estudio se uti -
lizó microondas en la desace tilación
de quitina a quitosano.
El suero de la leche es un gran conta -
minante de las aguas superficiales,
debido a su alta demanda bioquí -
mica de oxígeno (DBO), por lo tanto,
puede ser utilizado como sustrato en
las reacciones de fermentación lác -
tica para la obtención de ácido lác -
tico el cual es el responsable de la
desmineralización de los exoes que -
letos de los crustáceos. En otro pro -
cedimiento, se realizó una fer men-
tación maloláctica a partir del zumo
de la manzana. La fermentación ma -
loláctica consiste en la transfor ma -
ción del ácido málico en ácido
lác tico por medio de bacterias que,
de forma natural, se encuentran en la
fruta (Comenge, 2015).
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FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
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MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales y reactivos
Materiales
Material de vidrio, termómetro, reci -
pientes plásticos, papel filtro, mag -
netos, espátulas, mortero.
Reactivos
Exoesqueletos de cangrejo (Ucides
occidentalis) y camarón (Farfantepe -
na eus brevirostris), suero de leche,
jugo concentrado de manzana, azú -
car, levadura marca LEVAPAN.
Equipos
Biorreactor anaeróbico diseño Pyrex,
equipo de reflujo, plancha de agi -
tación Thys 83278, balanza Analítica
Scientech SA 210, tamices Prufsie-
bring TGL, filtración a presión redu -
cida, molino Corona, licuadora Oster
34S, potenciómetro OAKLON 1100,
plancha de calentamiento CIMAREC
S1313, microondas Sharp R-202E,
viscosímetro, microscopio Óptico
AmScope MU1400, espectro FTI Per-
kin Elmer RX1.
Métodos
Extracción de quitina
Lavado y secado: Se realizó un la -
vado exhaustivo de los desechos tan -
to de camarón como de cangrejo, se
secó la muestra a temperatura am -
biente por 48 horas y se redujo el ta-
maño de partícula con una li cua dora.
Desmineralizado: Se diseñó un bio-
rreactor para desmineralizar la mate -
ria prima. Este biorreactor consiste en
un Erlenmeyer de 1 L, al cual se le
colocó un tapón de caucho N.º 9
monohoradado con un tubo de des-
prendimiento. Se adaptó una man -
guera a este tubo y se la sumergió en
un Erlenmeyer con una solución sa -
turada de Ca(OH)2, para cuantificar
el CO2 generado.
En cada biorreactor se colocó 30 g de
exoesqueleto de crustáceo molido,
300 ml de suero de leche o zumo de
manzana según el tipo de fermen -
tación y 5 g de sacarosa. En la fer -
mentación maloláctica se agregó
además una solución al 10 % de le-
vadura Saccharomyces cerevisiae,
preparada a partir de levadura fresca
marca LEVAPAN, con el fin de pro-
mover inicialmente una fermen tación
alcohólica.
Desproteinado: Al residuo del des -
mineralizado se lo sometió a reflujo
con agitación magnética y una tem -
peratura aproximada de 100 °C con
100 mL de NaOH al 5 % durante 3
horas.
Blanqueo: Al sólido que se obtuvo en
el paso anterior se le adicionó 20 mL
de solución de hipoclorito de sodio
(NaClO) al 0,1 %.
Mediciones de variables de segui -
miento (pH, CO2 y Ca2+)
Se midió el pH del suero de leche y
del jugo concentrado de manzana
con un potenciómetro OAKLON
1100. Además, se cuantificó el Ca2+
en un espectrofotómetro de absor -
ción atómica PERKIN ELMER
ANALYST 100.
Obtención de quitosano
En un balón de fondo redondo de 50
ml se adicionó 1,5 g de quitina ex-
traída y 20 mL de una solución de
NaOH al 50 %. La mezcla se calentó
hasta ebullición en un montaje adap -
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tado para reflujo en periodos de 1
mi nuto hasta completar 10 minutos
utilizando un microondas a una po-
tencia de 700 W.
Caracterización quitosano obtenido
Porcentaje de desacetilación: Se usó
el método de áreas bajo la curva me -
diante espectroscopia IR (Baxter, Di-
llon y Taylor, 1992) y mediante titu-
lación potenciométrica con la ayuda
de un potenciómetro OAKLON 1100.
