Obtenção e Caracterização de Quitosana Preparada a Partir do Aproveitamento dos Rejeitos de Camarão Branco (Litopenaeus schmitti) da Região de São Luís - MA.

ÁREA

Química Verde

Autores

Gonçalves, P.R.L.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Louzeiro Barros, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Pinheiro, B.D.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Silva, D.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO) ; Bezerra, C.W.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO)

RESUMO

A quitosana é um biomaterial, que apresenta inúmeras aplicações na biotecnologia, apresentando propriedades importantes como abundância de matéria prima, biocompatibilidade, biodegradabilidade e não-toxidade. A proposta deste estudo consiste no aproveitamento de rejeitos de camarão branco (Litopenaeus schmitti) para a produção de quitina e quitosana. Para isto, foi realizado um levantamento qualitativo e quantitativo à respeito da disponibilidade da matéria prima na região. A quitina deste trabalho foi obtidas a partir do exoesqueleto de camarão branco (Litopenaeus schmitti). A quitosana foi preparada a partir da desacetilação da quitina e caracterizada por titulação potenciométrica. A partir dos resultados obtidos observou-se um material com elevado grau de desacetilação.

Palavras Chaves

Aproveitamento de Rejeito; Quitina; Quitosana

Introdução

Biomateriais podem ser definidos como dispositivos que entram em contato com sistemas biológicos, com aplicações diagnósticas, vacinais, cirúrgicas ou terapêuticas. São constituídos de compostos de origem sintética ou na¬tural, assim como de materiais naturais quimicamente modificados (PIRES; BIERHALZ; MORAES, 2015). Em aplicações biotecnológicas, os biomaterias devem obedecer aos requisitos básicos de biocompatibilidade, biodegradabilidade e atoxidade (CHEN; LIANG; THOUAS, 2013). Dentre os biopolímeros naturais com as características de serem tanto biocompatíveis como biofuncionais estão o colágeno, fibrinogênio, quitosana e derivados da quitina, ácido hialurônico e poli-hidroxibutirato (JARDELINO et al., 2010; YONGLI et al., 1999; BRITO et al., 2009; SOUSA et al. 2016). Estes materiais também possuem a vantagem de serem biodegradáveis, ou seja, possuem a capacidade de desaparecer gradualmente após ser inserido no organismo evitando problemas de biocompatibilidade (RODRIGUES, 2013). Além disso, são encontrados em abundância na natureza e podem ser extraídos de matérias primas de fontes renováveis (SCHMIDT; LEACH, 2003). A quitina é o segundo biopolímero mais abundante na natureza, ficando atrás apenas da celulose (DIAS; SILVA; FERREIRA; FIDELIS; COSTA; SILVA, 2013). A estrutura química da quitina é semelhante à celulose (BRITO et. al, 2011). Industrialmente e em laboratório, a quitina é obtida através do exoesqueleto de vários crustáceos como caranguejos e camarões (CAMPANA-FILHO et al., 2007). O Brasil produz uma grande quantidade de resíduos de crustáceos que são em grande parte desperdiçados (FONTES; VARGAS; CARVALHO; SILVA; CADE; MEDEIROS; AZEVEDO; COSTA; QUEIROZ, 2017). Estudos mostram a existência de uma quantidade considerável de quitina no cefalotórax, carapaça e calda do camarão-rosa (P. brasiliens e P. paulensis), do camarão cinza (L. vannamei), camarão branco (Litopenaeus schmitti), no caranguejo uçá (Ucides cordatus) e na lagosta (Panulirus orgus), sendo encontrado em torno de 15-20% de quitina, evidenciando o grande potencial do Brasil em produzir quitina e quitosana em larga escala (MELLO, 2005). A quitosana é o principal derivado funcional da quitina sendo produzida a partir da reação de desacetilação parcial da quitina em meio alcalino. A quitosana é um polissacarídeo composto estruturalmente por unidades de 2- amino-2-deoxi-D-glicopiranose e 2-acetamido-2-deoxi-D-glicopiranose, e apresenta composição variável em função do grau médio de acetilação e da massa molar aparente (ABREU et al., 2013). O caráter básico, atribuído à presença do grupamento amina nas unidades repetidas e a biodegradabilidade da quitina e da quitosana vem despertando cada vez mais o interesse de pesquisadores, que têm descoberto uma infinidade de aplicações em diversos segmentos da biotecnologia (SILVA; SANTOS; FERREIRA, 2006). Apesar da intensa pesquisa na área de quitosana e a abundância de matéria prima disponível no Maranhão nota-se a existência de poucas pesquisas que busquem obter esse polímero a partir dos rejeitos do camarão branco (Litopenaeus schmitti). Ainda são escassas as informações sobre suas características físicas, químicas e biológicas, sendo necessário um estudo mais aprofundado. Diante do exposto, o objetivo geral deste estudo consiste em obter e caracterizar a quitosana preparada a partir do aproveitamento dos rejeitos de exoesqueletos do camarão branco (Litopenaeus schmitti) da região de São Luís-MA. Para isto, foram realizados estudos referentes ao grau de desacetilação. Além disso, foi feito um levantamento a partir de questionário a fim de se obter um panorama da disponibilidade da matéria prima na região.

