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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN
Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos
MICROENCAPSULAO DE CORANTE NATURAIS EM
MICROESFERAS DE QUITOSANA PREPARADAS PELO MTODO
DE COACERVAO
Grasiele Mnica Matt
Medianeira/Campo Mouro
2013
Grasiele Mnica Matt
MICROENCAPSULAO DE CORANTES NATURAIS EM
MICROESFERAS DE QUITOSANA PREPARADAS PELO MTODO
DE COACERVAO
Dissertao apresentada ao programa de Ps Graduao em Tecnologia de Alimentos da Universidade Tecnolgica Federal do Paran, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Tecnologia de Alimentos.
Medianeira/Campo Mouro
2013
Dados Internacionais de Catalogao na Publicao
LM33p Matt, Grasiele Mnica
Microencapsulao de corante naturais em microesferas de quitosana preparadas pelo mtodo de coacervao / Grasiele Mnica Matt 2013.
104 f. : il. ; 30 cm. Orientadora: Sirlei da Rosa Dissertao (Mestrado) Universidade Tecnolgica Federal do
Paran. Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos. Medianeira, 2013.
Inclui bibliografia. 1. Adsoro. 2. Quitosana. 3. Curcumina 4. Alimentos
Dissertaes. I. Rosa, Sirlei da., orient. II. Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos. III. Ttulo.
CDD: 664
Biblioteca Cmpus Medianeira Marci Lucia Nicodem Fischborn 9/1219
Orientador
Prof(a) Dr(a) Sirlei da Rosa
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar agradeo a Deus pela oportunidade de estar vivenciando este
momento.
Aos meus pais Adilor e Domingas, pela vida, e anos de ensinamento e boa educao,
sem vocs com certeza meu caminho no teria comeado e no seria possvel,
obrigada pelo apoio incondicional e amor acima de tudo;
Aos meus irmos: Angela, Marcio, Junior e Marcelo, meus companheiros eternos de
batalhas e nesta no poderia ser diferente, sem vocs o caminho sempre mais difcil
o amor que sinto por vocs no tem tamanho. Aos meus cunhados-irmos Andre e
Francieli, pela torcida e felicidade com que recebem minhas noticias, Tayrine minha
ouvinte, que alm de escutar minhas lamentaes tambm participou comigo neste
projeto de vrias maneiras, meu muito obrigado a vocs.
Ao meu carregador de energia, meu sobrinho amado, Martn, saiba que foi muito difcil
resistir aos seus chamados para brincar enquanto tinha que terminar este projeto e
que mesmo sem saber me deu mais fora para continuar.
As minhas amigas de Mestrado, Juliana, Juliany, Rosana, Paula e Tania, pelas horas
de ateno, pelos desabafos, pela fora, sem vocs meu caminho seria mais pesado,
com certeza as levarei comigo pra sempre. A amiga irm de todas as horas Marcia,
obrigada por todo apoio e ajuda.
Em especial ao meu companheiro de caminho, meu namorado Juliano, meu maior
incentivador, se jamais pensei em desistir foi por voc, sem voc este caminho
simplesmente no existiria e eu no estaria aqui podendo agradec-lo por todo o
apoio. Obrigada pela pacincia nestes anos de trabalho.
minha Professora Orientadora Sirlei da Rosa pelo companheirismo e pela
sinceridade com que seguimos juntas nessa caminhada s vezes tortuosa, porm
sempre juntas tentando encontrar o melhor caminho, mais um passo estamos dando
agora, cresci e aprendi muito ao seu lado.
UTFPR Campus Medianeira e ao PPGTA (Programa de Ps Graduao em
Tecnologia de Alimentos), por toda a estrutura e apoio necessrio para que este
projeto tenha sido realizado.
s Professoras Deisy e Saraspathy, por gentilmente aceitarem participar de mais este
momento da minha vida acadmica, por sempre estarem dispostas a me ouvir e me
ajudar, e sem dvida contriburam muito para o meu crescimento profissional e
pessoal, assim como ao Professor Helton J. Alves por fazer parte desta banca.
Capes por todo apoio financeiro.
SUMRIO
CAPTULO 1 ..............................................................................................................................................9
INTRODUO ..........................................................................................................................................9
CAPTULO 2 ........................................................................................................................................... 13
APRESENTAO .................................................................................................................................. 13
CAPTULO 3 ........................................................................................................................................... 14
A TECNOLOGIA DA MICROENCAPSULAO ATRAVS DAS MICROESFERAS DE QUITOSANA .......................................................................................................................................... 14
1 INTRODUO ................................................................................................................................ 14
2 MICROENCAPSULAO ............................................................................................................... 15
2.1 Micropartculas: Microesferas e Microcpsulas ..................................................................... 16
2.2 Mtodos de encapsulao ..................................................................................................... 17
2.3 Agentes encapsulantes .......................................................................................................... 17
3 QUITOSANA ................................................................................................................................... 18
4 MICROESFERAS ........................................................................................................................... 20
5 MICROESFERAS DE QUITOSANA ............................................................................................... 21
5.1 Mtodos para a preparao de microesferas de quitosana ................................................... 21
5.2 Aplicaes de microesferas de quitosana .............................................................................. 22
6 CONCLUSO ................................................................................................................................. 25
REFERNCIAS ...................................................................................................................................... 26
CAPTULO 4 ........................................................................................................................................... 29
ESTUDOS DA ATIVIDADE DE GUA , DO GRAU DE INTUMESCIMENTO E CARACTERIZAO MORFOLGICA DE MICROESFERAS DE QUITOSANA PRODUZIDAS PELO MTODO DE COACERVAO .................................................................................................. 29
1 INTRODUO ................................................................................................................................ 30
2 MATERIAIS E MTODOS .............................................................................................................. 31
2.1 Materiais ................................................................................................................................. 31
2.2 Mtodos .................................................................................................................................. 31
2.2.1 Preparao das Microesferas de quitosana ....................................................................... 31
2.2.2 Determinao do Grau de intumescimento ........................................................................ 31
2.2.3 Determinao da atividade de gua ................................................................................... 32
2.2.4 Microscopia eletrnica de varredura (MEV) ....................................................................... 32
3 RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................................... 32
3.1 Atividade de gua ................................................................................................................... 32
3.2 Determinao do Grau de intumescimento ............................................................................ 33
3.3 Microscopia eletrnica de Varredura...................................................................................... 35
4 CONCLUSO ................................................................................................................................. 36
CAPTULO 5 ........................................................................................................................................... 39
ADSORO COMPETITIVA DE CORANTES NATURAIS ALIMENTICIOS UTILIZANDO COMO ADSORVENTE MICROESFERAS DE QUITOSANA OBTIDAS ATRAVS DA TECNICA DE COACERVAO ............................................................................................................................. 39
1 INTRODUO ................................................................................................................................ 40
2 MATERIAS E MTODOS ............................................................................................................... 41
2.1 Materiais ................................................................................................................................. 41
2.2 Mtodos .................................................................................................................................. 42
