Trabajo practico integrador sobre la obtencion de quitosano a partir del exoesqueleto de la cucaracha PDF

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Informe sobre la obtención de quitosano a partir del exoesqueleto de la cucaracha blaptica dubia...

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Trabajo Práctico Integrador: “Síntesis de Bioplásticos a partir del quitosano obtenido de cucarachas”

Asignatura: Química Verde Profesores a cargo: Prof. Lic. Lucas Andrés Dettorre, Lic. María Belén Sabaini

Resumen En el trabajo realizado el objetivo consistió en tratar de obtener bioclásticos a partir de quitosano, este se obtuvo mediante la transformación de la quitina a través de diferentes procesos, en donde se utilizó como materia prima el exoesqueleto de cucarachas (blapticas Dubias). Una vez obtenido el quitosano fue mezclado en diferentes proporciones con distintas concentraciones de glicerina, obteniéndose como resultado una sustancia viscosa, la cual no fue posible hacer que esta gelificara como se esperaba por lo que podemos mencionar que no fue posible cumplir con el objetivo deseado en este trabajo, ya que no fue posible obtener bioplástico a partir de quitosano obtenido a partir de cucarachas.

Introducción La quitina y su principal derivado el quitosano son considerados como polímeros biofuncionales siendo recursos abundantes y renovables lo cual presentan diversas propiedades que incluyen: la biodegradabilidad y biocompatibilidad. La quitina presente en el exoesqueleto de insectos artrópodos, en el caso de este trabajo se utilizó la especie de cucarachas (Blaptica Dubia), normalmente está asociada a proteínas, minerales, lípidos, y pigmentos, estos componentes que se encuentran presentes en el insecto y deben ser removidos para poder obtener la quitina y luego de este modo el quitosano. Este proceso consta de 4 instancias luego del acondicionamiento de la materia prima:

●

Desproteinización

●

Desmineralización

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Purificación

●

Desacetilación

La desproteinización se lleva a cabo para disolver y remover las proteínas presentes en los caparazones de las cucarachas, mediante una solución alcalina, normalmente se emplea NaOH. Para una muestra libre de carbonatos de calcio, se realiza una etapa de desmineralización donde se logra la remoción a través de una inmersión en HCl, seguidamente se realiza una purificación para poder eliminar completamente el carbonato de calcio a fin de obtener la quitina libre de residuos. Tras una desacetilación se forma el quitosano, la quitina como el quitosano están formados por cadenas lineales de monómeros de glucopiranosas unidas por enlace β (1-> 4) estableciéndose una diferencia en el carbono número 2, en donde la quitina posee un grupo acetoamida, mientras que en el quitosano ese grupo es desacetilado resultando un grupo amino.

Figura 1. Desacetilación de la quitina y obtención de quitosano.

Figura 2. Cucarachas (Blaptica Dubia)

La composición química del quitosano al ser un bioadhesivo tiene la capacidad de poder formar películas poliméricas con características similares a los plásticos convencionales, al ser natural y atóxico posee grandes ventajas para su producción y una fuente alternativa de materia prima para generar bioplástico. Cabe mencionar que las propiedades de la quitina y la quitosano dependen principalmente de la fuente de obtención y el método de preparación, estos polímeros difieren entre sí por su distribución, masa molecular y grado de acetilación.

Metodología experimental/materiales y métodos (Como primer paso cabe mencionar que a las cucarachas se les realizo un pretratamiento que consistió en su congelación de las mismas con el fin de poder manipularlas sin mayores dificultades). Cabe mencionar que para este procedimiento se utilizaron 50 cucarachas blasticas dubias. Pesaje de cucarachas no tratadas = 70,8 gr. Pesaje de cucarachas tratadas = 36,9 gr.

