Producción de quitina a partir de biomasa fúngica utilizando disolventes eutécticos profundos (des).

Abstract

Traditionally, the extraction of chitin from crustaceans has relied on harsh chemical processes involving the use of concentrated acids and bases, high energy consumption, and the generation of polluting waste. In response, fungal biomass has emerged as a sustainable alternative, particularly due to its low mineral content and continuous production. In this context, the present study evaluated the extraction of chitin associated with β-glucans in the form of a chitin–glucan complex (CGC) from fungal biomass of Lecanicillium lecanii using deep eutectic solvents (DES). The biomass used was obtained as a byproduct of submerged cultivation of L. lecanii following hydrophobin extraction, allowing for the integral utilization of the biological material. Two DES systems were formulated based on choline chloride as the hydrogen bond acceptor and acetic acid or succinic acid as hydrogen bond donors, and their performance was evaluated under both anhydrous conditions and with the addition of 30% water. Prior to DES treatment, the biomass was subjected to various physicochemical pretreatments, including sonication, lipid extraction, freeze–thaw cycles, and microwave treatment, in order to remove proteins associated with the cell wall. Process efficiency was assessed by determining residual protein content using the Lowry–Peterson method, and the structural characterization of the obtained material was performed using FTIR-ATR spectroscopy. The results showed that pretreatments significantly influenced deproteinization efficiency, with microwave treatment being the most effective, as it enabled the greatest reduction in residual protein and enhanced the action of DES. Among the evaluated systems, the choline chloride–succinic acid DES with 30% water showed the best performance, which is attributed to improved interaction with the polymeric matrix of the fungal cell wall. FTIR analysis confirmed the preservation of the characteristic bands of chitin and the chitin–glucan complex, indicating that DES treatment allowed partial purification. Solubility tests in acetic acid indicated that conversion to chitosan did not occur, suggesting the need for additional deacetylation steps. Overall, the results demonstrate that DES represent a viable and environmentally friendly alternative for the extraction of chitin associated with β-glucans from fungal biomass of L. lecanii. This approach aligns with the principles of sustainability and circular economy by enabling the integral use of biomass and reducing the environmental impact associated with conventional methods.

Tradicionalmente, la obtención de quitina de crustáceos se ha basado en procesos químicos agresivos que implican el uso de ácidos y bases concentradas, alto consumo energético y generación de residuos contaminantes. En respuesta, la biomasa fúngica ha surgido como una alternativa sostenible, particularmente por su bajo contenido mineral y producción continua. En este contexto, el presente estudio evaluó la extracción de quitina, asociada a β-glucanos en forma de complejo quitina–glucano (CGC), a partir de biomasa fúngica de Lecanicillium lecanii mediante el uso de disolventes eutécticos profundos (DES). La biomasa empleada se obtuvo como subproducto del cultivo sumergido de L. lecanii posterior a la extracción de hidrofobinas, lo que permitió un aprovechamiento integral del material biológico. Se formularon dos sistemas DES basados en cloruro de colina como aceptor de enlaces de hidrógeno y ácido acético o ácido succínico como donadores, evaluando su desempeño tanto en condiciones anhidras como con la adición de 30% de agua. Previamente al tratamiento con DES, la biomasa fue sometida a distintos pretratamientos fisicoquímicos, incluyendo sonicación, extracción de lípidos, ciclos de congelación–descongelación y microondas, para la remoción de proteínas asociadas a la pared celular. La eficiencia del proceso se evaluó mediante la determinación de proteína residual por el método de Lowry–Peterson y la caracterización estructural del material obtenido mediante espectroscopía FTIR-ATR. Los resultados mostraron que los pretratamientos influyeron significativamente en la eficiencia de desproteinización, siendo el tratamiento con microondas el más efectivo, al permitir la mayor reducción de proteína residual y potenciar la acción de los DES. Entre los sistemas evaluados, el DES cloruro de colina–ácido succínico con 30% de agua presentó el mejor desempeño, lo que se atribuye a una mayor interacción con la matriz polimérica de la pared celular fúngica. El análisis FTIR confirmó la conservación de las bandas características de la quitina y del complejo quitina–glucano, evidenciando que el tratamiento con DES permitió una purificación parcial. Las pruebas de solubilidad en ácido acético indicaron que, no se produjo la conversión a quitosano, lo que sugiere la necesidad de etapas adicionales para la desacetilación. En conjunto, los resultados demuestran que los DES representan una alternativa viable y ambientalmente amigable para la extracción de quitina asociada a β-glucanos a partir de biomasa fúngica de L. lecanii. Este enfoque se alinea con los principios de sostenibilidad y economía circular, al permitir el aprovechamiento integral de la biomasa y reducir el impacto ambiental asociado a los métodos convencionales.