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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTASDepartamento de Ciências dos Alimentos
Bacharelado em Química de AlimentosDisciplina de Seminários
Quitina e Quitosana: Aspectos gerais de obtenção e aplicações
Cleonice Gonçalves da Rosa
Pelotas, 2008.
CLEONICE GONÇALVES DA ROSA
Quitina e Quitosana: Aspectos gerais de obtenção e aplicações
Trabalho acadêmico apresentado ao
curso de Bacharelado em Química de
Alimentos da Universidade Federal de
Pelotas, como requisito parcial da
Disciplina de Seminários.
Orientadora: Josiane Chim
Pelotas, 2008.
2
Agradecimentos
Aos meus familiares, em especial meus pais, pelo apoio e incentivo para a
realização deste trabalho.
A todos os professores que me ajudaram na elaboração deste trabalho
acadêmico, principalmente a professora Josiane Chim pela atenciosa
orientação.
Aos colegas da Casa do Estudante Carine, Carla e Joyce que de alguma
forma contribuíram no desenvolvimento deste trabalho, em especial ao
Michael.
A todos os amigos da UFPEL, principalmente aos colegas que
contribuíram para a realização do trabalho através de conversas, trocas de
informações e bibliografias.
A Deus, pela presença constante em minha vida.
3
ROSA, Cleonice G. Quitina e Quitosana: Aspectos gerais de obtenção e aplicações. 2008. 33f. Trabalho acadêmico. Bacharelado em Química de
Alimentos. Universidade Federal de Pelotas.
Resumo
Quitina e quitosana são copolímeros constituídos por unidades N-
acetil-D-glicosamina e D-glicosamina em proporções variáveis, sendo que o
primeiro tipo dessas unidades predomina no caso de quitina, enquanto
quitosana é composta predominantemente, por unidades D-glicosamina-1. A
quitina é o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza depois da
celulose, sendo o principal componente do exoesqueleto de crustáceos e
insetos; sua presença ocorre também na parede celular de fungos e leveduras.
A quitosana pode ser obtida a partir da quitina por meio da desacetilação com
álcalis. A quitosana é um polissacarídeo que exibe numerosas propriedades
tecnológicas e biológicas, encontrando aplicações em diferentes campos:
agricultura, cosméticos, alimentos, bioadesivos, filmes ou coberturas, hidrogéis,
micropartículas e outros, devido à sua biocompatibilidade, biodegradabilidade e
bioatividade. A importância da quitosana consiste em suas propriedades
antimicrobianas, inibição do desenvolvimento de alguns fungos, leveduras e
bactérias, na característica catiônica, a capacidade de formar filmes ou
coberturas e ainda é utilizada no meio ambiente em removedores de poluentes.
4
Lista de Figuras
Figura 1. Estrutura química da quitina...............................................................12
Figura 2. Estrutura química da celulose............................................................13
Figura 3. Processo de obtenção da quitina.......................................................15
Figura 4. Estrutura química da quitosana..........................................................17
Figura 5. Reação química da desacetilação da quitosna..................................18
Figura 6. Seqüência empregada para processamento de gel de quitosana e
depósito deste sobre frutas.......................................................................................22
Figura 7. Aparência de maçãs após 3 dias do corte. (A) superfície revestida com
filme de quitosana e (B) face sem cobertura............................................................23
5
Sumário
1 Introdução.........................................................................................................7
2 Polissacarídeo..................................................................................................9
3 Quitina: Origem, Composição, Características, Estruturas............................11
3.1 Origem.........................................................................................................11
3.2 Composição.................................................................................................11
3.3 Características físico-químicas....................................................................12
3.4 Estrutura química........................................................................................12
4 Processos de obtenção da quitina.................................................................14
5 Processos de obtenção da quitosana.............................................................17
5.1 Desacetilação..............................................................................................17
6 Quitosana: Origem, Composição, Características, Estruturas.......................19
6.1 Origem.........................................................................................................19
6.2 Composição.................................................................................................19
6.3 Características físico-químicas....................................................................20
6.4 Estrutura química........................................................................................20
7 Aplicações da Quitosana................................................................................21
7.1 Revestimento de filmes comestíveis...........................................................21
7.2 Tratamento de efluentes..............................................................................24
7.3 Redutor de Gorduras...................................................................................27
8 Conclusão.......................................................................................................29
9 Referências....................................................................................................30
6
1 Introdução
Os polissacarídeos são compostos por macromoléculas com dezenas,
centenas e até milhares de açúcares simples unidos por ligações glicosídicas
do tipo β (1→4), e constituem um dos grupos mais abundantes da natureza.
São encontrados em plantas, animais e microrganismos (fungos e bactérias)
nos quais servem para armazenamento de energia ou como material estrutural
(McMURRY,1996).