Además, se caracterizó el qui tosano
por análisis de sus espectros IR, mi-
croscopía óptica usando un micros -
copio AmScope MU1400 acoplado a
una cámara fotográfica y, mediante
viscosidad, se determinó su peso mo-
lecular medio.
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RESULTADOS
A lo largo de este apartado se usarán
abreviaturas para los distintos trata -
mientos experimentales propuestos
Tabla 1. Codificación de variables
Factor Nivel A Nivel B
A B
Materia
(Farfantepenaeus (Ucides
prima
brevirostris) occidentalis)
Camarón Cangrejo
Fermentación FL FM
(láctica) (maloláctica)
Tiempo 3 2
(semanas) (semanas)
Variación de pH en la fermentación
láctica
La fermentación láctica (FL) se lleva
a cabo por acción de las bacterias del
género Lactobacillus presentes en el
suero de leche, las cuales, al inter ac -
tuar con la fuente de energía prove -
niente de los azúcares, generan una
disminución gradual del pH al pro -
ducir el ácido láctico.
Tabla 2. Medias de los resultados de pH inicial y final
de la fermentación láctica de desechos de crustáceos
Materia Prima
Tiempo de pH inicial pH final
fermentación
semanas
Camarón 2 5,79±0,16 3,13±0,24
Camarón 3 5,79±0,16 2,93±0,10
Cangrejo 2 5,89±0,18 2,96±0,13
Cangrejo 3 5,89±0,18 2,85±0,01
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Variación de pH en la fermentación
maloláctica
La fermentación maloláctica (FM)
ocu rre en dos pasos; el primero, una
fermentación alcohólica en donde
levaduras descomponen los azúcares
a etanol; y, la segunda, donde las
bacterias lácticas, como Oenococus
oeni, proliferan a un pH menor a 3,1
y pueden realizar una FM, produ -
ciendo ácido láctico y por lo tanto la
reducción del pH (Garcia, 2008). Las
medias de la variación de pH se in-
dican en la Tabla 3.
Tabla 3. Medias de los resultados de pH inicial y final
de la fermentación maloláctica de desechos de crustáceos
Materia Prima
Tiempo de pH inicial pH final
fermentación
semanas
Camarón 2 5,16±0,28 3,70±0,01
Camarón 3 5,16±0,28 3,58±0,03
Cangrejo 2 5,12±0,12 3,66±0,16
Cangrejo 3 5,12±0,12 3,53±0,18
Variación de CO2 en los procesos de
fermentación
Se obtuvo valores similares entre
1087-1095 de CO2 en ppm para
todos los tratamientos.
La similitud entre los valores de CO2
en ppm en cada uno de los trata -
mientos se debe a que el Ca(OH)2 li-
mitó la cantidad de CaCO3 como
precipitador, es decir, una vez que se
consumió todo el Ca(OH)2 ya no fue
posible la reacción con CO2. y por lo
tanto no se conoce con certeza la
cantidad total de CO2 producido en
los procesos de fermentación láctica.
Variación de Ca2+ en los procesos de
fermentación
Se determinó la concentración de
calcio en los líquidos resultantes del
proceso de desmineralizado previo
tratamiento mediante absorción ató -
mi ca, para lo cual con ayuda de la
respectiva curva de calibración se
calcularon las concentraciones de
calcio que se describen en la Tabla 4
(Seijas, 1992).
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Tabla 4. Medidas de absorbancia y cantidad de Ca2+ calculado
Materia Tipo Tiempo
Prima fermentación fermentación Ca2+
semanas (ppm)
Cangrejo FL 3 3685
Cangrejo FM 3 3287
Camarón FL 3 4923
Camarón FM 3 4742
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Rendimiento de quitosano
Se calculó un rendimiento global de
quitosano obtenido teniendo en
cuenta la materia prima con la que se
inició el proceso (Tabla 5).
Tabla 5. Medias de los resultados de
rendimiento de quitosano final
para los distintos tratamientos
Tratamiento Promedio
BFL2 28,68 ±0,12
BFL3 29,09 ±0,90
BFM2 27,98 ±1,13
BFM3 29,24 ±1,95
AFL2 30,73 ±0,13
AFL3 32,98 ±0,10
AFM2 32,79 ±0,82
AFM3 30,75 ±0,43
Caracterización de quitosano por IR
Para realizar el análisis del espectro
IR del quitosano se escogió las mues-
tras más representativas para cada
materia prima (AFL3, AFM3, BFL3,
BFM3) de exoesqueletos de cangrejo
y camarón teniendo en cuenta el ren-
dimiento obtenido en cada uno de
los tratamientos.