Material e métodos

6.1 Coleta de Dados Os dados para a realização do questionário e os resíduos de camarão foram obtidos no mercado do peixe de São Luis, localizado na Avenida Senador Vitorino Freire - s/n, São Luís - MA, 65010-655. 6.2 Questionário Com o objetivo de avaliar o perfil de 17 vendedores de camarão, bem como estimar qualitativamente e quantitativamente os camarões comercializados foi aplicado o questionário a seguir: Dados do Questionário (Nº ________) Data: ____ / : ____ / 2021 Local_________________________________; Barraca Nº ____________ 1. Há quanto tempo você exerce esta profissão? ______________________ 2. Durante todo este tempo, sempre comercializou camarão? ( ) Sim ( ) Não ( ) _________________________________ 3. Quais as espécies de camarão que são mais comercializadas por você? 4. Você sempre tem camarão para vender ou há falta deste produto em algum período do ano? 5. Há um fornecedor fixo ou você adquire o camarão de diferentes pescadores ou fornecedores? 6. Vocêsabe quantos quilos de camarão comercializa diariamente? Se sim, quantos quilos? 7. Este totalse mantém regular durante o ano ou há algum período de maior ou menor venda? (No período de menor venda, alguma ideia de quantos quilos são comercializados diariamente?) 8. Quem são seus maiores clientes: restaurantes ou público em geral? 9. Como eles preferem comprar o camarão? Exemplo: ( ) fresco com casca ( ) seco com casca ( ) limpos (sem casca). 10. (Em caso de limpeza) O que você faz com este resíduo? Se descarta, onde? 11. Você já foi procurado por alguém ou alguma empresa visando o aproveitamento destes resíduos? (Em Caso positivo: quando?) 12. Além deste Mercado, qual outro local você recomendaria para eu realizar essa pesquisa? 6.3 Obtenção da quitina e da quitosana Para a realização de todos os experimentos foram utilizados reagentes com grau analítico. A água destilada foi empregada na limpeza e preparo das soluções. A quitina utilizada neste trabalho foi extraída do exoesqueleto do camarão branco (Litopenaeus schmitti) adquiridos no mercado do peixe local. A quitosana foi preparada a partir da quitina com base na metodologia descrita por Zelencova; Erdogan; Baran (2015) com algumas adaptações. De acordo com este procedimento, depois de adquiridos, os exoesqueletos do camarão passaram por uma limpeza preliminar com o objetivo de remover o material grosseiro como: material vegetal, resíduos de tecido, ovas, etc. As cascas então foram lavadas em água corrente, expostas ao sol e em seguida, mantidas em estufa à 90 °C até que estivessem totalmente secas. O material seco foi fragmentado em liquidificador e peneirado a fim de se obter uma menor granulometria. Em seguida, este material foi submetido às etapas de desmineralização, desproteinação e despigmentação para a obtenção da quitina e sua posterior desacetilação para a obtenção da quitosana e caracterização por titulação potenciométrica.