Os tecidos animais geralmente contêm menor proporção de
carboidratos em relação aos vegetais e microrganismos. A quitina, contudo, é
um importante componente orgânico dos artrópodes (animais), sendo precursor
direto da quitosana. Nos constituintes orgânicos microbianos a quitina é
superada somente pela celulose em abundância (TAUK, 1990).
A quitina é o segundo polissacarídeo mais abundante da natureza,
após a celulose, estando presente em exoesqueleto de crustáceos, insetos,
moluscos e fungos. A produção desta provém da carapaça de crustáceos,
como a lagosta, o caranguejo e o camarão, que contém de 15 a 25% de quitina
(MATHUR e NARANG, 1990).
A quitosana é um polissacarídeo de cadeia linear, catiônico com a
protonação (adição de prótons) do grupo amino (NH3+), podendo ser obtido
pela desacetilação da quitina, diferenciando-se desta em termos de proporção
de grupos aminos e quanto à solubilidade (MOURA 2005; VARMA,
DESHPANDE e KENNEDY, 2004). Essa característica da quitosana de
apresentar grupos aminos livres aumenta a sua capacidade de reagir com
várias moléculas, tornando o biopolímero com maior disponibilidade de grupos
pendentes, podendo ser empregada tanto nas formas de pó, esferas ou filmes
(AIROLDI, 2008).
Existe uma grande variedade de trabalhos sobre as propriedades,
características e aplicações da quitosana, a qual é atualmente utilizada em
diversas áreas, como medicina, agricultura, biotecnologia, indústria de
cosméticos, produtos alimentícios e como adsorvente na remoção de corantes
7
e espécies metálicas. O presente estudo está focalizado em três utilizações
deste biopolímero: como estratégia para o tratamento de efluentes, como
revestimento de alimentos e como redutor de gorduras. Assim, objetiva-se
descrever a obtenção da quitina e a produção da quitosana, além de mostrar
algumas de suas várias aplicações, visto que esta é uma fonte de matéria-
prima altamente renovável e economicamente viável. Durante o processo de
recapitulação de referencial teórico foi possível verificar grande variedade de
utilizações desse importante biopolímero para saúde, meio ambiente e para a
alimentação, comprovando a importância de estimular o desenvolvimento de
estudos nessa área.
8
2 Polissacarídeo
Os carboidratos são biomoléculas mais abundantes na face da Terra,
compostas essencialmente de C, H e O, e devido a essa relação eles são
também chamados de hidratos de carbono. Embora a maioria dos carboidratos
comuns se ajuste a essa fórmula empírica (CH2O), outros não o fazem,
apresentando em sua composição nitrogênio, enxofre ou fósforo. Os
carboidratos mais simples, aqueles que não podem ser hidrolizados em
molécula mais simples, são chamados de monossacarídeos. Em uma base
molecular, os carboidratos que sofrem hidrólise para produzir apenas duas
moléculas de monossacarídeos são chamados de dissacarídeos, aqueles que
produzem três moléculas de monossacarídeos são chamados de
trissacarídeos. Os carboidratos que se hidrolizam para produzir 2-10 moléculas
são chamados de oligossacarídeo. Aqueles que produzem um grande número
de moléculas de monossacarídeos (> 10) são conhecidos como
polissacarídeos. Alguns como a celulose e a quitina, ocorrem em cadeias
lineares, enquanto outros como o glicogênio apresentam-se em cadeias
ramificadas (SOLOMONS e FRYHLE, 2006).
A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorre como
polissacarídeo e são polímeros de alto peso molecular. Esses compostos
diferem entre si na identidade das suas unidades monossacarídicas e nos tipo
de ligações que as une, no comprimento de suas cadeias e no grau de
ramificação das mesmas. Os homopolissacarídeos contêm um único tipo de
unidade monomérica; os heteropolissacarideos contêm dois ou mais tipos de
diferentes de unidades monoméricas. Os homopolissacarídeos servem como
forma de armazenamento de monossacarídeos empregados como combustível
pelas células do organismo, como por exemplo, o amido e o glicogênio. Outros
como a (celulose e quitina) servem como elementos estruturais das paredes de
células vegetais e do exoesqueleto de animais (LEHNINGER, NELSON e COX,
2000).
9
A quitina é um homopolissacarídeo proveniente de crustáceos,
moluscos, insetos, cogumelos e outros organismos. A quitina é conhecida
como o segundo mais abundante biopolímero – o termo biopolímero é definido
como um agrupamento de macromoléculas de origem biológica – depois da
celulose, e quando sofre o processo de desacetilação conduz à quitosana, que
do ponto de vista reacional é muito mais atrativa por conter um grupo amino,
que propicia a modificação química da estrutura polimérica original. No
esqueleto do biopolímero, a quitina apresenta o grupo acetilado (NHCOCH3) e
a celulose o grupo OH, na posição 2 do mesmo esqueleto estrutural do anel
(AIROLDI, 2008).