2.2.1 Preparao das microesferas das quitosana ..................................................................... 42
2.2.2 Preparao das solues dos corantes ............................................................................. 42
2.2.3 Avaliao do comportamento do corante frente ao pH. ..................................................... 42
2.2.4 Curva de calibrao ............................................................................................................ 42
2.2.5 Experimentos de adsoro ................................................................................................. 43
3 RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................................... 44
3.1 Deslocamento do pH dos corantes ........................................................................................ 44
3.2 Construo das curvas analticas das solues .................................................................... 45
3.3 Efeito do pH dos corantes na adsoro ................................................................................. 46
3.4 Cintica de adsoro .............................................................................................................. 48
4 CONCLUSES ............................................................................................................................... 52
REFERENCIAS ...................................................................................................................................... 53
CAPITULO 6 ........................................................................................................................................... 55
ESTUDO DA ADSORO (IMPREGNAO) DOS CORANTES NATURAIS CURCUMINA E CARMIM DE COCHONILHA EM MICROESFERAS DE QUITOSANA ................................................. 55
1 INTRODUO ................................................................................................................................ 55
2 MATERIAL E MTODOS ................................................................................................................ 57
2.1 Materiais ................................................................................................................................. 57
2.2 Instrumentao ....................................................................................................................... 57
2.3 Mtodos .................................................................................................................................. 57
2.3.1 Preparao das microesferas das quitosana ..................................................................... 57
2.3.2 Preparao das solues ................................................................................................... 58
2.3.3 Deslocamento do pH .......................................................................................................... 58
2.3.4 Curva de calibrao ............................................................................................................ 58
2.3.5 Experimentos de adsoro ................................................................................................. 59
2.3.6 Isotermas de Adsoro....................................................................................................... 60
2.3.7 Determinao do Grau de intumescimento ........................................................................ 61
2.3.8 Determinao da quantidade do corante encapsulado. ..................................................... 61
2.3.9 Microscopia eletrnica de varredura .................................................................................. 62
2.3.10 Estudo da liberao do corante. ..................................................................................... 62
3 RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................................... 62
3.1 Curva de Calibrao para os corantes individuais e em mistura. .......................................... 62
3.2 Deslocamento do pH para os corantes curcumina, carmim e a mistura Binria de ambos. 65
3.3 Efeito do pH na impregnao do corante curcumina, carmim e a mistura dos corantes em microesferas de quitosana ............................................................................................................ 67
3.4 Estudo da Cintica de Adsoro dos corantes na microesfera de quitosana........................ 68
3.5 Isotermas de adsoro de corantes individuais ..................................................................... 72
3.5.1 Frao de superfcie ocupada. ........................................................................................... 75
3.6 Determinao da quantidade de corante encapsulado.......................................................... 77
3.7 Estudo da Liberao dos Corantes ........................................................................................ 77
3.8 Grau de Intumescimento ........................................................................................................ 80
3.9 Microscopia Eletrnica de Varredura ..................................................................................... 82
4 CONCLUSO ................................................................................................................................. 84
REFERENCIAS ...................................................................................................................................... 85
CAPTULO 7 ........................................................................................................................................... 88
ESTUDO DA LIBERAO DE CORANTES NATURAIS IMPREGNADOS EM MICROESFERAS DE QUITOSANA E A APLICAO EM BALAS DE GELATINA. ........................................................... 88
RESUMO ............................................................................................................................................... 88
1 INTRODUO ................................................................................................................................ 88
2 MATERIAL E MTODOS ................................................................................................................ 89
2.1 Desenvolvimento das microesferas de quitosana impregnadas ............................................ 90
2.2 Estudo da liberao dos corantes frente pH e Temperatura ................................................. 90
2.3 Desenvolvimento da bala de gelatina .................................................................................... 90
2.4 Determinao de cor por colorimetria .................................................................................... 91
3 RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................................... 92
3.1 Estudo da Liberao dos Corantes carmim e curcumina em diferentes pHs e temperaturas ....................................................................................................................................... 92
3.2 Avaliao Colorimtrica das Balas de Gelatina ..................................................................... 97
4 CONCLUSO ................................................................................................................................. 99
ABSTRACT .......................................................................................................................................... 100
REFERENCIAS .................................................................................................................................... 100
CAPTULO 8 ......................................................................................................................................... 103
CONCLUSES GERAIS E SUGESTES PARA PRXIMOS TRABALHOS .................................... 103
9
CAPTULO 1
INTRODUO
A cor de um alimento influencia diretamente na aceitao do produto e o
primeiro atributo a fornecer impresses ao consumidor, pois atravs da cor tem-se a
noo do sabor e da qualidade de um alimento, sendo este, portanto, um fator
importante a ser levando em considerao pela indstria.
Entretanto, no somente a cor o grande desafio da indstria. Os corantes so
adicionados aos alimentos a fim de torn-los mais atraentes e tambm para restituir a
sua aparncia original, a qual afetada durante o processamento do produto, sendo
este fator to significativo, a indstria lana mo do uso destes aditivos. O uso de
corantes artificiais, mais econmicos e mais estveis s matrizes alimentares, faz
destes os mais usados, porm, estes aditivos tm sido cada vez mais questionados
pela populao que possui a mentalidade de que o que artificial traz malefcios
sade. Com isso, tem-se a abertura do mercado para os pigmentos naturais, os quais
apresentam o inconveniente de se mostrarem menos estveis na presena de
oxignio, luz, acidez, temperatura, entre outros fatores, fazendo com que os corantes
naturais percam o interesse por parte da indstria, por serem menos estveis, e
consequentemente, menos econmicos.
Com os avanos da tecnologia da microencapsulao, a indstria e a
academia, buscam e pesquisam, novas formas de proteger e aumentar a estabilidade
de compostos e torn-los mais atrativos economicamente. No sendo diferente para
os corantes, esta ento uma possibilidade de aliar o uso desta tecnologia a
aplicao de corantes naturais em alimentos.
