Por Joncer Naibaho
Cada año, la transformación de productos del mar genera grandes cantidades de residuos. En la producción de gambas, solo alrededor de 40% de la biomasa es comestible, lo que deja millones de toneladas de cáscaras como subproductos. Sin embargo, estas cáscaras contienen compuestos valiosos como la quitina, que puede transformarse en quitosano, un biopolímero ampliamente utilizado en las industrias de envasado de alimentos, en materiales biomédicos y en aplicaciones medioambientales.
Sin embargo, producir quitosano de manera eficiente puede ser un desafío porque la extracción convencional implica varios pasos que consumen mucho tiempo y energía, como el secado, la molienda y los tratamientos químicos. Nuestro estudio reciente exploró cómo el pretratamiento de las cáscaras de camarón antes de la extracción, combinado con el procesamiento asistido por ultrasonido, podría mejorar tanto la eficiencia como la calidad del producto.
Por qué el pretratamiento es importante
Las cáscaras de camarón contienen minerales como el carbonato de calcio, así como proteínas y carne residual adherida a la matriz de la cáscara. Estos componentes pueden ralentizar el secado y complicar la extracción de quitina.
Para abordar esto, se probaron individualmente dos estrategias de pretratamiento en cáscaras de camarón frescas:
- Remojo en ácido acético – ayuda a disolver minerales y aflojar la estructura de la cáscara
- Pretratamiento enzimático asistido por pepsina: ayuda a descomponer las proteínas residuales y la carne adherida
Estos tratamientos ayudaron a eliminar impurezas y a disolver parcialmente los minerales, facilitando el procesamiento de la estructura de la concha en etapas posteriores.
Secado más rápido y menor consumo de energía
El pretratamiento tuvo un impacto claro en la etapa de secado. Las cáscaras de camarón sin pretratamiento requirieron aproximadamente 22 horas para secarse, mientras que el pretratamiento redujo el tiempo de secado a 20 horas con ácido acético y 15 horas con pepsina.
Debido a que la matriz de la cáscara se volvió menos compacta después del pretratamiento, el agua se evaporó más fácilmente. Como resultado, la energía requerida para el secado disminuyó de 0.498 kWh a 0.392 – 0.331 kWh por cada 100 g de cáscaras tras el pretratamiento.
Las cáscaras tratadas también fueron más frágiles, lo que facilitó su molienda y redujo los requisitos de energía mecánica durante la misma.
Mejora de la extracción de quitosano con ultrasonidos
Después del pretratamiento y secado, la quitosana se extrajo a través de desmineralización, desproteinización y desacetilación. La tecnología ultrasónica se aplicó durante los dos primeros pasos para mejorar la eficiencia de la extracción, como se ilustra a continuación.
El ultrasonido genera burbujas de cavitación microscópicas que colapsan rápidamente, ayudando a romper estructuras biológicas y mejorando la transferencia de masa. El uso de ultrasonido redujo la duración de los pasos clave de extracción a unos 30 minutos, significativamente más rápido que muchos enfoques convencionales.
Producción de quitosano de alta pureza
El pretratamiento también mejoró la calidad del producto final. El quitosano obtenido a partir de las conchas pretratadas presentó una pureza muy elevada (hasta ~99,9%), además de propiedades deseables como un alto grado de desacetilación (~95–96%), buena solubilidad y gran estabilidad térmica.
Juntas, el pretratamiento y la extracción asistida por ultrasonidos ofrecen una forma más eficiente de convertir los residuos de caparazones de camarón en biomateriales valiosos. Este enfoque apoya la bioeconomía circular, donde los subproductos del procesamiento de mariscos se transforman en productos útiles en lugar de ser desechados.