10
3 Quitina: Origem, Composição, Características, Estruturas
3.1 Origem
O termo “quitina” é derivado da palavra grega “khitón”, que significa
carapaça ou caixa de revestimento, uma vez que sua função na natureza é de
revestimento e proteção de invertebrados.
A quitina foi descoberta em 1811 em cogumelos pelo professor francês
Henri Braconnot, recebendo a denominação inicial de fungina. O nome quitina
foi dado por Odier, em 1823, quando esta foi isolada de insetos. Por muitos
anos, houve controvérsia se tratava de um novo material, já que o mesmo tinha
muitas semelhanças estruturais com a celulose.
Finalmente, em 1843, Payen registrou a presença de nitrogênio na
estrutura da quitina. O conteúdo de nitrogênio na quitina varia de 5 a 8 %,
dependendo do processo de desacetilação (SANTOS, 2004).
3.2 Composição
O fato da quitina poder ser extraída a partir de matérias-primas
abundantes e relativamente baratas – consideradas como refugos da atividade
pesqueira voltada para exploração industrial de frutos do mar – tem sido
destacado como um fator importante em favor de sua produção, visando à
utilização em larga escala. Entretanto, deve ser reconhecido que, em se
tratando de produto natural cuja biossíntese não está sob estrito controle
genético, ocorrem variações de composição e, além disso, a quitina raramente
ocorre em forma pura. Assim, a completa eliminação das substâncias com as
quais a quitina ocorre naturalmente associada não é uma tarefa simples e é por
vezes muito difícil atingir um padrão de pureza condizente com determinadas
aplicações (CAMPANA-FILHO et al., 2007).
11
3.3 Características físico-químicas
A quitina é um pó incolor, cristalino ou amorfo, insolúvel em água,
solventes orgânicos, ácidos diluídos e soluções alcalinas. Ela se dissolve em
ácidos minerais concentrados, com degradação simultânea da cadeia
polimérica (SANTOS, 2004).
3.4 Estrutura química
Estruturalmente, a quitina (Fig. 1) é semelhante à celulose (Fig. 2)
substituindo-se os grupos OH do carbono-2 de cada unidade glicosídicas da
celulose por grupos aminoacetilados (-NHCOCH3). Logo a quitina é um
polissacarídeo linear contendo cadeias de resíduos β-(1-4)-2-acetamida-2-
dexosi-D-glicose.
Figura 1. Estrutura química da quitina.
Fonte: SANTOS, 2004.
12
Figura 2. Estrutura química da celulose.
Fonte: SANTOS, 2004.
13
4 Processos de obtenção da quitina
As principais matérias-primas para produção industrial de quitina são
as carapaças de crustáceos originadas do processamento industrial de frutos
do mar. A síntese química de quitina é uma tarefa difícil e custosa e sua
produção pela via biotecnológica ainda não é economicamente atrativa. O
Japão, os EUA e a China são os maiores produtores mundiais de quitina, mas
o polímero também é produzido, ainda que em menor escala, na Índia,
Noruega, Canadá, Itália, Polônia, Chile e Brasil (SANTOS, 2004).
A extração de quitina a partir da biomassa, a exemplo do que acontece
com a extração de celulose de fibras vegetais, envolve a execução de
tratamentos químicos seqüenciais, destinados a eliminar as substâncias que a
acompanham. Esses tratamentos envolvem etapas de: pré-tratamento,
desmineralização, desproteinização, desodorização e secagem (MOURA,
2005).
Na Fig. 3, estão mostrados os tratamentos para a eliminação dos
componentes que acompanham a quitina.
14
Figura 3. Processo de obtenção da quitina.
Fonte: CAMPANA-FILHO et al., 2007.
O pré-tratamento com água corrente, é uma das operações
preliminares à obtenção de quitina, e tem como objetivo a separação do
material grosseiro, entre eles material vegetal, porções de tecido e outros
materiais que eventualmente possam acompanhar o resíduo.
A etapa de desmineralização tem por objetivo reduzir o teor de cinzas
(sais minerais) da matéria-prima, principalmente carbonato e fosfato de cálcio.
É realizado com ácido clorídrico, sendo possível também utilizar soluções
aquosas de diferentes ácidos, como HNO3, H2SO3, HCOOH, H3CCOOH. Após,
seguem-se lavagens até pH neutro. O tratamento pode ser executado em
diferentes condições; a temperatura e o tempo do tratamento podem variar
entre 0 e 100 °C e de 30 min até 48 h, respectivamente, mas as condições
vigorosas devem ser evitadas, pois provocam severa despolimerização e a
conseqüente degradação das propriedades ligadas ao caráter macromolecular
da quitina. O tratamento com soluções de EDTA é muito mais brando, mas
também muito menos eficiente que o tratamento com ácido diluído. O
tratamento com soluções diluídas de HCl, por tempos curtos e à temperatura
15
ambiente assegura, a completa remoção dos sais minerais sem promover a
degradação das cadeias, mas a otimização do processo deve levar em conta a
determinação prévia do teor de minerais da matéria- prima.