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
2.2
% T
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400
cm-1
Fermentación láctica para camarón en 3 semanas
Fermentación láctica para cangrejo en 3 semanas
Quitosano comercial
Figura 2. Espectro IR de quitosano. Fermentación láctica
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95
90
85
80
75
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30
25
20
15
10
5
2.2
% T
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400
cm-1
Fermentación meloláctica para camarón en 2 semanas
Fermentación meloláctica para camarón en 3 semanas
Quitosano comercial
Figura 3. Espectro IR de quitosano. Fermentación meloláctica
Determinación del grado de desace -
tilación por espectroscopia IR
Para el proceso de desacetilación de
quitina a quitosano se utilizó un mi-
croondas acoplado a un equipo de
reflujo como fuente alternativa de
energía. Se ha demostrado que el ca-
lentamiento por microondas es más
rápido y en algunas ocasiones más
eficaz que los métodos conven -
cionales para varias reacciones quí -
mi cas como lo es la desaceti lación
de la quitina para producir quitosano
(Liu, Yepeing y Yue E, 2004).
Cisneros et al. (2016), utilizó un mi-
croondas SAMSUNG a una potencia
de 1400 W en tiempos de 4,7 y 10
minutos obteniendo porcentajes de
desacetilación (% DA) máximos de
87 %. En la presente investigación se
ocupó un microondas a una potencia
de 700 W obteniendo % DA máximo
de 77,43 que corresponde a quito -
sano obtenido de desechos de cama-
rón mediante FL en un tiempo de 3
semanas.
Para el cálculo del grado de desace -
tilación se aplicó el método propues -
to por Baxter et al. (1992), el cual se
basa en elegir la banda en 1655 cm-1
(C=O) característica de la amida I y
como referencia la banda a 3450 cm1
(O-H).
Ec. 1
Ec. 2
De esta manera se obtiene los valores
de % DA para quitosano de las mues-
tras resultantes de todos los trata -
mientos y que se indican sus medias
en la Tabla 6.
Tabla 6. Medias de los resultados
de % DA de quitosano
para los distintos tratamientos
Tratamiento Promedio
BFL2 73,40±1,39
BFL3 68,71±1,23
BFM2 65,45±1,52
BFM3 69,58±3,25
AFL2 73,77±0,39
AFL3 77,43±0,58
AFM2 72,55±1,23
AFM3 75,02±1,73
Determinación del peso molecular
del quitosano mediante viscosime-
tría
Para la determinación del peso mo -
lecular se utilizó un viscosímetro de
Ostwald, por lo que fue necesario
calcular sus constantes cinéticas. Por
lo tanto, se determinaron las densi -
dades de los dos líquidos, del agua y
del ácido acético 10 % y de igual
manera se utilizó sus viscosidades a
la temperatura de 25 °C, al final se
calculó las viscosidades reducidas,
viscosidades intrínsecas para final -
mente determinar el peso molecular
medio de las 3 muestras que tuvieron
el mayor grado de desacetilación me-
diante la ecuación de Mark-Hou-
wink.
Tabla 7. Pesos moleculares medios vis-
cosimétrico
Solución de Qs [n], cm3/g PM, g/mol
BFL2 306,17 4,18×105
AFL3 260,73 3,73×105
AFM3 320,57 4,39×105
Microscopia óptica de quitosano
Se analizaron las muestras más repre-
sentativas de quitosano en un micros-
copio óptico con aumento de 4x y
40x, para lo cual se colocó una mí-
nima cantidad de muestra directa -
mente en el portaobjetos.
Figura 4. Quitosano de camarón por fer-
mentación láctica en 2 semanas
A, observado a 4x; B, observado a 40x
InfoANALÍTICA 12(1)
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A B
En esta investigación el objetivo prin-
cipal fue la bioconversión de exoes -
queletos del cangrejo (Ucides
occidentalis) y camarón (Farfantepe -
naeus brevirostris), para facilitar la
extracción de quitina y posterior -
mente obtener quitosano mediante
una hidrólisis básica vía microondas.
