Aplicación del quitosano en la agricultura evaluado

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Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” APLICACIÓN DEL QUITOSANO EN LA AGRICULTURA

Resumen La quitina es el segundo polímero más frecuente en la naturaleza, del cual deriva el quitosano. Se encuentra principalmente en el exoesqueleto de los crustáceos, y mediante su desacetilación se obtiene el quitosano que se caracteriza por ser una material accesible y seguro que pretende sustituir a aquellas sustancias peligrosas para la salud y que además generan un alto nivel de contaminación; asimismo se desea, a través de las diversas aplicaciones, poder satisfacer la demanda de algunos productos, brindándoles además, una mejor calidad. La quitina y el quitosano tienen varias aplicaciones en diversas áreas, pero en esta ocasión nos enfocaremos en el quitosano en el área de la agricultura. A su vez en esta área existen muchas aplicaciones como: mecanismos de defensa en plantas, estimulación del crecimiento, recubrimiento de semillas, fertilizantes y nutrientes del suelo. También es utilizado como materia prima en una película para el recubrimiento de plantas gracias a su actividad antiviral y bactericida, una aplicación que genera grandes beneficios a la producción y mejoramiento de las plantas y frutos. Protegen a los alimentos de la degradación por hongos.

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Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” Introducción El quitosano se obtiene a partir de la desacetilada (eliminación de un grupo acetilo) de la quitina en medio alcalino, es un polisacárido, natural, biodegradable y no tóxico que se obtiene principalmente de la parte externa de crustáceos tales como cangrejos y camarones. Entre las propiedades clave del quitosano es el de ser una molécula catiónica, lo que lo hace tener la capacidad de actuar como floculante, humectante, quelante y por la presencia de grupos amino en la cadena polimérica, que han hecho al quitosano uno de los materiales más versátiles que se estudian desde hace ya algún tiempo, debido a la posibilidad que posee de desarrollar una amplia variedad de modificaciones, tales como las reacciones de anclaje de enzimas, reacciones de injerto, obtención de películas entrecruzadas, entre otras; de las cuales es posible obtener materiales para diversas aplicaciones. En general la búsqueda de materiales menos peligrosos ha llevado a estudiar al quitosano de manera más profunda en cuanto a sus características y propiedades consecuencia a problemas graves que han afectado a lo largo del tiempo, en el caso del área agrícola que forma parte de las diferentes industrias que ha abarcado comercialmente el uso del quitosano; los derivados de éste último han presentado muchas ventajas aun teniendo en cuenta que es el doble de difícil atenderla pues requiere que el material construido realice un efecto específico asignado pero por otro lado se necesita que se elimine sin tener daños o afectar de alguna manera. El uso del quitosano en actividades agrícolas es mucho más reciente que la de otras áreas pero a pesar de ello es abundante y va en aumento. Hoy en día podemos notarlo en varios alimentos de consumo diario para aumentar su resistencia a diversos factores. Así como también se ha hecho de vital importancia la satisfacción de demanda que sufren algunos de los alimentos ordinarios y una forma de solventar este requerimiento es a través de la estimulación de sus semillas mediante tratamientos con quitosano para obtener una producción mucho más rápida e incluso de mejor calidad.

Marco teórico El quitosano fue descubierto por Rouget en 1859, posee un alto contenido de hidrógeno, y este no puede ser digerido, ya que las personas solo incorporan las proteínas y los aminoácidos como fuentes importantes de nitrógeno. Gracias a esto se le considera una fibra dietética, esto significa que no aporta ninguna caloría. (Giraudo, M., Ugarte M., Scollo D., Nonzioli A., Sánchez Tuero H., 2010). La quitina se somete a un medio alcalino muy concentrado, para su desacetilación, a una temperatura superior de 60 °C para obtener el quitosano, uno de los derivados más importantes

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Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” de la quitina. La desacetilación es la pérdida de acetilo del grupo amido del carbono 2. Poli [ß (14)-2-amido-2-desoxi-D-glucopiranosa]. (Barra A., Romero A. & Beltramino J., 2012). En la agricultura moderna se hace cada vez más generalizado el uso de polímeros naturales biodegradables, tanto asociados a composiciones de fertilizantes como a preparados protectores de semillas y plantas, con el fin de lograr incrementar los rendimientos de los cultivos. Son efectivos en el control de enfermedades y plagas vegetales. Sus mecanismos de acción están vinculados a su estructura química. Pueden actuar sobre el organismo patógeno, o inducir mecanismos defensivos en las plantas, contra varias enfermedades vegetales antes y después de la cosecha.