A etapa de desproteinização tem a função de reduzir o teor de
nitrogênio protéico (remoção de proteínas), este pode ser eliminado por
tratamentos com soluções aquosas de diferentes bases, como NaOH, Na2CO3,
NaHCO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2, mas o emprego de NaOH (1-10%) e de
temperaturas relativamente elevadas (65-100 ºC) é a prática mais comum.
Consiste em adicionar solução de hidróxido de sódio 5 % à matéria-prima
desmineralizada que se encontra no tanque sob agitação. Entretanto, as
condições reacionais devem ser brandas, para evitar, ou minimizar, a
ocorrência de hidrólise dos grupos acetamida presentes na quitina e também
sua despolimerização. Os tratamentos enzimáticos (pepsina, tripsina, alcalases
e outras proteases podem ser empregadas) são mais brandos e menos
eficientes que o tratamento químico e, embora ainda não sejam empregados
em larga escala, propiciam o aproveitamento potencial do hidrolisado proteico
pela indústria alimentícia.
Na etapa de desodorização, a matéria-prima desproteinizada é
colocada em um tanque de agitação, ao qual é adicionada solução de
hipoclorito de sódio. O objetivo dessa operação é acentuar a redução de odor
proveniente do material e a retirada de pigmentos. Faz-se então a lavagem
com água, para retirar o hipoclorito de sódio restante, até pH neutro.
Após a desodorização é necessária a secagem do produto obtido
(quitina úmida). Essa secagem é realizada à temperatura de 80ºC por quatro
horas, para que a entrada no reator de desacetilação não altere a concentração
de solução.
Embora a seqüência de desmineralização, desproteinização e
despigmentação possa ser alterada (a execução da desproteinização como
primeira etapa leva à obtenção de quitina calcárea, a qual tem suas próprias
aplicações) esta parece ser a mais adequada à preservação da quitina, pois a
associação proteínas/quitina preserva, em certa medida, a estrutura nativa do
polissacarídeo do ataque ácido (MOURA et al., 2005; CAMPANA-FILHO,
2007).
16
5 Processos de obtenção da quitosana
5.1 Desacetilação
A desacetilação da quitina leva à obtenção de quitosana, seu mais
importante derivado, cuja estrutura primária é idêntica à da quitina a não ser
pelo fato que na quitosana predominam as unidades 2-amino- 2-desoxi-D-
glicopiranose, como mostrado na Fig. 4.
Figura 4. Estrutura química da quitosana.
Fonte: SANTOS, 2004.
De fato, a completa desacetilação da quitina raramente é realizada,
pois são necessárias muitas reações consecutivas, que também favorecem a
sua progressiva despolimerização. Assim, o termo quitosana abrange o
conjunto de copolímeros que contém ao menos 50-60% de unidades 2-amino-
2-desoxi-D-glicopiranose. Não há limites bem definidos em termos dos
conteúdos de unidades 2-acetamido-2-desoxi-D-glicopiranose e 2-amino-2-
desoxi-D-glicopiranose para a distinção de quitina e quitosana, mas em função
de suas composições distintas os polímeros exibem propriedades bem
diferentes. Do ponto de vista prático é a solubilidade que permite a distinção
mais simples e rápida, pois quitosanas são solúveis em soluções aquosas
17
diluídas de vários ácidos (as soluções de ácido acético e clorídrico são as mais
comumente empregadas), mas quitina não é solúvel nesses meios, sendo
dissolvida apenas em poucos sistemas solventes (AIROLDI, 2008).
A desacetilação da quitina pode ser realizada por processos químicos
ou enzimáticos, porém esses últimos não são empregados em escala
industrial, devido aos custos elevados de extração das desacetilases, bem
como, sua baixa produtividade. Os processos químicos da desacetilação de
quitina podem ser realizados pela via homogênea, a qual se realiza com álcali-
quitina, ou heterogênea, sendo esta a mais extensivamente usada e estudada.
Geralmente a quitina é suspensa em soluções aquosas concentradas de NaOH
ou KOH (40 - 60%) por tempo variáveis (0,5 - 24 h) e a temperaturas
relativamente elevadas (50 - 130 °C). As características da quitosana obtida
são determinadas pela concentração da solução alcalina e razão
quitina/solução alcalina, tamanho das partículas de quitina, temperatura, tempo
e atmosfera de reação. As condições mais severas são geralmente
empregadas no sentido de favorecer a eficiência da desacetilação, porém disso
resulta em acentuada despolimerização via hidrólise alcalina (CAMPANA-
FILHO, 2007).