En el exoesqueleto de los crustáceos,
además de la quitina, están presentes
proteínas, minerales de calcio y pig-
mentos (Gerente y Lee, 2017); por
esta razón, es necesario separar di-
chos compuestos mediante métodos
químicos, enzimáticos, biológicos o
métodos mixtos.
Para llevar a cabo la bioconversión
biológica se aplicó por separado una
fermentación láctica y maloláctica.
Estas fermentaciones tienen en co mún
la generación de ácido láctico, el cual
es responsable de la desmine rali za -
ción de los exoesqueletos de los crus -
táceos. Posteriormente, para extraer la
quitina se realizó el despro teinado
mediante una hidrólisis con una solu -
ción de NaOH al 5 %. Final mente,
para obtener quitosano, la qui tina ex-
traída se trató con una solu ción de
NaOH al 50 % y reflujo durante 10
minutos calentado en un mi croondas
adaptado para este propósito.
Variación de pH en la fermentación
láctica
En la Tabla 2 se detalla las medias de
los pH determinados durante el pro -
ceso de la fermentación láctica (FL).
Se observa de una manera ge neral
que a las dos semanas hay una dis mi -
nución importante del valor de pH de
5,79 a 3,13 para los desechos de ca -
marón y de 5,89 a 2,85 para los dese-
chos de cangrejo. A partir de la se gun-
da a la tercera semana la varia ción de
pH es muy pequeña de 3,13 a 2,93 y
de 2,96 a 2,85 res pectiva mente. Esto
significa que pro bable mente después
de la tercera semana no se observaría
una reduc ción con siderable del pH.
Estos valo res del cambio del pH en el
biorreactor están en concordancia
con los reportados por Marcia (2011),
donde el pH ini cial fue de 5,97 y el
pH final fue 3,7 y 3,3 a las 2 y 3 se-
manas, respec tiva mente.
Esta disminución de pH se asocia a la
producción de ácido láctico a partir
de la actividad metabólica de las bac-
131
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FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
Rosero et al., 119-153
DISCUSIÓN
terias del género Lactobacillus que
descomponen las fuentes de carbono,
en este caso el azúcar añadido al sis -
tema de reacción y la lactosa presente
en el suero de leche.
Estas bacterias lácticas pertenecen a
los microorganismos anaeróbicos fa-
cultativos, es decir, que pueden desa-
rrollarse tanto en presencia como en
ausencia de oxígeno. Sin embargo, la
fermentación tiene lugar en un medio
anaeróbico, por lo que se tomó las
debidas precauciones para que no in-
grese aire al biorreactor (Ramirez,
Rosas, Velásquez, Ulloa y Arce,
2011).
Además, esta condición de acidez
alta (pH bajo) evita el crecimiento de
microorganismos no deseados como
Pseudomonas, Moraxella entre otros,
que pueden conducir a la putre -
facción de los desechos de crustáceos
(Shirai, Guerrero, Huerta, Saucedo, y
Castillo, 2000).
Variación de pH en la fermentación
maloláctica
En la Tabla 2 se detalla las medias de
los pH determinados durante el pro -
ceso de la FM. Se observa de una ma-
nera general, que al igual que en la
fermentación láctica, a las dos sema-
nas hay una disminución consi der -
able del valor de pH de 5,16 a 3,70
para los desechos de camarón y de
5,12 a 3,66 para los desechos de can-
grejo, a partir de la segunda a la ter-
cera semana la variación de pH es
menor de 3,70 a 3,58 y de 3,66 a
3,53, respectivamente. Al comparar
el pH final de la FL con el de la FM
podemos observar que en la FM no
se alcanzó los mismos niveles de aci-
dez (pH bajo), asociado a que la pro-
ducción de ácido láctico en este tipo
de fermentación necesita de más
tiempo, como se puede observar en
un proceso de fermentación malo -
láctica en vinos (Figura 5) en los pri -
meros días se da una fermentación
alcohólica.
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BIOCONVERSIÓN DE DESECHOS DE CRUSTÁCEOS MEDIANTE
FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
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Figura 5. Crecimiento microbiano
en un proceso de fermentación para vinificación
(Lopéz, 2010)
En la FM la disminución de pH por
producción de ácido láctico ocurre
en dos pasos, inicialmente la fer men -
tación alcohólica y posteriormente
una fermentación maloláctica, en
don de el ácido málico del zumo de
manzana se transforma en ácido lác -
tico y CO2 por acción de las bacte rias
lácticas Oenococus oeni (Parés, 1995).