Resultado e discussão

7.1 Levantamento qualitativo e quantitativo (questionário) A amostra conteve 17 participantes, os quais exercem a profissão por um período de 3 a 30 anos comercializando camarão por todo esse período. Dentre as espécies de camarão comercializadas estão o camarão branco (82,35%), camarão cinza (71,43), camarão rosa (42,86%), camarão pitu (14,28%). Todos os participantes relataram que há falta do produto para comercialização durante o período de defeso que vai de 1º de janeiro a 30 de abril (MINISTÉRIO PÚBLICO DO ESTADO DO MARANHÃO, 2021). Os camarões são adquiridos por fornecedores denominados atravessadores, que são responsáveis pelo transporte do camarão do pescador ao vendedor. Quando questionados sobre a quantidade média de camarão comercializados diariamente, 37% dos entrevistados relataram que em um bom período (semana santa) costumam vender entre 50 e 100Kg de camarão enquanto que os demais costumam vender de menos de 20 Kg em períodos de pouca venda. Os camarões são vendidos tanto para restaurantes (clientes fixos), quanto para o público em geral. Quanto ao interesses de terceiros nos resíduos, 57,14% dos entrevistados relataram que nunca ninguém havia tido interesse nos rejeitos, 14,28% por outro lado, relataram que já foram procurados por várias outras pessoas. 25,01% disseram que pesquisadores e professores da Universidade Federal do Maranhão e da Universidade Estadual do Maranhão. 3,57% relataram terem sido procurados por uma rede de supermercado local. Como sugestão, todos os entrevistados indicaram o mercado central para que esta pesquisa pudesse ser realizada. 7.2 Rendimentos nos processos de obtenção de quitina e quitosana. Os valores dos rendimentos em cada etapa do processo são mostrados na Tabela 1. Na Tabela 1 observa-se que houveram perdas que estão relacionadas aos objetivos de cada etapa do processo. O processo de desmineralização foi realizado com o objetivo de reduzir o teor de cinzas do material (MOURA et al., 2006). A etapa de desproteinação tem o objetivo de reduzir o teor de nitrogênio protéico (BESSA JR; GONÇALVES, 2013). O objetivo da etapa de despigmentação/desodorização consiste em reduzir o odor e retirar os pigmentos provenientes do material. A quitina obtida teve um rendimento de 34,86% em relação à massa inicial enquanto que a quitosana purificada teve um rendimento 15,18%. 7.3 Determinação do grau de desacetilação da quitosana (GD%) por Titulação Potenciométrica. A Figura 1 mostra o comportamento do pH da solução de ácido clorídrico pura e com a adição de quitosana em relação ao volume de hidróxido de sódio (titulante) assim como suas respectivas derivadas. Na Figura 1(a) observa-se dois pontos de inflexão na curva. O primeiro ponto de inflexão corresponde à neutralização do ácido clorídrico e a segunda região corresponde à neutralização dos prótons do grupo amino protonado da quitosana. A figura 1(b) apresenta apenas uma curva característica da neutralização da solução de ácido clorídrico. A Tabela 2 descreve os dados obtidos a partir da Figura 1(c) e (d) referentes às curvas da primeira derivada para as soluções de ácido clorídrico + quitosana e para a solução de ácido clorídrico devidamente padronizado. A quitina apresentou grau de desacetilação de 96,22% o que está associado a um material livre de minerais, proteínas e pigmentos podendo ser classificado como quitosana. O grau de desacetilação varia usualmente entre 60 e 100% e está associado às propriedades físico-químicas, a biodegradabilidade e a atividade imunológica (HSU; WHU; TSAI, 2004). Quando o grau de desacetilação é maior do que 50% o polímero torna-se solúvel em soluções ácidas, característica esta que identifica este material como quitosana e não mais como quitina (NEVES, 2013). 7.4 Viabilidade econômica da extração de quitina e quitosana. A quitina apresenta diversas aplicações na biotecnologia, dentre as quais destacam-se aplicações biomédicas com o mercado estimado em 1,25 bilhões de dólares ao ano (BESSA JÚNIOR, A. P.; GONÇALVES, A. A.). O preço do produto final varia de acordo com o grau de pureza, matéria prima, processo de extração e fabricante podendo custar até US$ 1.327,33/Kg (CATÁLOGO SIGMA ALDRICH, 2021). A quitosana de alta pureza com médio peso molecular pode alcançar valores próximos a US$ 100,00/50g (CATÁLOGO SIGMA ALDRICH, 2021). Assim como a quitina, o preço da quitosana depende de vários fatores físico-químicos além da massa molecular e grau de desacetilação (PETER, 2005).