Na Fig. 5 é mostrada a reação química de desacetilação da quitosana
em presença de NaOH.
Figura 5. Reação química da desacetilação da quitosana.
Fonte: AIROLDI, 2008.
18
6 Quitosana: Origem, Composição, Características, Estruturas
6.1 Origem
Em torno de 1823, os pesquisadores Odier e Children relatam, que
isolaram a quitina com múltiplos tratamentos com soluções de hidróxido de
potássio concentrado. Na realidade foi isolado quitosana ao invés de quitina.
No entanto, a quitosana foi descrita pela primeira vez em 1859 por Rouget.
Este nome foi proposto em 1894 por Hoppe Seyler pelo fato que esta
substância possuía quantidade de nitrogênio igual a quitina (JÚNIOR, 1999).
A quitosana foi produzida industrialmente por volta de 1971, no Japão e
EUA, países esses líderes do mercado mundial de quitosana. Por volta de
1993 o Brasil também passou a comercializar quitina e quitosana em larga
escala. Duas empresas brasileiras tem se destacado na produção e
comercialização destes biopolímeros como Polymar Indústria Comércio
Exportação e Importação, situada em Fortaleza-CE e Kito Química Fina,
localizada em Palhoça-SC (SANTOS, 2004).
6.2 Composição
A quitosana é um copolímero biodegradável, constituído de unidades
de D-glucosamina que contém um grupo amino livre. A desacetilação da quitina
leva à produção de copolímeros de composição e massa molar variável em
função das condições e da extensão da reação. Dessa forma, a
reprodutibilidade de características e de propriedades nem sempre se verifica,
mesmo quando condições reacionais semelhantes são empregadas na
desacetilação de quitina, visando à preparação de quitosana (CAMPANA-
FILHO et al., 2007).
19
6.3 Caracteristicas físico-químicas
A quitosana é solúvel em meio ácido diluído, formando um polímero
catiônico, com a protonação (adição de prótons) do grupo amino (NH3+), que
confere propriedades especiais diferenciadas em relação às fibras vegetais,
como a celulose (AZEVEDO et al., 2007).
6.4 Estrutura química
A quitosana é um polissacarídeo de cadeia linear, catiônico, que ocorre
naturalmente ou pode ser obtido por desacetilação da quitina. Embora não
exista uma nomenclatura definitiva que estabeleça uma diferença entre quitina
e quitosana, o termo “quitosana” geralmente representa copolímeros de 2-
amino-2- desoxi-D-glicose.
20
7 Aplicações da Quitosana
Diferentes metodologias e estratégias de aplicações da quitosana têm
sido propostas na literatura. A grande maioria dos trabalhos mostrou as
aplicações da quitosana no revestimento de filmes comestíveis (ASSIS E
ALVES, 2002; TANADA-PALMU et al., 2002; BORGOGNONI, POLAKIEWICZ e
PITOMBO, 2006; BOTREL et al., 2007); tratamento de efluentes devido à
interação desta com íons metálicos (SPINELLI et al., 2004; SPINELLI,
LARANJEIRA e FÁVERE, 2005; LAUS et al., 2006; AZEVEDO et al., 2007) e
redutora de gorduras (AZEVEDO, 2007; POLYMAR, 2005; REIS, 2005;
CHIANDOTTI, 2005).
7.1 Revestimento de filmes comestíveis
Os polissacarídeos têm sido avaliados como uma alternativa
consideravelmente econômica e eficiente para o recobrimento de filmes
comestíveis, sendo a quitosana o polissacarídeo mais estudado. Devido a suas
características atóxicas e de fácil formação de géis, esta vem sendo
considerada como um composto de grande interesse industrial e farmacêutico
(CAMPANA-FILHO et al., 2007).
Em alimentos a capacidade de formação de filmes comestíveis
é utilizada como conservante e também embalagens inteligentes. Esta última
tem chamado a atenção do seguimento de embalagens, principalmente como
uma oportunidade promissora para a criação de novos mercados no setor.
Devido ao aumento da demanda por alimentos minimamente processados,
associados a uma crescente conscientização ambiental, por parte dos
consumidores, que cada vez mais requerem o emprego de materiais
renováveis e biologicamente não agressivos, abrem-se assim grandes
oportunidades para o desenvolvimento de tecnologias específicas que atendam
a essas novas exigências (ASSIS E ALVES, 2002).
21
A quitosana vem sendo internacionalmente aceita como um material promissor
para coberturas de alimentos ou revestimentos protetores em frutas e legumes.
