Astaxantina integrada en nanowhiskas de quitina: estudio de la degradación térmica

Abstract

Chitin can be used as raw material for preparation of nanocrystals in the nanowhiskers form. By modifying the molecular conformation of chitin, chitin nanowhiskers (CNW) are obtained, which improved its thermal and mechanical properties. An important application of nanowhiskers is the encapsulation of active compounds such as astaxanthin (Ast), which is a carotenoid with a high antioxidant activity. However this carotenoid is easily degraded when is exposed to heat, light and oxygen. In the present study CNW were obtained through the dissolution of chitin in aqueous NaOH/urea by cyclic freezing and thawing. The two dissolution treatment were used; mechanical stirring and ultrasound. In the first step the CNW was obtained, in the second step the Ast was added at two different concentrations, forming the CNW-Ast sample. The CNW-Ast sample with the highest Ast concentration exhibited the highest intermolecular interactions as consequence of hydrogen bonds; this was independent of the dissolution treatment. On the other hand, the CNW-Ast sample with the lowest Ast concentration showed the highest degree of polymer crystallinity with homogeneous particles size with higher thermal stability. Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) shows there is greater Ast dispersion in the chitin matrix when the lowest Ast concentration was used. This result was completely independent from the dissolution treatment. Finally, CNW is a good matrix for the Ast, without modifying the basic chemical structure, and providing a matrix that improves the thermal stability.

La quitina puede utilizarse como materia prima para la elaboración de nanocristales en forma de nanowhiskas. A través de la estructura molecular y la formación de nanowhiskas de quitina se mejoran propiedades mecánicas y la disponibilidad de los materiales, una importante aplicación de los nanowhiskas es la encapsulación de compuestos activos, como la astaxantina el cual es un carotenoide con gran actividad antioxidante superando a otros, sin embargo se descompone fácilmente cuando se expone a calor, luz y oxígeno. En el presente estudio se obtuvieron nanowhiskas de quitina (NWQ) por medio de un sistema acuoso de NaOH/urea con tratamientos de congelación-descongelación y dos mecánicos de agitación mecánica y ultrasonido. En la primera etapa se formaron NWQ para en una segunda etapa incorporar la astaxantina (Ast) en dos concentraciones, formando el complejo NWQ-Ast. Los NWQ-Ast con mayor concentración de astaxantina en los dos métodos de obtención, presentaron interacciones intermoleculares por puentes de hidrogeno entre la quitina y la astaxantina. A su vez, los NWQ con menor concentración de astaxantina presentaron el mayor porcentaje de cristalinidad, homogeneidad en los tamaños de partícula, y una mejor estabilidad térmica. Microscopia laser con focal de barrido, muestra que menores concentraciones de astaxantina tienen una mayor dispersión en la matriz de quitina, independientemente del método de obtención de los NWQ. Finalmente, los NWQ obtenidos tienen la capacidad de albergar astaxantina sin afectar su funcionalidad, además de proveer un soporte con alta estabilidad térmica.