Introducción a la aplicación del quitosano

El quitosano es un biopolímero natural derivado de los exoesqueletos de crustáceos (como camarones y cangrejos), insectos, hongos y algunas algas. Se obtiene por desacetilación de la quitina y tiene las características de biocompatibilidad, biodegradabilidad y no toxicidad, mostrando así una amplia gama de potencial de aplicación en muchos campos. El quitosano es un polisacárido catiónico lineal compuesto por unidades de 2-amino-2-desoxi-D-glucosa y 2-acetilamino-2-desoxi-D-glucosa unidas por enlaces β-(1,4). La estructura del quitosano contiene grupos amino e hidroxilo, que le confieren propiedades químicas y biológicas únicas.

Aplicación del quitosano en la industria alimentaria

El quitosano tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales en la conservación de alimentos debido a sus propiedades naturales. antimicrobiano y antioxidante Propiedades. Puede inhibir el crecimiento de una variedad de microorganismos transmitidos por los alimentos, incluidas bacterias, levaduras y hongos, lo que prolonga la vida útil de los alimentos.

• Mecanismo antimicrobiano El quitosano inhibe el crecimiento microbiano al destruir las membranas celulares microbianas, quelar iones metálicos, interferir con la síntesis de proteínas y otros mecanismos, y tiene un efecto inhibidor sobre una variedad de microorganismos transmitidos por los alimentos.
• Ejemplos de aplicación :Se puede utilizar para prolongar la vida útil de frutas y verduras frescas, carnes y aves; se utiliza como conservante natural en productos lácteos, productos horneados y alimentos listos para comer; se utiliza en combinación con ácidos orgánicos o sales para mejorar el efecto antimicrobiano; sinérgicamente con otras sustancias antimicrobianas

• Combinación con otras tecnologías :Se puede utilizar en combinación con otras tecnologías de conservación como el campo eléctrico pulsado (PEF) para mejorar el efecto antibacteriano.

  Recubrimiento comestible :

• Propiedades formadoras de películas :El quitosano puede formar una selectivamente transpirable Película para controlar el intercambio de gases entre frutas y verduras y el ambiente externo, retrasando así el proceso de maduración y envejecimiento de frutas y verduras.
• Función de mantenimiento de la frescura : reducir la pérdida de agua y evitar que las frutas y verduras se sequen y pierdan peso; inhibir el crecimiento de microorganismos y reducir el deterioro; disminuir la tasa de respiración de frutas y verduras y reducir la actividad metabólica.
• Ejemplos de aplicación :Se aplica a frutas frescas (como mango, fresa, manzana, etc.) y verduras (como tomate, pepino, pimiento, etc.); combinado con otros biopolímeros para preparar recubrimientos compuestos; combinado con otras sustancias activas (como aceites esenciales, antioxidantes) para mejorar el efecto de conservación.

Envasado de alimentos :

• Biodegradabilidad :Los materiales de embalaje hechos de quitosano pueden degradarse en el entorno natural, reduciendo la contaminación al medio ambiente y son más ecológicos que los embalajes de plástico tradicionales. Propiedades antibacterianas :Tiene cierta actividad antibacteriana, puede inhibir el crecimiento de microorganismos en la superficie de los alimentos y mejorar la seguridad alimentaria. Propiedades de barrera de oxígeno :Tiene buenas propiedades de barrera de oxígeno, lo que reduce el contacto entre los alimentos y el oxígeno, previene la oxidación y el deterioro y ayuda a prolongar la vida útil de los alimentos. Ejemplos de aplicación :Se puede utilizar para producir películas biodegradables para envasar alimentos diversos; se puede combinar con otros biopolímeros para preparar materiales de envasado compuestos; los nanocompuestos de quitosano se pueden utilizar para preparar materiales de envasado inteligentes (como películas sensibles al pH); las películas de quitosano se pueden utilizar para envasar ingredientes activos para mejorar el efecto de conservación.
• Otras aplicaciones El quitosano también se puede utilizar como aditivo alimentario, como espesante en bebidas y clarificador en jugos; también tiene otras aplicaciones en la industria alimentaria, como emulsionante, clarificador y vehículo para sistemas de liberación controlada.

Aplicación del quitosano en la agricultura

El quitosano es un conservante biológico natural que se utiliza para la protección poscosecha de frutas y verduras. Ha atraído una gran atención debido a sus propiedades antibacterianas, antioxidantes y de biocompatibilidad. Puede prolongar eficazmente la vida útil de las frutas y verduras y reducir las pérdidas poscosecha. Las siguientes son aplicaciones específicas del quitosano en el tratamiento poscosecha:

1. Controlar enfermedades poscosecha

• Mecanismo antimicrobiano :El quitosano puede inhibir el crecimiento de microorganismos patógenos como hongos y bacterias al destruir las membranas celulares microbianas, interfiriendo con la síntesis de proteínas y otros mecanismos, reduciendo así la descomposición de frutas y verduras.
• Ejemplos de aplicaciones :El quitosano se ha utilizado con éxito para controlar enfermedades poscosecha de muchas frutas y verduras, incluidas fresas, duraznos, arándanos, etc. Por ejemplo, Tiene un buen efecto de control sobre el moho gris de las fresas. También se suele utilizar en combinación con otras sustancias antibacterianas para potenciar el efecto antibacteriano. El quitosano también se puede combinar con otros tratamientos, como el tratamiento térmico o los aceites esenciales, para conseguir mejores efectos de conservación.