Considerando que la FM requie re de
estas dos etapas, y con el propósito de
acelerar el proceso de fermentación
alcohólica se agregó una solución al
10 % de levadura Saccharomyces ce-
revisiae.
Variación de CO2 en los procesos
de fermentación
Se obtuvo valores similares entre
1087-1095 de CO2 en ppm para to -
dos los tratamientos.
La similitud entre los valores de CO2
en ppm en cada uno de los trata -
mien tos se debe a que el Ca(OH)2 li-
mitó la cantidad de CaCO3 como
precipitado, es decir, una vez que se
consumió todo el Ca(OH)2 ya no fue
posible la reacción con CO2. y por lo
tanto no se conoce con certeza la
cantidad total de CO2 producido en
los procesos de fermentación láctica.
Para esto se propone utilizar otro tipo
de hidróxido con mayor solubilidad,
como puede ser el Ba(OH)2.
Variación de Ca2+ en los procesos de
fermentación
Existen estudios similares basados en
fermentaciones lácticas para la bio -
con versión de desechos de crustá -
ceos. Marcia (2011), indica que tras
el proceso de fermentación se obtuvo
un licor que contenía entre 9 y 12 g/L
de Ca2+ que al convertirlo en ppm se
obtiene valores en concordancia a
los obtenidos en esta investigación
teniendo en cuenta que se ocupó
menor cantidad de materia prima
que la utilizada por Marcia (2011).
El ácido láctico que se produce du -
ran te el proceso de fermentación re-
acciona con los minerales del calcio
que se encuentran en los desechos de
crustáceos, de esta manera se da su
separación en primera instancia de la
quitina (Xu, Gallert y Winter, 2008).
Inicialmente un mol de glucosa pro -
duce dos moles de ácido láctico, es -
tas dos moléculas de ácido láctico
reaccionan con una molécula de car -
bo nato de calcio y se produce el lac-
tato de calcio.
El lactato de calcio se podría recu -
perar del sistema para ser usado co -
mo un ingrediente en la industria de
alimentos, principalmente por sus
pro piedades como regulador de la
acidez y para el tratamiento de hari -
nas (Badui, 2013).
Rendimiento de quitosano
Como podemos observar en la Tabla
5 se obtuvo rendimientos similares a
los rendimientos obtenidos de quiti -
na. Se mantiene la tendencia a obte -
ner mejores rendimientos a partir de
exoesqueletos de camarón, En gene -
ral se obtuvo rendimientos entre un
28 y 32 % y que están cercanos a los
reportados en la literatura, por ejem-
plo, se han realizado algunos estu -
dios de la obtención de quitosano a
partir de métodos químicos, métodos
biológicos y métodos de bioconver -
sión mixta. Una investigación reali -
zada en la Universidad Autónoma de
Puebla se reporta un rendimiento de
quitosano cercano al 50 % para de-
sechos de camarón utilizando méto-
dos químicos (Hernadez, Almanza y
Flo rez, 2009). En estudios similares
rea lizados mediante métodos micro-
bio lógicos se han obtenido rendi-
mientos entre un 33 y 38 % para de-
sechos de camarón (Khanafari y Ma-
randi, 2013).
InfoANALÍTICA 12(1)
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Caracterización de quitosano por IR
En las Figuras 2 y 3 se puede observar
señales características entre 3400-
3500 cm-1 que corresponden al alar-
gamiento del enlace O-H de los
grupos hidroxilos. Una característica
importante en esta banda es la pre -
sencia de un hombro aproximada -
mente a 3200 cm-1, debido a que
existen solapamientos con otras seña -
les características en esta zona, tal es
el caso del alargamiento del enlace
N-H proveniente de los grupos ami -
no del quitosano. La señal entre
2900-3000 cm-1 se debe al alarga -
miento del enlace Csp3-H de los gru-
pos metilenos. Como la reacción de
desacetilación no se da en la totali-
dad de la quitina aún existirán gru-
pos amida en la estructura del
biopolímero, es por esta razón que
se observa entre 1600-1670 cm-1 la
señal atribuida al enlace Csp2=O del
grupo amida (Amida I), la señal
entre 1540-1590 cm-1 corresponde a
la vibración de flexión del grupo
NH-R (Amida II). El resto de las ban-
das aparecen de forma similar tanto
en la quitina como en el quitosano
y representan su huella digital.