Anexos estão as tabelas 1 e 2 citadas no trabalho


Curva de titulação potenciométrica (pH) para: a) solução de ácido clorídrico + quitosana, b) solução de ácido clorídrico, c) primeira derivada para a

Conclusões

Com o aumento da carcinicultura e a crescente geração de resíduos remanescentes das atividades pesqueiras torna-se de suma importância a preocupação com os impactos ambientais decorrentes dos resíduos gerados por esta atividade. Assim, a possibilidade do uso dos rejeitos do camarão para a obtenção de produtos com alto valor de mercado torna-se uma alternativa viável à reciclagem desses resíduos. A quitina e a quitosana apresentam uma vasta gama de aplicações sendo amplamente utilizada na em aplicações ambientais, na área da saúde e na agroindústria. O Maranhão apresenta um grande potencial para a produção de quitina e quitosana devido à biodisponibilidade da matéria prima.

Agradecimentos

Esta pesquisa recebeu apoio financeiro da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES).

Referências

ABREU, F. O. M. S.; CAVALCANTE, L. G.; DOUDEMENT, P. V.; CASTRO, A. M.; NASCIMENTO A. P. Propriedades e características da quitosana obtida a partir do exoesqueleto de caranguejo-uçá utilizando radiação de microondas. Polímeros, v. 23, n. 5, p. 630-635, 2013.

ASSIS, O. B. G.; BRITTO, D. Revisão: coberturas comestíveis protetoras em frutas: fundamentos e aplicações. Brazilian Journal of Food Technology, Campinas, v. 17, n. 2, p. 87-97, 2014.

ASSIS, O. B. G.; LEONI, A. M. Filmes comestíveis de quitosana. Revista Biotecnologia, Ciência e Desenvolvimento, v. 30, p. 33-38, 2003.

BESSA JÚNIOR, A. P.; GONÇALVES, A. A. Análises econômica e produtiva da quitosana extraída do exoesqueleto de camarão. Acta Of Fisheries And Aquatic Resource, v. 1, n. 1, p. 13-28, 2013.

BRITO, G. F.; AGRAWAL, P.; ARAÚJO, E. M.; MÉLO, T. J. A. Biopolímeros, Polímeros Biodegradáveis e Polímeros Verdes. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v.6, n. 2, p.127-139, 2011.

CAMPANA-FILHO, S. P.; BRITTO, D. DE; CURTI, E.; ABREU, F. R.; CARDOSO, M. B.; BATTISTI, M. V.; SIM, P. C.; GOY, R. C.; SIGNINI, R.; LAVALL, R. L. Extração, Estruturas e Propriedades de α- e β-quitina. Química Nova, v. 30, n. 3, p.644-650, 2007.

CATÁLOGO SIGMA ALDRICH. Disponível em: <https://www.sigmaaldrich.com/BR/pt/search/1398614?focus=products&gclid=EAIaIQobChMIluCOy72Y8wIVEQyRCh2J2QyeEAAYASAAEgIPYvD_BwE&page=1&perPage=30&sort=relevance&term=1398-61-4&type=cas_number>. Acesso em 23 set. 2021.

CATÁLOGO SIGMA ALDRICH. Disponível em: <https://www.sigmaaldrich.com/BR/pt/search/9012764?focus=products&gclid=EAIaIQobChMI65fzs76Y8wIVyQmRCh0TSQRMEAAYAyAAEgKIn_D_BwE&page=1&perPage=30&sort=relevance&term=9012-76-4&type=cas_number> Acesso em 23 set. 2021.

CHEN, Q.; LIANG S., THOUAS, G. A. Elastomeric biomaterials for tissue engineering. Progress in Polymer Science, v. 38, p. 584– 671, 2013.

DIAS, K. B.; SILVA, D. P. da; FERREIRA, L. A.; FIDELIS, R. R.; COSTA, J. da L.; SILVA, A. L. L. da. Quitina e quitosana: características, utilizações e perspectivas atuais de produção. Journal Of Biotechnology And Biodiversity, v. 4, n. 3, p. 184-191, 2013.

FONTES, C. de S.; VARGAS, T. C. M.; CARVALHO, A. F. de; SILVA, L. M.; CADE, B. V.; MEDEIROS, F. M. C.; AZEVEDO, O. de A.; COSTA, A. V.; QUEIROZ, V. T. de. PRODUÇÃO DE QUITOSANA A PARTIR DA QUITINA EXTRAÍDA DE RESÍDUOS DE CRUSTÁCEOS. Revista Univap, v. 22, n. 40, p. 497, 2017.

