 Foto: Gentileza Comunicaciones Universidad de La Serena   a producción eficiente, sostenible y circular es uno de los principales objetivos a lo cuales se orienta, actualmente, la producción de alimentos, bebidas e ingredientes en todo el mundo. Esto se traduce en que el desarrollo de nuevos materiales y materias primas a partir de recursos naturales ya existentes, pero que han sido descartados por diversas razones, se ha convertido en una de las áreas más prometedoras de la investigación científica actual. 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 tales como, por ejemplo:
Al respecto, el académico del Departamento de Ingeniería en Alimentos de la Universidad de La Serena, Ronny Martínez, lidera actualmente un proyecto que busca explorar todas las atractivas potenciales presentes en este campo. La iniciativa, en la que también participa la académica del departamento de Química de la Universidad de La Serena, Claudia Bernal, se denomina “Towards enzyme-based chitosan production from shrimp processing waste: Improving the performance of chitinase and chitin deacetylase using enzyme engineering” y forma parte del proyecto FONDECYT 1230483. Tal como explica el Dr. Martínez, este proyecto busca 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. Para tales efectos “se utilizan enzimas que permiten 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”, detalla el académico e investigador. El Dr. Martínez, PhD en Ingeniería Bioquímica, también 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 en diversas áreas industriales, incluyendo la formulación de alimentos con propiedades funcionales. Sin embargo, su obtención tradicional se realiza mediante procesos químicos intensivos con ácidos y alcalinos concentrados, que son de alto costo y, al mismo tiempo, poco sustentables. Frente a este escenario poco favorable, el proyecto liderado por el Dr. Martínez busca desarrollar métodos más sustentables para transformar la quitina en quitosano mediante el uso de enzimas, “ya que estas son proteínas que catalizan reacciones químicas que permiten modificar estos compuestos”. Esto permite, por ejemplo, “convertir quitina en quitosano de bajo peso molecular, pero en condiciones mucho más amigables desde el punto de vista económico y medioambiental, en comparación con los procesos químicos tradicionales”, enfatizó el académico e investigador.  ECONOMÍA CIRCULAR Por su parte, la doctora en Ciencias Químicas, Claudia Bernal, recalcó que uno de los aspectos más importantes de esta investigación radica en que la quitina se encuentra en el exoesqueleto de crustáceos e insectos, y en los hongos. Esto abre múltiples e interesantes oportunidades para obtenerla a partir de descartes de la producción de crustáceos, que hoy no son revalorizados de manera conveniente. “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”, explica la Dra. Bernal. “Sin embargo -añade-, 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 Respecto de los objetivos de mediano y largo plazo, el Dr. Martínez afirma que uno de los principales desafíos radica en que muchas enzimas aún no están preparadas para procesos industriales, porque son más sensibles que los métodos químicos. “(Las enzimas) 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”, detalla. Por ello, aunque estos procesos pueden realizarse en laboratorio, a nivel industrial todavía se utilizan métodos químicos. El investigador también precisa que muchas de estas 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. Para enfrentar estas limitaciones, el proyecto trabaja en la producción y mejoramiento de enzimas mediante ingeniería de proteínas. Esto permite generar miles de variantes mediante mutaciones, para luego seleccionar las que muestran mejor desempeño en condiciones industriales, de manera que puedan incorporarse 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 tiene mayor estabilidad a alta temperatura (54°C) y mayor capacidad para degradar quitosano en cadenas cortas y solubles”, puntualiza el Dr. Martínez. 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”, agrega.  Una de las claves del proyecto radica en aprovechar la gran cantidad de materia prima proveniente de la producción de crustáceos en la región de Coquimbo. Foto generada con Manus AI. COLABORACIÓN Otro aspecto destacado del proyecto, consiste en el trabajo conjunto realizado con 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 entra la academia, aportando investigación y desarrollo para generar estas herramientas biotecnológicas”, enfatiza el líder del proyecto. El Dr. Martínez también detalla que “este trabajo busca obtener quitosanos más pequeños y solubles, lo que facilita su uso en aplicaciones como la agricultura, evitando problemas como la formación de sólidos que pueden obstruir sistemas de riego y mejorando la funcionalidad del producto”. El investigador hizo hincapié, además, en los beneficios a largo plazo de esta iniciativa, “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”. De hecho, en la actualidad hasta 80% de los ejemplares capturados en ríos y océanos, termina como desecho, generando altos costos económicos y ambientales. “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 Universidad de La Serena y la UCN”, precisa el Dr. Martínez. GALERIA OTROS REPORTAJES
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