2. Prolongar la vida útil

• Recubrimiento comestible :El quitosano puede formar una selectivamente transpirable Película para reducir la pérdida de agua en frutas y verduras, ralentizar la tasa de respiración y prolongar así la vida útil.
• Ejemplos de aplicaciones :El recubrimiento de quitosano se puede aplicar a una variedad de frutas y verduras, como mango, tomate, etc., para mantener su frescura y valor nutricional.
• Combinación con otras tecnologías :El recubrimiento de quitosano se puede combinar con otras tecnologías de conservación (como la refrigeración) para lograr mejores efectos de conservación.

3. Mejorar la resistencia de las plantas

• Mecanismo de defensa inducido :El quitosano puede inducir respuestas de defensa en las plantas, como el fortalecimiento de las paredes celulares y el aumento de la actividad de las enzimas antioxidantes, mejorando así la resistencia de frutas y verduras a las enfermedades.
• Reducción del uso de pesticidas químicos Al mejorar las defensas propias de la planta, se puede reducir la dependencia de fungicidas químicos poscosecha, disminuyendo así el riesgo de residuos de pesticidas.

4. Método de aplicación

• Tratamiento pre-cosecha :El quitosano se puede utilizar como tratamiento precosecha mediante pulverización sobre los cultivos para reducir la aparición de enfermedades poscosecha.
• Procesamiento poscosecha : Remojo :Después de la recolección, las frutas y verduras se pueden remojar en una solución de quitosano para lograr el propósito de conservación y frescura. Pulverización :La solución de quitosano también se puede rociar sobre la superficie de frutas y verduras para formar una película protectora. Revestimiento El quitosano se puede utilizar para fabricar recubrimientos comestibles y aplicarlo a la superficie de frutas y verduras.

5. Ventajas de aplicación del quitosano

• Natural y seguro El quitosano se deriva de sustancias naturales, es inofensivo para el cuerpo humano y el medio ambiente y es un conservante seguro.
• Biodegradabilidad :El quitosano tiene buena biodegradabilidad y no causa contaminación ambiental.
• Multifuncionalidad El quitosano tiene múltiples funciones, como antibacteriano, antioxidante y formador de película, y puede utilizarse para conservar una variedad de frutas y verduras.

Aplicación del quitosano en biomateriales y biomedicina

• Ingeniería de tejidos: el quitosano se utiliza ampliamente en andamios de ingeniería de tejidos. para la reparación de huesos, cartílagos, piel e hígado debido a su biocompatibilidad y biodegradabilidad.
• Entrega de medicamentos :El quitosano se puede utilizar como portador en sistemas de administración de fármacos Para administración tópica, oral y transdérmica.
• Vendajes para heridas :El quitosano se puede utilizar para hacer apósitos para heridas para promover la cicatrización de heridas y prevenir infecciones.
• Materiales antibacterianos :El quitosano se puede convertir en materiales antibacterianos para uso en dispositivos médicos y textiles para prevenir el crecimiento de microorganismos.
• Otras aplicaciones :El quitosano tiene otras aplicaciones en el campo biomédico, como por ejemplo en Entrega de genes , la fabricación de lentes de contacto y piel artificial

Modificación del quitosano

Para ampliar la aplicación del quitosano, los investigadores le han realizado diversas modificaciones:

• Carboximetilación :El carboximetilquitosano tiene una mejor solubilidad en agua y es adecuado para la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos.
• Cuaternización :El quitosano cuaternizado y sus derivados tienen una actividad antimicrobiana mejorada, especialmente contra hongos.
• Compuesto con otros polímeros :El quitosano a menudo se combina con otros polímeros (como almidón, gelatina, pectina, etc.) para mejorar sus propiedades, como la resistencia mecánica, las propiedades de barrera de gas, etc.

Mecanismo de acción del quitosano

El mecanismo antibacteriano del quitosano incluye principalmente los siguientes aspectos:

• Destruir las membranas celulares :El quitosano puede destruir las membranas celulares microbianas, provocando fugas del contenido celular.
• Quelantes de iones metálicos :El quitosano puede quelar iones metálicos e interferir con el metabolismo normal de los microorganismos.
• Interferencia con la síntesis de proteínas :El quitosano puede interferir con el proceso de síntesis de proteínas de los microorganismos.
• Inducción de defensas en las plantas :El quitosano puede inducir respuestas de defensa en las plantas y mejorar su resistencia a las enfermedades.

Preparación de quitosano

El método de preparación del quitosano incluye principalmente:

• Desacetilación de quitina :El grupo acetilo de la quitina se elimina mediante tratamiento alcalino o descomposición enzimática para obtener quitosano.
• Modificación química :El quitosano se modifica mediante reacciones químicas para cambiar sus propiedades funcionales.
• Materiales nanocompuestos :Se preparan materiales con propiedades especiales combinando quitosano con otros nanomateriales.

El quitosano es un biopolímero versátil y prometedor con una amplia gama de aplicaciones en alimentación, agricultura, biomateriales y biomedicina. Su biocompatibilidad, biodegradabilidad, propiedades antibacterianas y antioxidantes lo convierten en una alternativa atractiva para satisfacer la creciente demanda de soluciones sostenibles y seguras. Las futuras líneas de investigación incluyen explorar más a fondo la modificación del quitosano, su composición con otros materiales y optimizar su aplicación en diferentes campos para satisfacer la demanda de alimentos saludables, seguros y sostenibles.