TÍTULO: Desacetilação heterogênea da quitina: Avaliação da massa molar da quitosana produzida

AUTORES: Moura, J.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Farias, B.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Rodrigues, D.A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Moura, C.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Pinto, L.A.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE)

RESUMO:A quitosana, copolímero β-(1-4)-D-glucosamina, é um polissacarídeo derivado da quitina, β-(1-4)-N-acetil-D-glucosamida. A sua aplicabilidade depende das condições da reação de conversão (desacetilação) da quitina em quitosana. O objetivo deste trabalho foi determinar a massa molar da quitosana, utilizando diferentes condições de reação de desacetilação, pois este é um dos principais parâmetros que definem sua aplicação. Utilizou-se a metodologia do planejamento experimental fatorial, tipo 24-1, onde os fatores de estudo foram: tamanho da quitina (1 e 5 mm), relação de NaOH/quitina (20:1 e 60:1), concentração de NaOH (40 e 45%) e tempo de reação (90 e 240 min), tendo como respostas a massa molar (Mv). A melhor condição foi definida no menor valor de massa molar, 142,1 kDa.

PALAVRAS CHAVES: Biopolímero; Massa Molar; Quitina

INTRODUÇÃO:A quitosana é o produto N-desacetilado da quitina a qual é encontrada principalmente em exoesqueleto de crustáceos e parede celular de fungos. É um amino polissacarídeo linear, composto principalmente de unidades repetidas de β- (1→4)2-amino-2-deoxi-D-glucose (D-glucosamina) (RIVERO et al., 2009; WANG et al., 2009). O processo de produção de quitosana segue as etapas descritas por Weska et al. (2007), onde inicialmente é extraída a quitina a partir de resíduos de camarão. A quitosana é então produzida pela desacetilação alcalina da quitina, onde as condições desta reação dão a quitosana suas principais características, como a massa molar e o grau de desacetilação (fração molar de unidade desacetiladas da cadeia) do biopolímero. De acordo com estas características são determinados os ramos de utilização da quitosana, pois ambas influenciam não apenas na solubilidade, viscosidade, capacidade de troca iônica, capacidade de floculação e reação com o grupo amino, como também na sua biocompatibilidade e atividade imunológica (ZHANG et al., 2011; SYNOWIECKI e KHATEEB, 2003). A distribuição de massa molar, ou seja, a polidispersão é influenciada por vários parâmetros, tais como: tempo, temperatura, concentração e relação solução álcali/quitina, empregadas na reação de desacetilação (WESKA et al., 2007). Geralmente a quitina é suspensa em soluções alcalinas concentradas de NaOH ou KOH (40-60%) por tempos variáveis (0,5-24 h) e temperaturas relativamente elevadas (50-130ºC) (TOLAIMATE et al., 2003; GALED et al., 2005). Assim as amostras de quitosana podem ter características diferentes quanto ao grau de desacetilação, viscosidade e distribuição de massa molar, o que define suas aplicações e influenciam no desempenho final do polímero (MOURA et al., 2011).

MATERIAL E MÉTODOS:A quitina foi extraída de rejeitos de camarão (Penaeus brasiliensis) através dos tratamentos químicos destinados a eliminar carbonatos, proteínas e pigmentos, para tal foram utilizadas as etapas de desmineralização, desproteinização e desodorização (WESKA et al., 2007). Para a produção de quitosana foi utilizada a metodologia do planejamento experimental fatorial, tipo 24-1, onde os fatores de estudo foram: tamanho da quitina (1 e 5 mm), onde esta foi foi seca e moída (moinho de facas, Wiley Mill, EUA) com diâmetros médios de 1e 5 mm, relação solução de NaOH/quitina (20:1 e 60:1 g mL-1), concentração de NaOH (40 e 45%) e tempo de reação (90 e 240 min), tendo como respostas a massa molar (M v. Os experimentos foram realizados segundo a matriz do planejamento experimental representada na Tabela 01, com os fatores de estudo nas formas dos valores reais e codificados. A umidade das amostras foi determinada pelo método 934.06, de acordo com A.O.A.C. (1995). A massa molar (Mv) foi calculada a partir do valor da viscosidade intrínseca usando a equação de Mark-Houwink-Sakurada (Equação 01), citada por Roberts e Domszy, (1982). Sendo que as medidas viscosimétricas das amostras de quitosana foram realizadas em viscosímetro capilar Cannon-Fensk (Schott Geraete, model GMBH – D65719), temperatura de 25,0 ± 0,1°C. [η]=KMvα (01) em que K=1,81˟10-3 e α=,93 são constantes que dependem do sistema solvente-polímero (CERVERA et al., 2004).