O uso da quitosana como agente encapsulante, alm de ser vivel por suas
caractersticas qumicas e estruturais, o que fazem dela um excelente agente
encapsulante para grande nmero de compostos, tambm torna sua aplicao em
alimentos interessante, pois, a mesma, sendo uma fibra alimentar apresenta
caractersticas que vo de atividade hipocolesterolmica a capacidade antimicrobiana,
tendo assim, alm de um apelo tecnolgico tambm um apelo nutricional.
Alm dos corantes serem importantes para restituir e intensificar a cor dos
alimentos, muitos corantes naturais possuem caractersticas funcionais e teraputicas,
o que abre mais um caminho para a aplicao destes corantes em matrizes
alimentares.
10
Dois corantes naturais foram escolhidos para a realizao deste trabalho,
Carmim e Curcumina. O Carmim que tem sua estrutura qumica apresentada na
Figura 1 um composto orgnico derivado da antraquinona ligada a uma unidade de
glicose. O carmim
11
tem sua colorao dependente do pH do meio, sendo vermelha em valores de pHs mais
baixos e azul na regio alcalina (Volp, et al, 2009, Constant, et al, 2002). Considerando suas
propriedades funcionais, o carmim tem sido estudado em relao aos efeitos regulatrios nas
concentraes de lipdeos plasmticos. Oliveira e colaboradores (2002) estudaram a
associao de um flavonide e do corante carmim sobre o metabolismos lipdico de ratos e
obtiveram resultados positivos reduzindo significativamente os resultados de colesterol total
e triacilgliceris e os mesmos constataram um efeito sinrgico dos compostos.
Figura 1 - Estrutura qumica do cido carmnico.
Fonte: Adaptado de Volp, Rene, Stringueta (2009).
A curcumina um composto fitoqumico proveniente do rizoma do aafro (Curcuma
longa). O principal componente extrado da Crcuma a curcumina, pigmento insolvel em
gua e cor amarelo limo brilhante e alaranjado (Figura 2). Responsvel por aes bioativas,
como a sua ao antioxidante, estudos relatam sua eficcia na inibio da promoo e
progresso do cncer, principalmente o de pele, mama (Dowhan e Collins, 2000) e clon
(Jhonson,2007).
Figura 2 - Estrutura qumica da curcumina.
Fonte: Adaptados de Volp, Rene, Stringueta (2009).
Sendo assim os objetivos principais deste trabalho foram estudar e comparar a
encapsulao dos corantes naturais curcumina e o carmim em matriz polimrica de
quitosana na forma de microesferas preparadas pelo mtodo de coacervao; estudar a
12
liberao destes corantes individuais e em mistura, utilizando o pH e a temperatura como
formas de liberao do corante e aplicar o corante encapsulados em balas de gelatina, um
produto bastante consumido pelo pblico infantil e que atualmente so produzidas utilizando
corantes artificiais.
13
CAPTULO 2
APRESENTAO
Esta dissertao encontra-se dividida nos seguintes captulos: Nos Captulos 1 e 2
esto a introduo do trabalho e a apresentao do mesmo. O Captulo 3 traz um artigo de
reviso que discorre sobre o uso da quitosana como agente encapsulante e a aplicao de
microesferas de quitosana em diversas reas. Outro artigo explicando a metodologia da
produo das microesferas de quitosana aplicadas neste trabalho apresentado no Captulo
4, alm de algumas anlises que caracterizam a microesfera. Nos Captulos 5 e 6 so
apresentados dois artigos que estudam a aplicao das microesferas como adsorvente de
corantes naturais. No captulo 5 so relatados os dados obtidos nos ensaios de cintica e a
aplicao de alguns modelos para impregnao de corantes naturais industriais em soluo
de mistura na proporo de 1:5. No captulo seguinte, foram utilizados corantes com teores
de pureza mais elevados a fim de se obter uma melhor encapsulao, neste captulo a
proporo da mistura dos corantes foi de 1:1; dados como cintica, aplicao de modelos,
isotermas de adsoro e cintica de liberao entre outras anlises, completam o captulo. O
Captulo 7 apresenta um artigo onde as microesferas encapsuladas foram aplicadas em
matriz alimentar, no caso, balas de gelatina, a fim de verificar a aplicabilidade dos corantes
encapsulados. Para finalizar o trabalho o Captulo 8 apresenta algumas sugestes para
trabalhos futuros.
14
CAPTULO 3
Artigo submetido Revista beroamericana de Polmeros.
A TECNOLOGIA DA MICROENCAPSULAO ATRAVS DAS
MICROESFERAS DE QUITOSANA
Grasiele M. MATT1*
; Sirlei da ROSA1
1) Programa de Ps Graduao em Tecnologia de Alimentos UTFPR Universidade Tecnolgica Federal do
Paran. Avenida Brasil, 4232. CEP: 85884-000.
Correio eletrnico: sirleirosa@gmail.com
Chitosan is a natural amino polysaccharide, biodegradable, hydrophilic, biocompatible and low toxicity
and can be found in the wall of microorganisms, especially in Mucor species, but especially in crustacean shells
waste from the fishing industry. By owning several functional characteristics chitosan has emerged as an
excellent encapsulating agent, either through the formation of microcapsules or microspheres. Several studies
have been conducted to demonstrate the efficiency of chitosan microspheres in adsorption, protection and release
of active compounds, thus benefiting, several segments, including pharmaceutical, food, agribusiness, chemical,
biomedical and cosmetics.
KEYWORDS: chitosan, microencapsulation, microspheres of chitosan.
Resumo A quitosana um aminopolissacardeo natural, biodegradvel, hidroflico, atxico e biocompatvel que
pode ser encontrada na parede de micro-organismos, especialmente nas espcies Mucor, mas principalmente nas
cascas de crustceos oriundos dos resduos da indstria pesqueira. Por possuir diversas caractersticas funcionais
a quitosana tem se destacado como um excelente agente encapsulante, seja atravs da formao de microcpsulas
ou de microesferas. Diversos estudos tm sido realizados a fim de demonstrar a eficincia das microesferas de
quitosana em adsorver, proteger e liberar compostos ativos e resduos, beneficiando assim, diversos segmentos
como: farmacutico, alimentar, agroindustrial, qumico, biomdico e de cosmticos.
PALAVRAS CHAVES: quitosana, microencapsulao, microesferas de quitosana.