Assis e Alves (2002) propuseram um procedimento para a produção de filmes
de quitosana aplicados no revestimento de maçãs (sobre superfícies cortadas
ou sobre frutos com alta taxa de maturação pós-colheita). Esse trabalho
enfoca, essencialmente, as propriedades antifúngicas e antibacterianas da
quitosana. A Fig. 6 esquematiza a seqüência de operações realizadas para o
preparo e aplicação do revestimento em frutas.
Figura 6. Seqüência empregada para processamento de gel de
quitosana e depósito deste sobre frutas.
Fonte: ASSIS e ALVES, 2002.
É visualmente notável a boa ação antifúngica dos filmes de quitosana,
ao compararem-se as maçãs revestidas com filmes e as não revestidas. Na
Fig. 7 é mostrado, com caráter ilustrativo, a aparência das faces cortadas de
uma mesma maçã, após 3 dias, onde em (A) temos a superfície recoberta com
quitosana em (B) a superfície sem revestimento. Em ambas vê-se claramente o
início do processo de desidratação e degradação natural, onde este é mais
significativo na amostra não revestida.
22
Figura 7. Aparência de maçãs após 3 dias do corte. (A) superfície
revestida com filme de quitosana e (B) face sem cobertura
Fonte: ASSIS e ALVES, 2002.
Em outro procedimento proposto por Botrel et al., (2007) foi investigada
a capacidade de filmes de quitosana para o revestimento antimicrobiano de
alhos minimamente processados com a intenção de aumentar a segurança e
prolongar a sua vida de útil.
Alguns órgãos vegetais, como bulbilhos de alho, estão envoltos por
uma embalagem natural (casca), dando certa proteção ao produto. Esta
barreira regula o transporte de gases, umidade, reduzindo também a perda de
odor e sabor do produto. O alho minimamente processado perde essa barreira
e, portanto a manutenção da atmosfera adequada e o controle da umidade
devem ser estabelecidos por outros meios, visando sua maior vida de
prateleira. Outro fator que afeta a vida de prateleira do alho minimamente
processado é o crescimento de fungos filamentosos e leveduras (TANADA-
PALMU et al., 2002).
O interesse na manutenção da qualidade e segurança microbiológica
do alho minimamente processado encoraja a exploração das propriedades de
barreira e antimicrobianas de recobrimentos comestíveis à base de amido e
quitosana. Botrel et al., (2007) utilizaram como matriz base amido de mandioca
e glicerol, servindo de suporte para a incorporação do polímero quitosana.
Tanada-Palmu et al., (2002) investigaram o desempenho do
revestimento de filmes biodegradáveis de quitosana em sementes de brócolis e
23
salsa. O desempenho foi avaliado por meio da capacidade de germinação, do
vigor e desenvolvimento da planta. O filme biodegradável é uma película fina à
base de material biológico, que pode agir como uma barreira a elementos
externos como umidade e gases, conferindo maior proteção ao produto
revestido e aumentando assim seu armazenamento. Entre as propriedades
funcionais dos filmes biodegradáveis podem ainda ser mencionados o
transporte de gases (O2 e CO2) e de solutos; a retenção de compostos
aromáticos e o transporte e a incorporação de aditivos alimentícios, tais como,
nutrientes, aromas, pigmentos ou agentes antioxidantes e antimicrobianos.
Os carboidratos apresentam uma grande habilidade de absorver
compostos voláteis do ambiente e de retê-los durante o processamento,
fazendo com que eles se tornem agentes de encapsulação. Borgognoni ,
Polakiewicz e Pitombo (2006), estudaram a estabilidade de emulsões de
quitosana com d-limoneno para sua posterior utilização como agente de
encapsulação, sendo este o principal constituinte do óleo essencial de laranja e
o composto aromático mais utilizado em estudos de retenção de aromas. A
encapsulação é uma técnica de aprisionamento de ingredientes sensíveis em
cápsulas. Este processo é muito utilizado para proteger os compostos voláteis
durante seu processamento e armazenamento e baseia-se na preparação de
uma emulsão entre o composto a ser encapsulado e o agente de
encapsulação, seguido da secagem da emulsão. Alguns estudos visam o
aprimoramento dos métodos de emulsificação para aumentar a estabilidade
das emulsões mostrando a importância da formação de uma boa emulsão
antes do processo de encapsulação de aromas. A estabilidade da emulsão é
usualmente medida em termos de quantidade de óleo ou formação de nata, du-
rante um período de tempo em certa temperatura.
7.2 Tratamento de efluentes
A preocupação e o interesse com as questões ambientais vêm
aumentando com o passar das décadas. Cientistas do mundo inteiro vêm
desenvolvendo pesquisas que visam avaliar e diminuir os impactos da poluição
24
na biosfera, além de desenvolver tecnologias limpas, que geram menos
resíduos. Dentre os vários poluentes, os metais têm recebido atenção especial,
uma vez que alguns são extremamente tóxicos, para uma grande variedade de
organismos, mesmo em concentrações extremamente baixas (SPINELLI,
LARANJEIRA e FÁVERE, 2005).