Ventajas de estos polímeros: -Actúa como bioestimulante. -Aumenta la producción. -Aumenta el desarrolla de las raíces lo que permite un amplio anclaje a la planta. -Mejora la absorción de nutrientes. -Fungistático (crea una barrera que evita el ataque de hongos). -Protector de enfermedades aéreas y control natural de fitoparásitos y nematodos. -Aporta grandes cantidades de Nitrógeno en la etapa de crecimiento vegetativo. -Aumenta notoriamente el rendimiento del cultivo, en longitud, color, peso, resistencia y calidad. -No es tóxico, biodegradable, no contiene metales pesados, amigable con el ambiente, puede estar en contacto directo con la piel (no es necesario usar protección corporal para su aplicación).

Las propiedades útiles del quitosano en la agricultura son:

-Protección de frutos y vegetales frescos: Éste uso se ha propuesto y experimentado desde hace más de 15 años. La capacidad que tiene para formar películas favorece la preservación de los productos Las principales observaciones en estas investigaciones han sido los siguientes: *Disminución en las pérdidas por transpiración: “La respiración disminuye lentamente, aunque inicialmente se observa un incremento de la misma que se atribuye al estrés ocasionado por la solución acuosa de ácido láctico/lactato de sodio usada para disolver el quitosano.” *Se mantiene una mejor textura con el paso del tiempo: Se pudo observar que se obtuvo una mayor solidez en los frutos que se habían tratado con quitosano.

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Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” *No causó diferencias organolépticas: La aplicación del quitosano en los frutos no produce cambios en su sabor, textura, olor o color, solamente se presenta un tenue sabor ácido que desaparece velozmente. Atribuido al pH inicial más alto en la solución de quitosano. *La carga microbiológica permaneció más baja: la cantidad de bacterias contenidas en los frutos siempre fue considerablemente más baja que los frutos no tratados con quitosano, entre otras. Existen aspectos que es necesario tomarlos en consideración al momento de emplear este recubrimiento como lo son: a) “El tipo de quitosano a emplear (grado de acetilación, peso molecular, procedencia).” b) “Ácido usado para preparar las soluciones acuosas.” c) “pH del medio, cuidando de respetar el pH natural del producto a proteger.” d) “Temperatura de almacenamiento.” e) “La presencia de otros componentes en el producto a proteger, como por ejemplo: azúcares, sales, proteínas, etc.” Algunos frutos que fueron estudiados aplicándoles películas de quitosano, así como los objetivos y observaciones obtenidas, pueden verse en la Figura 1. (Lárez, C., 2007)

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Figura 1. Objetivos del recubrimiento con quitosano

-Estimulación del crecimiento: Aplicar el quitosano tiene efectos positivos en el crecimiento de las plantas, estimular tanto la germinación de semillas y el crecimiento partes de la planta tales como raíces, brotes y hojas. Los efectos beneficiosos del quitosano se han utilizado en plantas florales y en plantas de cosecha. -Actividad antiviral: El tratamiento previo con quitosano reduce significativamente la infección viral en varias especies vegetales. -Actividad bactericida: La actividad bactericida del quitosano se asocia con su carácter catiónico. Los grupos amino libres, de carga positiva en medio ácido, interactúan con cargas negativas de la membrana celular de los hongos, cambian la permeabilidad de la membrana plasmática, con la 5

Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” consecuente alteración de sus principales funciones. Dándole mayor actividad biocida (Papineau et al., 1991; Helander et al., 2001; Devlieghere et al., 2004). Los biocidas son sustancias químicas, sintéticas, de origen natural o microorganismos que están destinados a destruir, contrarrestar, neutralizar, impedir la acción o ejercer un control de cualquier organismo considerado nocivo para el hombre, es por esto último que

éstos actúan a nivel de la membrana celular del

microorganismo, penetrándola y destruyendo los sistemas que le permiten vivir. Los biocidas son solubles en agua, efectivos en bajas concentraciones. Las biopelículas más utilizadas son las que se crean en base al quitosano, ya que este presenta biocompatibilidad, baja toxicidad, es biodegradable, y tiene una alta bioactividad como ya se había dicho. El biopolímero quitosano forma películas con propiedades mecánicas, adhesivas, de permeabilidad y antimicrobianas. La aplicación de películas o recubrimientos comestibles (biomoléculas) protegen los alimentos de la degradación por hongos y modifican la atmósfera de frutos frescos, por lo que prolonga la conservación de la calidad en fresco de frutas y hortalizas. “Las películas de quitosano son transparentes, firmes, algo flexibles, de buena barrera al oxígeno y se forman por moldeo de solución acuosa.” (Salgado R., 2015).

Objetivos: -Dar a conocer las aplicaciones del quitosano en la agricultura, la gran importancia que tiene en los alimentos para su conservación. -Informar

sobre

las

características

y

propiedades

del

polímero

quitosano.

Metodología Para la realización de este trabajo se contó con recursos electrónicos como revistas de divulgación científica y otras páginas de internet relacionadas con el tema, aportando ideas apropiadas para cada uno de los puntos necesarios a tratar. Algunos de los tipos de documentos empleados fueron revistas electrónicas de universidades de química e ingeniería, así como también páginas destacadas con información pertinente al tema elegido. El presente trabajo se realizó en un periodo de estudio de entre 3 y 7 horas durante 3 días.

Presentación de resultados y análisis: El quitosano es un polisacárido de origen natural que tiene diversas funciones en el área de la agricultura, sin embargo la protección que le proporcionan las capas de quitosano es utilizado para proteger y enriquecer los cultivos, mejorando la producción. Brinda beneficios a dicha área 6

Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” por el hecho de ser un producto abundante en el planeta que no genera daños al medio ambiente y por el contrario favorece el rendimiento de los productos que son indispensables para la sociedad y por lo cual genera una alta demanda que es difícil satisfacer sin la ayuda que nos ofrece el quitosano. “Las biopelículas de quitosano se han utilizado para aumentar la vida útil de diversas frutas como peras, naranjas, duraznos, fresas, arándanos, aguacate, frambuesa y ciruelas, ya que trabajan como barrera para el dióxido de carbono y el oxígeno.” (Salgado R., 2015).

-Obtención de quitosano: La quitina se encuentra en el exoesqueleto de los crustáceos principalmente. El exoesqueleto de los crustáceos se debe desproteinizar y desmineralizar para tener como resultado la quitina. Esta a su vez se somete en un medio alcalino muy concentrado, para su desacetilación, a una temperatura superior de 60 °C para obtener el quitosano, uno de los derivados más importantes de la quitina. (Figura 2). La desacetilación es la pérdida de acetilo del grupo amido del carbono 2. Poli [ß (1-4)-2-amido-2-desoxi-D-glucopiranosa]. (Figura 3). (Barra A., Romero A. & Beltramino J., 2012).

Figura 2. Desacetilación

Figura 3. Estructura química del quitosano

Conclusiones: Podemos concluir que la producción de los alimentos conlleva una responsabilidad más grande de la que podemos imaginar pues requiere de varios procesos en este caso del quitosano. Implica la obtención de la quitina para así tener el quitosano. Y así poder crear una película para conservar los alimentos. 7

Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Plantel No. 2 “Erasmo Castellanos Quinto” El quitosano es de fácil obtención, tiene varios beneficios en la agricultura. Además de contribuir a la protección del medio ambiente utilizando materia que se considera como desecho para la sociedad.

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