1 INTRODUO
A microencapsulao um processo no qual ocorre a formao de partculas em escala
micromtrica, onde um ingrediente ativo coberto por uma fina camada de outro material, que
possibilita o isolamento e a manuteno das caractersticas ideais de uma substncia e com
isso, protege o ativo de meios adversos, estabilizando o produto e aumentado sua vida til.[1].
Os agentes encapsulantes normalmente empregados na microencapsulao so: hidrocolides
de goma vegetal, gelatina, amidos modificados, dextrinas, lipdeos, emulsificantes, entre
outros [2].
No processo de microencapsulao as micropartculas formadas podem ter a forma de
microcpsulas ou microesferas [3; 4]. Enquanto as microcpsulas so partculas onde o ativo
se encontra envolto por uma camada do agente encapsulante, as microesferas so
mailto:sirleirosa@gmail.com
15
micropartculas onde o material ativo est disperso por toda a matriz que composta por um
material homogneo; neste caso, o material encapsulado pode ser incorporado matriz
polimrica atravs do processo de adsoro, ou tambm, ligado covalentemente [3].
A quitosana um copolmero linear, composto por monmeros de D-glicosamina e
resduos de N-acetil D-glicosamina, que so distribudos aleatoriamente e ligados por ponte
glicosdicas -(14) [5]. Este polmero natural pode ser encontrado na parede micro-
organismos, como o fungo Mucor [6]; mas proveniente, principalmente, da desacetilao da
quitina, um dos polmeros mais abundantes na natureza e disponvel em grande quantidade na
indstria pesqueira, na forma de subprodutos [7; 8; 6].
Devido s caractersticas, tais como: abundncia, atoxicidade, hidrofobicidade,
biodegradabilidade, biocompatibilidade, atividade antimicrobiana e, tambm, por sua
configurao qumica, a quitosana vem sendo empregada na preparao de filmes, gis,
microcpsulas e microesferas sendo designada para diversos fins em reas tecnolgicas, como
por exemplo, a biotecnolgica, de cosmticos e de processamento de alimentos [9], produtos
biomdicos e, principalmente em sistemas de liberao de compostos ativos [10; 11].
Contudo, este trabalho tem por objetivo, demonstrar as possibilidades da aplicao de
microesferas de quitosana em diversas reas, reunindo informaes sobre os mtodos de
processamento e aplicaes.
2 MICROENCAPSULAO
A microencapsulao definida como a tecnologia de empacotamento de materiais
ativos na forma de slidos, lquidos ou at mesmo gasosos; estes materiais so encapsulados
em camadas polimricas que podem vir a liberar o material sob condies especficas e, ainda,
em taxas controladas de velocidade e quantidade [12]. Gharsallaoui et al. [13], definem esta
tcnica como um processo em que pequenas partculas ou gotculas so cercadas por um
revestimento ou so incorporados uma matriz homognea ou heterognea para se obter
pequenas cpsulas com diversas propriedades teis.
Segundo R [14] a microcpsula surgiu da idealizao do modelo celular onde a
membrana que envolve e protege o citoplasma exerce a funo de controlar a entrada e a sada
do material da clula. Gibbs et al. [12] denominam o material encapsulado como o agente
ativo ou ncleo e o material que cobre esse ativo como membrana, carregador, ou ainda, como
mais comumente denominado, parede. As partculas obtidas pelos processos de
16
microencapsulao podem ter tamanhos que variam de micrmetros a alguns milmetros e
apresentarem diferentes formas, dependendo do material e do mtodo usado para a sua
preparao [15; 16].
As primeiras tentativas do uso da tcnica de microencapsulao foram registradas na
dcada de 30 e a partir deste momento, esta tcnica vem sendo estudada e empregada em
diversas reas industriais, sobretudo nas reas farmacutica, qumica, agroqumica e
alimentcia, onde vem sendo cada vez mais explorada quanto a encapsulao de clulas vivas
como os micro-organismos probiticos e enzimas, compostos volteis responsveis pelo
aroma e sabor dos alimentos, acidulantes, e tambm, os corantes [11; 16]. Devidos aos
ingredientes microencapsulados, muitos produtos que foram considerados tecnicamente
inviveis antes, so agora possveis [17; 13].
Alguns autores citam os motivos para o uso da microencapsulao: capacidade de
modificar e melhorar a aparncia de uma substncia; reduzir a reao do agente ativo com o
ambiente em que o mesmo ser aplicado; diminuir a velocidade de difuso do agente ativo do
interior da clula para o meio, promovendo a liberao controlada; mascarar odores e sabores
desagradveis; e, finalmente, facilitar uma diluio homognea do material encapsulado em
uma formulao alimentcia [18; 19]. Enfim, a microencapsulao pode proporcionar uma
barreira fsica entre o composto do ncleo e os outros componentes do produto onde a
capacidade de reteno destes ncleos regulada pela sua funcionalidade qumica,
solubilidade, polaridade e a volatilidade do agente encapsulante [13].
2.1 Micropartculas: Microesferas e Microcpsulas
Quanto a morfologia, estas micropartculas so classificadas segundo a sua estrutura,
podendo ser microcpsula quando esta possuir um ncleo com o material ativo, rodeado por
uma membrana que ser composta pelo agente de parede, ou ainda, pode ser classificada como
microesfera quando o material ativo est disperso por toda a matriz polimrica composta por
uma matriz homognea e, neste caso, o material encapsulado pode ser incorporado matriz
polimrica atravs da adsoro ou ligao covalente, conforme ilustrao da Figura 1 [3; 20;
21].
17
Figura 1 - Ilustrao esquemtica para a microencapsulao de compostos.
2.2 Mtodos de encapsulao
Atualmente, quase todo material que necessite ser protegido, isolado de outros compostos,
ou at mesmo, ter sua liberao controlada, pode ser encapsulado. Tendo em vista a
importncia desta tcnica, uma grande ateno deve ser dedicada escolha do mtodo a ser
utilizado para a encapsulao onde o mesmo deve estar de acordo com a aplicao que ser
dada micropartcula, tamanho desejado da cpsula, mecanismo de liberao do ncleo e as
propriedades fsico-qumicas tanto do agente ativo quanto do material encapsulante [16].
