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Efecto antimicrobiano del Quitosano

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La intoxicación alimentaria debido a la presencia de microrganismos es una gran problemática de seguridad social la cual afecta tanto al consumidor como a la industria. Con la finalidad de evitar problemas de salud pública y garantizar la seguridad alimentaria, la presencia de microrganismos potencialmente patógenos al hombre ha sido drásticamente controlada en los alimentos a través del tiempo. Una de las alternativas más frecuentes es el uso de conservantes artificiales tales como el ácido sórbico, ácido benzoico, sorbato sódico, sorbato de potasio, sulfitos, nitritos, nitratos entre otros.

Otra alternativa es el uso de conservantes de origen natural que inhiban el crecimiento de microorganismos, un ejemplo de conservante natural es el quitosano el cual resulta de la desacetilación de la quitina, que a su vez se encuentra en los exoesqueletos de artrópodos, insectos y en la pared celular de algunos hongos.

El quitosano es un poli-(b-1/4)-2-amino-2-deoxi-Dglucopiranosa,este biopolímero ha sido catalogado como el segundo más abundante en la naturaleza después de la celulosa. El quitosano presenta una serie de características únicas tales como biodegradabilidad, biocompatibilidad y no toxicidad, lo que permite su aplicación en diferentes industrias tales como: alimentos, farmacéutica y de cosméticos,así como en la agricultura y en la remoción de métales pesados para el tratamiento de aguas residuales provenientes de industrias.

Diferentes investigaciones han evaluado el efecto antimicrobiano del quitosano en estado líquido (coloide) y sólido (membrana), no obstante, la comparación entre los diferentes trabajos reportados en la literatura permite observar la existencia de resultados contradictorios respecto a la actividad antimicrobiana del quitosano. De esta manera, el objetivo del presente trabajo es hacer una revisión de la literatura sobre el efecto antimicrobiano del quitosano con la finalidad de entender mejor los diferentes factores que podrían alterar dicha propiedad.

El efecto antimicrobiano del quitosano ha sido ampliamente estudiado y comprobado a través del tiempo, sin embargo, todavía no ha sido bien dilucidado el mecanismo de acción antimicrobiano de este biopolímero.

Una de las principales razones para que el quitosano posea actividad antimicrobiana es la presencia de un grupo amino con carga positiva a pH inferior a 6.3 (carbono 2) el cual interactúa con las cargas negativas de la pared celular de los microorganismos, generando un rompimiento o lisis de estas estructuras, que lleva a la pérdida de compuestos proteicos y otros constituyentes intracelulares. Además, el quitosano tiene propiedad quelante, lo que permite que este biopolímero se pueda ligar selectivamente a metales presentes en las estructuras externas de los microorganismos, inhibiendo así la producción de toxinas.

También se ha reportado que el quitosano puede inhibir enzimas debido a la interacción quitosano-ADN que altera la síntesis de ARN mensajero.
En la literatura se ha reportado que el quitosano posee un amplio espectro de actividad antimicrobiana, en hongos el quitosano suprime la esporulación y posterior producción de esporas. Por otro lado, el efecto antimicrobiano en bacterias ha sido un proceso complejo que difiere entre bacterias Gram positiva y Gram negativas.

Jeon et al. evaluaron la actividad de quitooligosacáridos producidos en un biorreactor a partir de quitosano de masa molecular de 685 kDa y grado de desacetilación del 89 % contra bacterias Gram negativas (Escherichia coli KCTC 1682, Escherichia coli O-157 ATCC 11775, Salmonella typhi KCTC 2424 y Pseudomona aeruginosa KCTC 1750) y Gram positivas (Streotococcus mutans KCTC 3065, Micrococcus luteus KCTC 1024, Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Saphylococcus epidermis KCTC 1917 y Bacillus subtilis KCTC 1028). La actividad antimicrobiana usando quito-oligosacáridos fue alcanzada con quitosano de masa molecular de 10 000 kDa. Los autores también reportaron que las bacterias Gram negativas fueron más susceptibles que las Gram positivas a los quito-oligosacáridos.

No et al. [26] evaluaron el efecto antimicrobiano del quitosano con diferente masa molecular (1671, 1106,746, 470, 224 y 28 kDa), el quitosano fue estabilizado a diferentes valores de pH (entre 4.5 y 5.9). El efecto antimicrobiano de estos coloides fue evaluado en bacterias Gram negativas (Escherichia coli, Pseudômonas fluorescens, Salmonella typhimurium y Vibrio parahaemolyticus), y Gram positivas (Listeria monocytogenes, Bacillus megaterium, B. cereus,Staphylococcu saureus, Lactobacillus plantarum, L.brevis y L. bulgaris). Los autores concluyeron que las bacterias Gram positivas fueron más susceptibles a los coloides de quitosano.

También agregaron que el quitosano de baja masa molecular no presentó actividad antimicrobiana, la cual fue afectada inversamente por el pH.
Chung et al. también evaluaron el efecto antimicrobiano de coloides de quitosano con grado de desacetilación de 75 y 95 % sobre Pseudomona aeruginosa (ATCC 27853), Salmonella typhimurium (ATCC 27198), Escherichia coli (ATCC 25922), Staphylococcus aureus (ATCC 27853) y Streptococcus faecalis (ATCC 4200).

Los autores concluyeron que las bacterias Gram negativas fueron más susceptibles que las bacterias Gram positivas. Lo anterior podría ser debido a la mayor hidrofilicidad de las bacterias Gram negativas, tornándolas más susceptibles al quitosano en medio líquido.

Valencia et al. emplearon quitosano comercial con grado de desacetilación del 85 % y evaluaron su efecto antimicrobiano en estado líquido (coloide) y sólido (membrana) contra Staphylococcus aureus. En ningún de los dos casos, el quitosano tuvo efecto antimicrobiano contra este microorganismo.

La revisión y la comparación de los resultados reportados en la literatura muestran la existencia de resultados contradictorios en relación al efecto antimicrobiano del quitosano contra las bacterias Gram positivas y Gram negativas. Una posible explicación a estos resultados podría ser la existencia de factores intrínsecos y extrínsecos que influenciarían las propiedades antimicrobianas del quitosano.

El quitosano es un biopolímero que puede tener actividad antibacteriana y antifúngica, su efecto inhibitorio puede depender de cuatro factores:
microorganismo (especie y fase de desarrollo), factores intrínsecos del quitosano (peso molecular, solubilidad, grado de desacetilación, densidad de cargapositiva y capacidad quelante), estado físico del quitosano (en estado líquido o sólido) y factores ambientales (pH, temperatura y tiempo).

El quitosano al ser un polímero biodegradable, proveniente de residuos pesqueros (en mayor proporción), no tóxico, biocompatible y además poseer actividad antimicrobiana presenta un amplio espectro de aplicaciones, siendo utilizado como conservante en la ingeniería de alimentos. Por otro lado, el acoplamiento del quitosano con nanopartículas metálicas puede maximizar su potencial antibacteriano y antifúngico, no obstante existe la necesidad de desarrollar más investigaciones en esta área con la finalidad de evaluar las posibles aplicaciones de los acoplamientos de quitosano con nanopartículas metálicas en alimentos.

Por Ayala Valencia German del Departamento de Engenharia de Alimentos en Brasil

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