GARCIA, I. A.; HIRDES, A. R.; INOUE, M. D.; SANTOS, A. J. R. W. A. Avaliação de métodos titulométricos para determinação do grau de desacetilação em quitosana. Brazilian Journal Of Development, v. 6, n. 1, p. 4066-4084, 2020.

HSU, S. H.; WHU, S. W.; TSAI, C. L. Chitosan as scaffold materials: effects of molecular weight and degree of deacetylation. Journal of Polymer Reasaerch, v. 11, p. 141-147, 2004.

JARDELINO, C.; TAKAMORI, E. R.; HERMIDA, L. F.; LENHARO, A.; CASTRO-SILVA, I. I.; GRANJEIRO, J. M. Porcine peritoneum as source of biocompatible collagen in mice. Acta Cirúrgica Brasileira, v. 25, n. 4, p. 332-336, 2010.

MELLO, G. P. C. de. Síntese e avaliações físico-químicas de quitosanas quimicamente modificadas pela inserção de radicais de anidrido succínico. 2005.84 f. Dissertação de mestrado – Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005.

MINISTÉRIO PÚBLICO DO ESTADO DO MARANHÃO. Procuradoria Geral de Justiça. Disponível em: <https://www.mpma.mp.br/index.php/centros-de-apoio/meio-ambiente/calendario-de-pesca>. Acesso em 23 set. 2021.

MOURA, C.; MUSZINSKI, P.; SCHMIDT, C.; ALMEIDA, J.; PINTO, L. Quitina e quitosana produzidas a partir de resíduos de camarão e siri: avaliação do processo em escala piloto. Vetor, Rio Grande, v. 16, n.1/2, p. 37-45, 2006.

NEVES, A. C.; SCHAFFNER, R. A.; KUGELMEIER, C. I; WIEST, A. M.; ARANTES, M. K. Otimização de processos de obtenção de quitosana a partir de resíduos da carcinicultura para aplicações ambientais. Revista Brasileira de Energias Renováveis, v.2, p. 34-47, 2013.

PETER, M. G., Chitin and chitosan from animal sources. Biopolymers Online, 2005.
PIRES, A. L. R.; BIERHALZ, A. C. K.; MORAES, A. M. BIOMATERIALS: types, applications, and market. Química Nova, v. 38, n. 7, p. 957-971, 2015.

RODRIGUES, L. B. Aplicações de biomateriais em ortopedia. Estudos Tecnológicos em Engenharia, v. 9, n. 2, p. 63-76, 2013.

SCHMIDT, C. E.; LEACH, J. B. Neural tissue engineering: strategies for repair and regeneration. Annual review of biomedical engineering. V. 5, N.1, p. 293-347, 2003.

SILVA, H. S. R. C.; SANTOS, K. S. C. R. DOS; FERREIRA, E. I. Quitosana: derivados hidrossolúveis, aplicações farmacêuticas e avanços. Química Nova, v. 29, n.4, p. 776-785, 2006.

SILVA, H. S. R. C.; SANTOS, K. S. C. R.; FERREIRA, E. I. Quitosana: derivados hidrossolúveis, aplicações farmacêuticas e avanços. Química Nova, São Paulo, v. 29, n. 4, p. 776-785, 2006.

SOUSA, W. J. B. DE; BARBOSA, R. C.; FOOK, M. V. L.; FILGUEIRA, P. T. D.; TOMAZ, A. F. Membranas de polihidroxibutirato com hidroxiapatita para utilização como biomaterial. Revista Matéria, v. 22, n. 4, 2016.

YONGLI, C.; XIUFANG, Z.; YANDAO, G.; NANMING, Z.; TINGYING, Z.; XINQI, S. Conformational Changes of Fibrinogen Adsorption onto Hydroxyapatite and Titanium Oxide Nanoparticles. Journal Of Colloid And Interface Science, v. 214, n. 1, p. 38-45, 1999.

ZELENCOVA, L.; ERDOGAN, S.; BARAN, T.; KAYA, M. Chitin extraction and chitosan production from Chilopoda (scolopendra cingulata) with identification of physicochemical properties. Polymer Science Series, v. 57, n. 4, p. 437-444, 2015.