Alguns pesquisadores [16;17;22] citam que os mtodos de preparao de micropartculas
classificam-se:
a) Mtodos Fsicos: Spray drying (secagem em atomizao); Spray chiling (nebulizao
em corrente ar frio); Spray cooling, co-cristalizao e liofilizao.
b) Mtodos Qumicos: Incluso molecular e polimerizao interfacial;
c) Mtodos Fsico-qumicos: coacervao, separao de fase orgnica em formao de
lipossomas
2.3 Agentes encapsulantes
Por ser a substncia que manter o ativo protegido do meio, ou ainda, ser a matriz onde o
ativo estar distribudo, a escolha do material encapsulante para determinado ativo deve seguir
alguns critrios; dentre eles, pode-se citar de preferncia a baixa viscosidade em altas
concentraes, a fcil manipulao durante o processo, com baixa higroscopicidade, a
capacidade de transformar lquido em slido para uso em sistemas secos, no ser reativo com
o composto a ser encapsulado e, proteger o ativo quanto s condies adversas (luz, acidez,
oxignio, calor e outros compostos presentes) e ainda, possuir as propriedades desejadas de
18
liberao do ingrediente encapsulado; alm de no possuir sabor desagradvel e finalmente, ter
baixo custo [23; 24].
De acordo com Suave et al. [17] os materiais mais utilizados como encapsulantes so:
a) Carboidratos: amido, dextrinas, acar, xarope de milho, celuloses e a quitosana;
b) Gomas: goma arbica, alginato de sdio, carragena;
c) Lipdeos: cera, parafina, triestearina, cido esterico, monoglicerdeos e diglicerdeos,
leos e gorduras hidrogenadas;
d) Polisteres naturais: poli(hidroxialcanoatos), tais como poli (3-hidroxibutirato)
P(3HB), poli (3-hidroxivalerato) P(3HV) e seus copolmeros;
e) Polmeros sintticos: poli (D, L-cido lctico) (PDLA), poliacrilatos, copolmeros de
polietileno-co-propileno, poli (-caprolactona) (PCL);
f) Protenas: glten, casena, gelatina, albumina;
3 QUITOSANA
O incio da histria da quitosana data dos anos de 1859 quando pesquisadores
discutiram a forma desacetilada deste polmero; mas somente nas ltimas dcadas que este
polmero vem sendo explorado em aplicaes industriais e isso devido o aumento da sua
importncia por ser uma fonte renovvel e biodegradvel e, tambm pelo conhecimento da sua
funcionalidade nas aplicaes tecnolgicas [25- 27].
A quitosana um aminopolissacardeo natural, biodegradvel, hidroflico, atxico e
biocompatvel; pode ser encontrada na parede de micro-organismos, especialmente nas
espcies Mucor [6]; obtida principalmente a partir da desacetilao da quitina. Esta, tida
como o segundo polmero mais abundante na natureza e proveniente, comercialmente, a partir
de cascas de camaro e sir disponveis em grandes quantidades na indstria pesqueira como
subprodutos [6-8].
A estrutura qumica da quitosana (Figura 02) formada pelos copolmeros (14)
2-amino 2-desoxi-D-glicose e -(14) 2- acetamida 2-desoxi-D-glicose com a presena do
grupo amino e grupos hidroxila primrio e secundrio [5; 28].
Figura 2 - Ilustrao esquemtica da estrutura da quitosana.
19
A quitosana um biopolmero cujo grau de desacetilao, massa molar e o contedo de
impurezas dependem das fontes naturais da matria-prima e dos mtodos de preparao; pode
ser facilmente dissolvida em solues cidas em funo da protonao dos seus grupos
amnicos livres, caractersticos da quitosana in natura, sendo o cido actico o solvente mais
empregado [22; 27]. Outra caracterstica importante da quitosana est relacionada a
possibilidade de modificaes estruturais podendo-se obter diversas formas de interaes
qumicas e resistncia mecnica, atravs da reticulao [28].
Os usos da quitosana e seus derivados na indstria agroindustrial e alimentcia
envolvem o recobrimento de sementes, a proteo de alimentos atravs de sua caracterstica
antimicrobiana, formao de biofilmes, clarificao de sucos de frutas e, tambm, como
suplemento alimentar para a reduo de peso e do colesterol em seres humanos (9).
Muitos pesquisadores relatam os efeitos positivos da ingesto de quitosana, Damian e
demais pesquisadores [6] citam os fatores responsveis pelo efeito hipocolesterolmico da
dieta fibrosa; dentre elas, esto a indigestabilidade no trato digestrio superior, alta
viscosidade, natureza polimrica e a baixa afinidade pela gua no trato digestrio inferior. Um
dos primeiros estudos realizados para testar o poder hipocolesterolmico da quitosana foi
realizado por Sugano et al. [29]; estes pesquisadores submeteram ratos alimentao
controlada de colesterol e quitosana por um determinado perodo de tempo, e concluram que a
quitosana reduziu significativamente o nvel de colesterol no plasma e no fgado, mostrando
que a quitosana se mostrava um eficaz agente hipocolesterolmico. Ormond et al. [30]
realizaram o primeiro estudo correlacionando a diminuio do colesterol atravs da quitosana
e a inibio da aterognese. Cherem e Bramorski [31] tambm relataram a eficincia da
quitosana como inibidor da absoro da gordura pelo intestino.
Alm da sua capacidade de inibir a absoro de gordura pelo intestino, a quitosana
possui capacidade antimicrobiana e antifngica. Esta caracterstica do polmero pode estar
relacionada s interaes eletrostticas entre os grupos aminas da quitosana e os stios
aninicos na parece celular do microrganismo devido presena de resduos de cido
carboxlico e de fosfolipdios [32]. Cai et al. [33] estudaram um complexo entre quitosana e
nisina e inibiram o crescimento de micro-organismos. Rodriguez-Nues et al. [18] comparam
a atividade antimicrobiana da quitosana em filmes, ou seja, em plsticos revestidos com
quitosana e em solues de quitosana, os mesmos concluram que as solues foram as que
obtiveram os melhores resultados de inibio para Salmonella typhimurium e Staphylococcus
aureus. Botrel et al. [34] estudaram a quitosana como uma barreira protetora (filme) em alhos
20
minimamente processados e concluram que a quitosana ajudou a manter as caractersticas do
alho. Camili et al. [35] aplicaram a quitosana em cachos de uva Itlia e constataram
positivamente, que houve a inibio do crescimento de patgenos.