RESULTADOS E DISCUSSÃO:A Tabela 01 apresenta os valores obtidos para a massa molar da quitosana, após as reações de desacetilação da quitina, nas diferentes condições conforme planejamento experimental. Observa-se no gráfico de Pareto (Figura 01) que para a resposta considerada, a um nível de 95% de confiança, todos os efeitos principais, tamanho (A), relação (B), concentração (C) e tempo (D) foram significativos (p≤0,05). A melhor condição de reação foi definida no menor valor de massa molar, uma vez que as aplicações da quitosana são limitadas pelo seu alto valor de massa molar, resultando em uma baixa solubilidade em meio aquoso. Duas condições foram consideradas boas quanto a resposta buscada, experimentos 1 e 8, conforme valores apresentados na Tabela 01, pois ambas apresentaram os melhores valores de massa molar, em torno de 143 kDa.

CONCLUSÕES:As melhores condições da reação de desacetilação da quitina, no que diz respeito a massa molar foram obtidas nos experimentos 1 (tamanho da quitina de 1 mm, relação de solução de NaOH/quitina de 20:1, concentração da solução de NaOH 40% e tempo de 90 min de reação) e 8 (tamanho da quitina de 5 mm, relação de solução de NaOH/quitina de 60:1, concentração da solução de NaOH 45% e tempo de 240 min de reação) ambos apresentando os valores mais baixos de massa molar, em torno de 143 kDa.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:CERVERA, M. F., HEINAMAKI, J. J., RASANEM, M., MAUNU, S. L., KARJAJAINEN, M. A., COSTA, O. M. N., COLARTE, A. I., YLIRUUSI, J. Solid state characterization of chitosan derived from lobster chitin. Carbohydrate Polymers, v. 58, p. 401-408, 2004.
GALED, G.; MIRALLES, B.; PANÕS, I.; SANTIAGO, A.; HERAS, A. N-Deacetylation and depolymerization reactions of chitin/chitosan: Influence of the source of chitin. Carbohydrate Polymers, v. 62, p. 316-320, 2005.
MOURA, C. M., MOURA, J. M., SOARES, N. M., PINTO, L. A. A. Evaluation of molar weight and deacetylation degree of chitosan during chitin deacetylation reaction: used to produce biofilm. Chemical Engineering and Processing, v. 50, p. 351-355, 2011.
RIVERO, S.; GARCÍA, M. A.; PINOTTI, A. Composite and bi-layer films based on gelatin and chitosan. Journal of Food Engineering, v. 90, p. 531–539, 2009.
ROBERTS, G. A. F.; DOMSZY, J. G. Determination of the viscosimetric constants for chitosan. International Journal of Biological Macromolecules, v. 4, p. 374-377, 1982.
SYNOWIECKI, J.; KHATEEB, N. A. A. Production, properties, and some new applications of chitin and its derivatives. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, v. 43, p. 142-171, 2003.
TOLAIMATE, A.; DESBRIÈRES, J.; RHAZI, M.; ALAGUI, A. Contribuition to the preparation of chitins and chitosans with controlled physic-chemical properties. Polymer, v. 44, p. 7939-7952, 2003.
WANG, J.; JIN, X.; CHANG, D. Chemical modification of chitosan under high-intensity ultrasound and properties of chitosan derivatives. Carbohydrate Polymers, v.78, p. 175–177, 2009.
WESKA, R. F.; MOURA, J. M.; BATISTA, L. M.; RIZZI, J.; PINTO, L. A. A. Optimization of deacetylation in the production of chitosan from shrimp wastes: Use of responde surface methodology. Journal of Food Engineering, v. 80, p. 749-753, 2007.
ZHANG, Y., ZHANG, X., DING, R., ZHANG, J., LIU, J. Determination of the degree of deacetylation of chitosan by potentiometric titration preceded by enzymatic pretreatment. Carbohydrate Polymers,
v. 83, p. 813-817, 2011.