O tratamento clássico de efluentes contendo metais envolve processos
físico-químicos de precipitação, troca iônica e eletroquímica. Contudo, essas
técnicas tradicionais são inadequadas para a descontaminação de grandes
volumes de efluentes contendo metais em baixas concentrações, devido à
baixa eficiência operacional e aos elevados custos deste processo. Diante
disso, métodos alternativos vêm sendo investigados como, por exemplo,
eletrodiálise, osmose reversa, ultrafiltração e a adsorção com biosorventes. A
grande vantagem desta última sobre as outras técnicas é a baixa geração de
resíduos, fácil recuperação dos metais e a possibilidade de reutilização do
adsorvente (SPINELLI et al., 2004).
Dentre os materiais naturais, a quitosana além de abundante e de
baixo custo é um ótimo adsorvente de metais pesados, pois apresenta
capacidade de formar complexos com íons de metais de transição em solução
aquosa e provocar a neutralização de soluções ácidas. A versatilidade da
quitosana é atribuída aos grupos amino livres, que ficam expostos após a
reação de desacetilação da quitina (JANEGITZ et al., 2007).
A preparação de microesferas de quitosana é uma estratégia para
incrementar a sua capacidade de adsorção, uma vez que as microesferas
possuem uma área superficial maior do que a quitosana em flocos. Além disso,
as microesferas apresentam cinéticas de adsorção mais rápidas e maior
facilidade de manuseio e operação (AZEVEDO et al., 2007).
Diversos estudos recentes mostram que a quitosana pode ser utilizada
como microesferas para diferentes propósitos. Laus et al., (2006) propuseram
um método usando microesferas de quitosana reticuladas com tripolifosfatos
utilizadas para remoção da acidez, Fe+3 e Mn+2 de águas contaminadas pela
mineração de carvão. Dentre os impactos ambientais relacionados com a
mineração do carvão, o mais agravante é a poluição dos mananciais hídricos
das regiões próximas às jazidas, onde o mineral é explorado. A poluição
hídrica, observada nas áreas de mineração, é decorrente da geração de
25
efluentes ácidos, provenientes das minas e dos rejeitos de carvão. Essa
característica ácida dos efluentes da mineração se dá, principalmente, pela
presença da pirita (FeS2), um mineral sulfetado muito comum nos carvões
brasileiros. A pirita é rapidamente oxidada e dissociada quando exposta ao ar e
à água, liberando Fe2+. Neste estudo, foram utilizadas quitosana reticuladas
com tripolifosfato na forma de microesferas, usadas na remediação de águas
contaminadas pela mineração de carvão, sendo apresentado resultados
interessantes. A dissolução de tripolifosfato de sódio (Na5P3O10) em uma
solução de quitosana induz uma reticulação iônica entre os íons tripolifosfato
(TPF) e os grupos amino protonados da quitosana. A reticulação da quitosana
previne que o polímero seja dissolvido em meio ácido e introduz grupos
fosfatos, os quais possuem sítios básicos que poderão interagir com íons H3O+
e íons metálicos em solução aquosa podendo aumentar sua capacidade de
remediação de ambientes aquáticos contaminados pela mineração de carvão.
O desenvolvimento de procedimentos analíticos e técnicas
eletroanaliticas que permitam determinar concentrações baixas de metais em
águas naturais e residuarias vêm sendo de extremo interesse. Janegitz, Júnior
e Fatibello-Filho, (2007) desenvolveram um eletrodo de pasta de carbono
modificado com quitosana, para determinação de Cu2+ em águas residuárias,
por voltametria. O emprego da quitosana como agente modificador para
sensores de íons metálicos tem sido pouco explorado, apesar da grande
afinidade deste material por cátions metálicos. Neste experimento foi utilizado
um sistema com três eletrodos , sendo que o eletrodo de trabalho foi o eletrodo
quimicamente modificado com quitosana, o de referência, um eletrodo de
Ag/AgCl e o auxiliar, um eletrodo de platina.
O desenvolvimento e aplicação de eletrodos modificados, tem tido
crescente interesse nas áreas de ciências e tecnologia, com aplicação em
diversos campos de pesquisa. O eletrodo modificado é construído adicionando
substâncias quimicamente ativas imobilizadas no substrato do eletrodo, com o
objetivo de pré-estabelecer e controlar a natureza físico-química da interface
eletrodo/solução. A modificação do eletrodo normalmente confere a este as
características físico-químicas (reatividade, seletividade etc.) do modificador,
possibilitando assim o desenvolvimento de dispositivos com resposta adequada
para vários propósitos e aplicações (PEREIRA, SANTOS e KUBOTA, 2002).