Preparación de la materia prima: Se retiró el abdomen (aparato digestivo, respiratorio, excretorio, circulatorio y los órganos sexuales) de las cucarachas con ayuda de un escarpelo, para lograr obtener únicamente su caparazón, cabeza, alas y patas. Se lavó la muestra con agua potable retirando la mayor parte posible de la materia orgánica presente en la misma. Seguido a eso, la muestra fue colocada en distintos recristalizadores para luego ser lavadas con 50 mL. de etanol puro, con el fin de poder eliminar mejor la presencia de humedad de las muestras, se llevaron a secado en estufa a 80°C durante 90 minutos. Lo que se obtuvo se lo llevo a un mortero y se lo trituro hasta obtener un tamaño de partícula menor a 1 cm. Desproteinización: Las proteínas existentes fueron removidas tratando la muestra con solución de hidróxido de sodio (NaOH) a concentración 3,5% p/v en una relación sólido-líquido 1:10, manteniendo la temperatura a 95°C, bajo agitación constante durante 1 hora. Posteriormente se filtró al vacío y neutralizó con agua destilada. Desmineralización: La remoción de los carbonatos de calcio de los exoesqueletos se logró mediante inmersión de la muestra en solución de ácido clorhídrico (HCl) a concentración 2M (la cual se obtuvo partiendo de una solución de HCl al 37% P/P), en una relación sólido-líquido 1:5, bajo agitación constante durante una hora a temperatura ambiente. Posteriormente la muestra se filtró y lavó. Purificación: Con el fin de obtener una quitina completamente libre de residuo de carbonato de calcio, se realizó una etapa adicional, la cual consistió en la inmersión de las muestras

desmineralizadas en una solución de NaOH a concentración 2% p/v, en una relación sólido-líquido 1:5, a una temperatura de 100°C por 1 hora. Al finalizar el procedimiento se obtuvo la quitina.

Desacetilación: Mediante la desacetilación se obtiene el quitosano como derivado de la quitina. El proceso realizado consistió en tratar la muestra de quitina con NaOH a concentración de 27% p/v, en relación sólido-líquido 1:10, a 100°C bajo agitación constante durante 90 minutos. Posteriormente se filtró, lavó y secó a temperatura ambiente. Producción del bioplástico: La preparación del bioplástico se realizó por medio del método de evaporación lenta del solvente. Para iniciar, se prepararon dos soluciones de 200 ml de quitosano al 1% y 2% p/v respectivamente, en una solución 1% v/v de ácido acético dejando en dilución durante 9 horas. De las mezclas obtenidas se prepararon 3 muestras, de 50 ml cada una, y se le adiciono el plastificante (glicerina) a concentraciones 0,2%, 0,4% y 0,8%. Se mantuvo en agitación constante durante 30 minutos a temperatura ambiente. Se colocaron las muestras en placas de Petri y se dejó secando en estufa durante 4 días a 60°C.

Resultados Día 1: preparación de la muestra: extracción de las partes que no serían tenidas en cuenta, quedándonos únicamente con el exoesqueleto, lavado, secado, trituración, pesaje y desproteinización utilizando NaOH 3,5% p/v en una relación sólido-líquido 1:10, luego la muestra se neutralizo y se filtró.

Imagen 1, 2 y 3. Procesamiento del material empleado(cucarachas) y su respectivo pesaje

Día 2: desmineralización: se procedió a la remoción de los carbonatos de calcio presente en los exoesqueletos de las cucarachas utilizando HCL, se utilizó agitación constante, neutralización y filtración de la muestra.

Figura 4, 5 y 6. Calentado y agitación de la muestra con HCl 2M para luego filtrar la muestra con el equipo de Büchner- Kitasato y obtener su pesaje

Día 3: Se utilizó NaOH al 2% p/v (relación sólido-líquido1:5) para realizar una purificación y de esta manera obtener la quitina lo más pura posible, se procedió a neutralizar y filtrar.

Figura 7 y 8. Filtrado de la muestra con NaOH al 2% p/v y lo obtenido después de terminado el filtrado en una placa de Petri.

Día 4: Desacetilación, utilizando NaOH 27% p/v, en relación sólido-líquido 1:10, en este paso se obtuvo el quitosano a partir de la quitina, el cual fue puesto a secar durante 6 dias a 80°C.

Figura 9 y 10. Agitación y calentamiento de la solución con NaOH al 27% p/v para la obtención de quitosano

Día 5: Producción de bioplástico: para la producción de bioclástico se pesó lo obtenido a partir de la desacetilación de la muestra, siendo el peso de la muestra = 2,4237 gr. A partir del peso obtenido se armaron dos soluciones, al 1% p/v con un volumen final de 50 mL con 1,202 gr. de muestra, y la otra solución al 2 % p/v con volumen final de 100 mL con un 1 gr. de muestra, a ambas se le agrego una solución 1 mL de ácido acético al 1 % v/v y se lo llevo a enrase con agua destilada. Las mismas fueron dejadas durante 9 horas a temperatura ambiente para su posterior dilución. Una vez concluido dicho tiempo, se

armaron por triplicado soluciones, con la muestra de 50 mL. y con la de 100 mL. con agregado de glicerina en diferentes proporciones al 0,2%, 0,4% y 0,8%. Para finalizar se colocaron en placas de Petri y se las llevó a estufa a 40°C por 6 días.