Com o aumento do interesse pelo uso de substncias bioativas, como o potencial de
atividade antimicrobiana, muitos estudos tm sido realizados a fim de comprovar e
potencializar esta funo, utilizando outros compostos juntamente com a quitosana, como por
exemplo, o uso de leos essenciais e outros compostos presentes naturalmente em alimentos
[36; 37].
Outros estudos que apontam a capacidade antimicrobiana da quitosana, tambm so
realizados na rea biomdica [38]. A liberao controlada de frmacos uma das reas em que
a quitosana apresenta seus benefcios e tem encontrado grandes aplicaes [9] onde muitos
estudos tm sido realizados para desenvolver sistemas seguros de liberao de frmacos a
partir da quitosana [25]. Liu et al. [39] estudaram um sistema de gelificao in situ feito a
partir de quitosana na presena de bicarbonato de sdio e o estudo apresentou resultados
eficazes na administrao de medicamentos injetveis. Por ser tambm, um polmero muco
bioadesivo, a quitosana aumenta o tempo de permanncia de uma formulao na cavidade
bucal e isto pode auxiliar na penetrao do frmaco e melhorar sua eficincia e aceitabilidade
[40].
4 MICROESFERAS
Os estudos sobre as tcnicas de microencapsulao utilizando o formato de
microesferas iniciaram-se na dcada de 1930; entretanto, foi a partir de 1960 que as pesquisas
avanaram e as indstrias comearam a usufruir desta tcnica. As microesferas podem ser
definidas como um sistema matricial micromtrico, composto de partculas aproximadamente
esfricas em uma faixa de tamanho que vai de 1 a 1000 m, utilizando como principal
matria-prima, polmeros biodegradveis e biocompatveis [41]. A aplicao desta tcnica tem
como principais objetivos: a proteo dos ativos contra agentes agressores externos, como:
temperatura, oxidao, interao com outros compostos, luz, umidade, calor, acidez e a
possibilidade de modificao e controle da liberao de substncias encapsuladas; ou seja,
controlar a liberao do ativo para o meio [42].
So diversas as reas que lanam mo desta tecnologia e usam as microesferas como
matriz para encapsular compostos ativos, principalmente aqueles que necessitam de liberao
controlada e, com isso, a escolha do agente encapsulante para este mtodo de encapsulao
21
depende uma srie de fatores, dentre eles a no reatividade com o agente de ncleo, o processo
a ser utilizado para a formao da micropartcula e o mecanismo de liberao ideal do ativo
[16].
Para o desenvolvimento das microesferas, existe uma grande variedade de polmeros
biodegradveis, que podem ser sintticos ou naturais, embora, poucos sejam biocompatveis.
Entre os sintticos, tm-se, os polmeros e co-polmeros dos cidos ltico e gliclico, que esto
entre os mais utilizados devido a sua segurana e uso autorizado para aplicaes em humanos
[43; 42]. Entre os naturais tem-se a albumina [1], gelatina [44], colgeno [45] e tambm a
quitosana [46; 47].
Liu et al. [48] estudaram o tempo de liberao de frmacos em microesferas de
etilcelulose com o objetivo de aumentar o tempo de liberao e concluiram que esta tcnica
pode ser vantajosa para doenas estomacais. Com microesferas de alginato, Rastogi et al. [49]
encapsularam com sucesso o frmaco isoniazida.
5 MICROESFERAS DE QUITOSANA
A quitosana tem se tornado objeto de grande interesse industrial e o desenvolvimento
de novos materiais baseados neste polmero para aplicaes tecnolgicas e biomdicas, tem se
tornado um campo de pesquisa muito atraente [27]. Por possuir carter semicristalino, a
utilizao da quitosana em alguns casos, pode no ser eficiente, mas com o desenvolvimento
das microesferas esse inconveniente pode ser diminudo, pois, as microesferas possuem carter
amorfo [22].
Dentre as aplicaes j citadas de quitosana, as microesferas so especialmente
utilizadas como potencial carreador para liberao controlada de frmacos e compostos
bioativos, macromolculas, vetorizao, aumento de biodisponibilidade de substncias
degradveis e aumento da absoro de substncias hidroflicas atravs das camadas epiteliais
[42].
5.1 Mtodos para a preparao de microesferas de quitosana
A preparao destas micropartculas pode ser realizada de diversas maneiras; so
considerados aspectos como a hidrofobicidade, a lipofilicidade e a estabilidade trmica do
agente a ser encapsulado [22].
Um dos mtodos de produo de microesferas comumente propostos a gelificao
ionotrpica, onde a soluo do polmero extrusada atravs de uma agulha em soluo
22
coagulante, e, em seguida, as esferas so lavadas em gua destilada e secas em temperatura
ambiente [42]. Ma e Liu [50] preparam microesferas de quitosana atravs deste mtodo e os
resultados sugerem ser um mtodo eficaz para a liberao controlada de protenas.
A Coacervao tambm outro mtodo muito utilizado para a preparao de
microesferas e uma das tcnicas mais antigas; a coacervao pode ser simples, onde o
polmero solubilizado e um soluto adicionado formando um derivado insolvel com a
conseqente precipitao, ou pode ser complexa, onde a micropartcula ser formada pela
interao interinica entre polmeros de cargas opostas [51].
Horst [24] estudou a encapsulao de corantes utilizando ambas as tcnicas e observou
uma maior impregnao do corante na matriz quando utilizou a coacervao complexa entre
quitosana e alginato. Zhang et al. [52] utilizaram microesferas coacervadas de gelatina e goma
arbica reticuladas com cido tnico e observaram alto rendimento de encapsulao de
isotiocianato de alila, um composto responsvel pelo sabor pungente da mostarda.
O mtodo de Emulsificao com evaporao de solvente considerado um mtodo
simples; este mtodo envolve a formao de uma emulso entre a soluo polimrica e uma
fase contnua imiscvel. A emulso submetida agitao at que o solvente seja evaporado,
ocorrendo assim a conseqente solidificao da microesferas que podem ser centrifugadas
e/ou liofilizadas para obterem-se as microesferas secas [42]. A microencapsulao da
azitromicina tambm j foram realizados utilizando este mtodo em estudos de liberao
controlada de frmacos [53].
A tcnica de spray drying vem sendo bastante estudada e utilizada por diversos
segmentos industriais, pois apresenta vantagens, como por exemplo, a grande disponibilidade
de equipamentos, baixo custo do processo, a aplicao de ampla variedade de agentes
encapsulantes, excelente reteno de compostos volteis e estabilidade do produto final que
justificam sua aplicao [42]. Utilizando esta tcnica Jyotsna e Rajendra [10] encapsularam
benzoato de rizatriptan em microesferas de quitosana para um sistema de liberao nasal de
medicamento. Com o objetivo de desenvolver um mtodo de administrao oral de vitamina
C, Desai e Park [11] encapsularam este composto em microesferas de quitosana reticulada
com tripolifosfato utilizando a tcnica de spray drying.