26
A superfície dos eletrodos de pasta de carbono é muito complexa, com
muitas possibilidades de interações. O líquido orgânico aglutinante serve para
fixar a pasta ao eletrodo, preencher as cavidades entre as partículas de grafite
e “isolar” o mesmo do contato com soluções aquosas; também deve ser
eletroinativo, possuir baixa volatilidade e não conter impurezas (BERGAMINI et
al., 2006 e PEREIRA e KUBOTA, 2004).
7.3 Redutor de Gorduras
As propriedades de absorção gordura e redução do colesterol são
objetos de estudo de diversas pesquisas ao longo do mundo. A quitosana é
tema das mais variadas publicações e alvo de diversas linhas de pesquisa e
experimentos. Os benéficos fornecidos no consumo desta fibra são inúmeros,
desde regulação da função digestiva, absorção de gorduras não permitindo sua
absorção pelo organismo, redução dos níveis de açúcar no organismo
O processo de absorção das gorduras pela quitosana se dá quando a
fibra é ingerida antes da ingestão dos alimentos. Quando chega ao estômago,
a fibra em contato com meio ácido, se solubiliza, transformando-se em gel.
Este gel apresenta condições adequadas para atrair e capturar as gorduras
presentes nos alimentos ingeridos, levando-as em direção ao intestino, onde a
quitosana é solidificada formando um envoltório em torno das gorduras, não
permitindo assim sua absorção pelo organismo (AZEVEDO, 2007).
Em média, a quitosana tem capacidade de ligar-se de 8 a 10 vezes seu
peso em gorduras, o que representaria 8 gramas de gordura para cada grama
de quitosana. Considerando a ingestão de 3 gramas diariamente de quitosana,
é possível eliminar em torno de 24 gramas de gorduras, o que equivale
aproximadamente a uma redução de 240 kcal na dieta diária. Isso significa que
mantendo a mesma dieta e incluindo a ingestão da quitosana, é possível se
obter uma perda gradual de peso. A perda de peso ocorre devido ao processo
que o organismo busca de utilização da reserva energética corporal para
compensar o déficit causado pela absorção das gorduras pela fibra. Porém, só
se observará resultado se não houver compensação calórica através da
27
ingestão de alimentos ricos em açúcar ou massas, sobre o que a fibra não tem
qualquer ação (POLYMAR, 2005)
A quitosana é uma fibra natural de origem animal, e tal qual como as
outras fibras, não possue valor calórico, não é digerível e não fornece energia
ao organismo. Assim como, auxilia na redução de toxinas, favorece a redução
de consumo de alimentos, pela satisfação parcial que as fibras fornecem, a
redução dos níveis de colesterol e dos níveis de risco de doenças cardíacas,
além de outros benefícios (REIS, 2005).
Um aperfeiçoamento feito a esta fibra maximizando seus efeitos, foi a
combinação da quitosana com o Psyllium, devido aos benefícios adicionados
provenientes desta outra fibra. O Pantago psyllium é uma erva nativa da região
mediterrânea, incluindo a África e Paquistão, sendo também encontrada na
Índia e Irã do Norte. As partes utilizadas desta planta são as sementes e a
casca, sendo uma fonte natural de fibras. As fibras provenientes da Plantago
psyllium são fibras solúveis de origem vegetal, com capacidade de absorver de
7 a 15 vezes seu peso em água. Devido a sua enorme capacidade de retenção
de água, podendo aumentar em ate 10 vezes o seu tamanho original, o gel
viscoso que se forma é capaz de se ligar a proteínas e carboidratos. O Psyllium
apresenta propriedades laxativas e favorece a redução do peso corporal. A
união destas duas fibras representa um resultado surpreendente, pois a
quitosana tem propriedade de agir sobre as gorduras e o Psyllium tem sua
ação voltada para os carboidratos e as proteínas, auxiliando ainda outro
benefício da quitosana, a regulação intestinal, devido ao seu efeito laxativo. O
Psyllium tem ação sobre a prisão de ventre e sobre a sensação de fome,
promovendo ainda redução na concentração de insulina e glicose no sangue.
Dois grande aliados no importante combate a obesidade (CHIANDOTTI, 2005).
28
8 Conclusão
Nesta revisão procurou-se apresentar uma visão geral do estado da
arte e das aplicações técnicas da quitosana. A literatura mostrou extensa gama
de estudos recentes, conceitos básicos e aplicações. Devido ao grande número
de trabalhos publicados sobre as propriedades e aplicações foi necessária uma
seleção dos trabalhos mais significativos obtidos por muitos grupos de
pesquisa. Contudo, temos que a quitosana é um material de fácil
processamento podendo ser derivada de carapaças de insetos e crustáceos e
encontrada em fungos. Em resumo, fica evidente que a quitina, a quitosana e
seus derivados modificados exibem um potencial ilimitado de aplicações para
seu uso em grande escala.
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