Clara ment e se dio el proceso de
desa- ce tilación de la quitina a qui-
tosano, pero no en un 100 %, aún se
obser van señales correspondientes a
los grupos amida, posiblemente por
la presencia de minerales que interfi -
rieron en el proceso de desace -
tilación.
Determinación del grado de desace -
tilación por espectroscopia IR
Los tratamientos en los que se obtuvo
mayor grado de desacetilación fue -
ron BFL2 y AFL3 73,40 y 77,43. En
general se obtuvo mejores grados de
desacetilación utilizando como ma -
te ria prima el camarón, esto debido
a que la quitina obtenida de exo -
esqueletos de camarón ya no pre -
sentaban gran cantidad de minerales
por lo que fue más eficiente el proce -
so de desacetilación, a diferencia de
la quitina obtenida a partir de exo -
esqueletos de cangrejo que pudo
haber sido menos pura y esto interfi -
rió en el proceso de desacetilación.
Cabe recalcar que mediante titula -
ción potenciométrica de una muestra
representativa se obtuvo un grado de
desacetilación de 69,13 %.
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BIOCONVERSIÓN DE DESECHOS DE CRUSTÁCEOS MEDIANTE
FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
Rosero et al., 119-153
Determinación del peso molecular
del quitosano mediante viscosime-
tría
En distintas investigaciones se repor -
tan pesos moleculares (PM) de quito -
sano mayores a 1×105 g/mol. Espe-
cí ficamente De la Paz et al. (2013),
reporta PM cercanos a 3,1×105g/mol
ocupando métodos convencionales
de desacetilación. En un estudio don -
de se obtuvo quitosano a partir de la
pluma del calamar, se reporta un PM
cercano a 2×105 g/mol (Bermeo,
2015). En esta investigación se ocupó
un microondas acoplado a un equipo
de reflujo como una fuente alterna -
tiva de energía obteniendo un peso
molecular medio entre 3×105 y
4×105 g/mol, confirmando la eficien -
cia energética de este método alter -
nativo de desacetilación.
Microscopia óptica de quitosano
En la Figura 4, se puede observar una
red polimérica entrecruzada tal y
como lo reporta Ramírez et al.
(2016), la cual es característica de la
adsorción del quitosano debido a
que forma hidrogeles y es en donde
se retícula un monómero a un polí -
mero ya formado, generando una red
porosa de menor tamaño.
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CONCLUSIÓN
Se obtuvo quitosano a partir de un
proceso de bioconversión de dese-
chos de crustáceos mediante fermen -
tación láctica y maloláctica usando
como fuente alternativa de calenta -
miento un microondas para el pro -
ceso de desacetilación, dicho quito sa-
no se lo obtuvo con rendimientos
entre un 27 % y 33 %. El mejor mé -
todo para la obtención de quitosano
resultó ser mediante una fermenta -
ción láctica de desechos de camarón,
en un tiempo de fermentación de 3
semanas.
El análisis de las variables de segui -
miento, variación de pH, cantidad de
Ca2+ y CO2 producido, muestran va-
lores similares a los obtenidos en in-
vestigaciones de otros autores, por lo
tanto, se pudo verificar que el pro -
ceso de fermentación y producción
de ácido láctico bajo las condiciones
propuestas en esta investigación se
dio con éxito.
Se caracterizó el quitosano mediante
espectroscopia infrarroja, obtenién -
dose resultados similares a los repor -
tados en la literatura. Además, me-
diante esta técnica se calculó el %
DA de quitosano alcanzando valores
entre 60-70 % y mediante titulación
potenciométrica se obtuvo 69 %. El
PM medio viscosimétrico del quito -
sa no obtenido fue de 4,39×105 g/mol.
Esto sugiere que el quitosano obteni -
do tiene un alto grado de desacetila -
ción y un peso molecular medio ade-
cuado lo que lo hace útil para
diversas aplicaciones teniendo en
cuenta propiedades beneficiosas co -
mo mayor solubilidad, propiedades
reológicas y apropiada viscosidad.
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BIOCONVERSIÓN DE DESECHOS DE CRUSTÁCEOS MEDIANTE
FERMENTACIÓN LÁCTICA Y MALOLÁCTICA PARA LA OBTENCIÓN DE QUITOSANO
Rosero et al., 119-153
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