Soluciones

50 mL. de quitosano con Ac. Acetico

100 mL. de quitosano con Ac. Acetico

1 2 3

15 mL. 15 mL. 15 mL.

30 mL. 30 mL. 30 mL.

Cuadro con las soluciones por triplicado obtenidas

Figura 11 y 12. Macerado del quitosano y el armado de solución con ácido acético al 1% v/v.

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Figura 15. Producto final obtenido

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Discusión de los resultados En cuanto a los resultados, cabe mencionar que el protocolo que se utilizó como punto de partida presento ligeras modificaciones, dado que los compuestos necesarios para realizar el experimento se encontraban en diferentes variaciones en las concentraciones, en relación a las descriptas en el protocolo, por lo que fue necesario re ajustar las diferentes proporciones. En cuanto al color del producto final obtenido, si bien cambio considerablemente a la materia prima inicial, no logro perder la coloración totalmente, quedando en sectores un color marrón oscuro y en algunos sectores podía observarse restos de exoesqueleto con una decoloración total. En cuanto al rendimiento obtenido de quitosano fue menor que el esperado dado que es posible que se allá perdido muestra durante los diferentes procesos de filtrado y trasvaso de la misma, como así también pudo notarse una gran diferencia en el pesaje una vez habiéndole quitado la humedad a la muestra. Otro factor a tenerse en cuenta es que durante el tiempo que la muestra permacio en la estufa, pudieron existir variaciones en la temperatura, ya que la estufa presente en el laboratorio es de uso común. El proceso de filtración al vacío resulto dificultoso a la hora de filtrar y separar líquidos de sólidos, dado que la bomba no estaba funcionando correctamente, por lo que se procedió en varias ocasiones a un filtrado por gravedad utilizando algodón, por lo cual fue inevitable pequeñas perdidas de muestra durante este procedimiento. En cuanto al producto final obtenido se observó que el mismo aún conservaba restos líquidos con una apariencia viscosa, el producto no pudo gelificar en ninguna de las muestras, dado que es posible que la concentración utilizada de glicerina allá sido excesiva, lo que pudo haber provocado que la muestra no pueda secar y gelificar como se esperaba para formar los bioplásticos de interés. Otro aspecto que pudo haber ocurrido es que la muestra no allá tenido una buena concentración esperada en cuanto a quitosano.

Conclusión

Los objetivos a cumplir no pudieron ser concretados satisfactoriamente porque el resultado obtenido no fue el esperado dado que no fue posible obtener los bioplásticos deseados. En caso de volver a realizarse la experiencia, se debería tomar la precaución y la seguridad que lo obtenido es quitosano a partir de una técnica o procedimiento que pueda cuantificarlo, también se debería ajustar las proporciones de glicerina para el preparado de los mismos, reduciendo su cantidad, para que los plásticos puedan gelificar y secar de manera correcta. En cuanto a la poca decoloración observada, esto podría atribuirse a que las proteínas presentes dentro de las cucarachas, que les da su respectivo color, son más dificultosas de extraer por los métodos empleados en el protocolo por lo cual sería recomendable investigar sobre algún método que pueda extraer esta proteína.

Bibliografía Fotografía https://docplayer.es/27946421-Facultad-de-farmacia-sostenibilidad-obtencion-de-quitina-a-partirde-productos-de-desecho-universidad-de-sevilla-ignacio-maria-polo-galindo.html#show_full_text https://tiposdecucarachas.com/cucaracha-argentina/ A partir de los siguientes se obtuvo información a acerca de la obtención de la quitina y quitosano a partir de diferente materia prima. https://www.redalyc.org/pdf/933/93310204.pdf https://cicy.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1003/868/1/PMP_M_Tesis_2017_Mendez _Alpuche_Alejandro.pdf https://www.observatorioplastico.com/ficheros/articulos/69430789826115900.pdf...