5.2 Aplicaes de microesferas de quitosana
A quitosana tem atrado ateno como matriz para a liberao controlada de
frmacos, pois possui caractersticas biofarmacuticas interessantes; citam-se: sensibilidade ao
23
pH, biocompatibilidade e baixa toxicidade, alm de ser metabolizada por certas enzimas, o que
a torna biodegradvel [27].
A Figura 3 apresenta uma ilustrao do funcionamento da liberao de um frmaco ou
outro composto ativo encapsulado em uma microesfera.
Figura 3 - Esquema de liberao de substncias ativas a partir de microesferas [41].
A liberao do agente encapsulado muito dependente da geometria da partcula e do
agente encapsulante; estes fatores que ditaro o mecanismo de liberao (efeitos de ao do
solvente, difuso, degradao, fratura), qualquer tipo de estmulo (pH, estresse mecnico,
temperatura, atividade de enzimatca, tempo, fora osmtica, entre outros) pode ocasionar a
liberao do ativo encapsulado [11; 54].
De acordo com Bazzo et al. [55] em matrizes hidroflicas observa-se dois estgios que
normalmente vo regular a liberao do encapsulado; o primeiro, observa-se o efeito burst
que est relacionado solubilizao rpida no meio de liberao do agente ativo livre, presente
na camada superficial da cpsula e onde acontece o inicio do intumescimento, ou
inchamento, da microesfera. Aps o completo intumescimento da matriz polimrica, inicia-se
a difuso do agente ativo para o meio a ser liberado. A entrada da gua intumesce a
microesfera, forma-se um gel hidratado, atravs do qual o ativo deve passar pela dissoluo e
difuso para o meio aquoso [54].
A tecnologia de sistemas de liberao controlada de frmacos tem sido estudada em
detalhes nos ltimos 30 anos, desde ento, cada vez mais surgem pesquisas relacionadas rea
[27]. Park et al [20] realizaram estudos para verificar a eficincia da entrega direta do
frmaco ofloxacina, um frmaco utilizado no tratamento de tuberculose (Mycobacterium
tubercolis). A aplicao foi direta aos pulmes atravs de emulses contendo o frmaco
encapsulados em microesferas de quitosana reticuladas com glutaraldedo. Eles observaram
24
que o sistema proposto pode melhorar a eficincia da entrega da ofloxacina para os pulmes, o
que pode diminuir o perodo de tempo que seria necessrio para curar a doena, que
atualmente atravs do uso de medicamentos por via oral, levaria 6 meses. A encapsulao de
bacterifagos, utilizados em recentes estudos como substitutos de antibiticos, tambm foram
eficientemente encapsulados em microesferas de quitosana e alginato [50]. Estudo realizado
com insulina em microesferas de quitosana ingerido por via oral apresentou efeito anti
hiperglicmico em ratos com diabete induzida, mostrando assim, o potencial desta
micropartcula em aumentar a disponibilidade de substncias degradveis (56; 42].
Paracetamol e acetaminofeno foram eficientemente encapsulados em microesferas de
quitosana reticulada com tripolifosfato e a liberao da droga foi controlada, principalmente
pela densidade apresentada pela matriz da microesfera. [11].
Seguindo a mesma linha a microencapsulao de compostos bioativos, como os
nutracuticos, ou os funcionais, outra rea que tambm chama ateno para a aplicao das
microesferas. Estes alimentos podem ser probiticos e prbioticos, alimentos sulfurados,
nitrogenados, pigmentos e vitaminas, compostos fenlicos, cidos graxos poliinsaturados e
fibras (21). Desai e Park [11] (2004) encapsularam Vitamina C em microeferas de quitosana
reticulada com tripolifosfato de sdio, a fim de utilizar a funo nutracutica da vitamina C e
administr-la por via oral e eles concluram que sua liberao ocorreu atravs de difuso.
Extrato de folha de oliveira rica em compostos fenlicos, microencapsulados em microesferas
de quitosana, foram estudadas por Kosaraju et al. [57] para obter um sistema de carregamento
de antioxidantes. Estudo com encapsulao de polifenis, tambm foi proposto por Peng et al.
[46] que encapsularam resveratrol em microesferas de quitosana reticulada com vanilina e e
eles concluram que este sistema aumentou significativamente a estabilidade do polifenol
estudado. Estudos tambm foram realizados a fim de encapsular fitoterpicos [28]. Harris et
al. [58] encapsularam extratos de Ilex paraguariensis em matriz de quitosana e verificaram a
eficincia do sistema na proteo do composto ativo e na liberao adequada do composto
para o meio; os autores sugerem este sistema com o ativo ideal para uso como nutracutico, ou
tambm, em cosmticos.
Estudos relatam a microencapsulao de corantes naturais em microesferas de
quitosana para aplicao em nutracuticos em alimentos funcionais e focam no estudo da
liberao destes corantes, em um meio adequado, a fim de colorir uma matriz alimentar. Horst
et al [24] estudaram a encapsulao de antocianinas, Parize et al. [54] estudaram o corante
urucum, um corante natural com ao antioxidante.
25
Existem diversas aplicaes sendo estudadas para as microesferas de quitosana; alm
das citadas, destaca-se o uso deste sistema com algumas modificaes estruturais na matriz
polimrica, para o tratamento de efluentes industriais. Kimura et al. [59] estudaram atravs do
mtodo de adsoro, a remoo de corantes reativos de efluentes txteis e observaram
resultados positivos usando microesfera de quitosana. Laus et al. [60] adsorveram em
microesferas de quitosana, a acidez, o ferro (III) e o Mangans (II) de guas contaminadas da
indstria extrativa de carvo. Estudos tambm foram realizados a fim de remover
macromolculas como as protenas de efluentes e tambm para encapsular e proteger estes
compostos. [52; 28].
Vitali et al. [61] estudaram a microencapsulao de sulfoxina em microesferas de
quitosana, e, propuseram um novo adsorvente para ons metlicos, como o Cu(II) e os
resultados obtidos mostraram que este adsorvente, poderia ser testado em processos de
separao e pr-concentrao de ons metlicos, tanto em solues aquosas, quanto em guas
naturais. Laus et al. [60] utilizaram a mesma matriz, porm, realizaram a reticulao da
microesfera com tripolifosfato e esta se mostrou um material promissor para a remoo de
ferro e mangans de guas contaminadas pela minerao de carvo. Microesferas polimricas
foram desenvolvidas com o intuito de adsorver o boro de guas contaminadas [45].
6 CONCLUSO
As funes apresentadas pela quitosana, como, biocompatibilidade,
biodegradabilidade, perfil atxico, entre outros citados que caracterizam este polmero como
um material bastante estudado e explorado, seja em sua forma natural, seja em filmes, micro
ou nanopartculas, ou ainda, atravs de microesferas em diversos setores, como por exemplo,
agroindustrial, alimentar, farmacutico, cosmtico, biomdico e ambiental. Suas propriedades
biolgicas abrem grandes oportunidades de pesquisa e aplicaes na liberao de frmacos e
nutracuticos, alm da sua atividade antimicrobiana, hipocolesterolmica na reduo de peso
corporal.
A quitosana, alm de ser um material proveniente de um subproduto da indstria
pesqueira, tambm est em evidncia por ser um excelente agente encapsulante na proteo de
compostos suscetveis a instabilidades e oxidaes atravs de matrizes na forma de
microesferas. Diversos estudos foram citados neste trabalho, a fim de demonstrar a amplitude
e a importncia deste polmero em aplicaes industriais. Os principais estudos de
microesferas de quitosana esto voltados para a rea farmacutica, porm, por ser uma fibra, e
26
possuir tambm caractersticas funcionais, podem ter sua aplicao ampliada na indstria
alimentcia; ou seja, as microesferas podem ser excelentes agentes de liberao de compostos
bioativos em alimentos, alm de diminuir a suscetibilidade de algumas matrizes alimentares a
microrganismos patognicos.
Tendo em vista o exposto neste trabalho considera-se que o interesse pelo emprego da
quitosana por suas diversas pontencialidades poder ser ampliado permitindo que mais
pesquisas sejam realizadas.
REFERNCIAS
1. Almond AB, Hadba AR, Freeman ST, Cuevas, BJ, York, AM, Detrisac CJ, Goldberg E, J. control. Release, (91), 147 (2003)
2. Stringheta PC, Constant, PB, Boletim da Sociedade Brasileira de Cincia e tecnologia de alimentos, (36) (2002)
3. Madene A, Jacquot M, Scher J, Desobry, Int. J Food Sci Tech , (41), 1 (2006) 4. Mendes, LG, 2012, 132f. Dissertao (Mestrado em tecnologia de alimentos),
Universidade Federal do Cear, Fortaleza CE.
5. Couto DS, Hong Z, Mano JF, Acta Biomaterialia, (5), 115 (2009) 6. Damian C, Beiro LH, Francisco A, Espirito Santo MLP, Teixeira E, Revista Alimentos
e Nutrio. (16), 195 (2005)
7. Guibal E, Sep Purif Technol, (38), 43 (2004) 8. Assis OBG, Leoni AM, Revista Biotecnologia Cincia e Desenvolvimento, (6) (2003) 9. Filho SPC, Cardoso MB, Signini R, Revista de Processos Qumicos, (2), 9 (2007) 10. Chavan Jyotsna D, Doijad Rajendra C, Int J. of Pharm Tech Research, (2), 2391 (2010) 11. Desai KGH, Park HJ, Drug Develop Res, (64), 114 (2005) 12. Gibbs BS, Kermasha S, Alli I, Mulligan CN, International Journal of Food Sciences
and Nutrition, (50), 213 (1999)
13. Gharsallaoui A, Roudaut G, Chambin O, Voilley A, Saurel R, Food Res. Int., (40), 1107 (2007)
14. R MI,. Cincia Hoje, 27(162), 24 (2006) 15. Desai KGH, Park HJ, Drying Technology, (23), 1361 (2005) 16. Favaro Trindade CS, Pinho SC, Rocha GA, Brazilian Journal Food of Technology,
(11), 103 (2008)
17. Suave J, Dallangol EC, Pezzin APT, Silva DAK, Meier MM, Soldi V, Revista Sade e Ambiente, (7), (2006)
18. Rodrguez-Nes JR, Lpez-Cervantes J, Snchez-Machado DI, Wong BR, Chavez PT, Rocha MOC, Int. J. Food Sci. Tech, (47), 2127 (2012)
19. Silva C, Ribeiro A, Ferreira D, Veiga F, Revista Brasileira de Cincias Farmacuticas, (39), (2003)
20. Park J, Jin H, Kim D, ChunG S, Shim W, Shim C, Int. J. Pharm., (12),.8 2012 21. Moraes FP, Colla LM, Revista Eletrnica de Farmcia (3), 2 (2006) 22. Silva HSRC, Santos KSCR, Ferreira EI, Qum Nova, (29), 776 (2006) 23. Santos AB, Ferreira VP, Grosso CRF, Revista Biotecnologia Cincia e
Desenvolvimento. Disponvel em:
http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio16/16_micro.pdf. Acesso em 02/12/2012.
http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio16/16_micro.pdf.%20Acesso%20em%2002/12/2012
27
24. Horst BL, Parize AL, Souza TCR Microencapsulao do corante natural antocianina em matriz polimrica de quitosana utilizando tartarato de sdio e potssio como soluo
de impregnao. In: 10 Congresso Brasileiro de Polmeros, 2009, Foz do Iguau.
Livro de Resumos do 10 CBPol, 2009.
25. Dodane V, Vilivalam VD Elsevier Science Ltd - PSTT. (1), 6 (1998). 26. Azevedo VVC, Chaves AS, Bezerra DC, Lia Fook MV, Costa ACFM Revista
Eletrnica de Materiais e Processos, (23), 27 (2007)
27. Laranjeira MCM, Fvere VT, Qum Nova, (32) 672, (2009) 28. Torres AAFN, Souza, JMO, Amorim AFV, Lima MLM; Arajo RS, In: IV Congresso
de Pesquisa e Inovao da Rede Norte e Nordeste de Educao Tecnolgica. Belm,
2009.
29. Sugano M; Fujikawa T; Hiratsuji Y; Hasegawa Y, Nutr. Rep. Int., (18), (1978) 30. Ormrod DJ, Holmes CC; Miller TE, Atherosclerosis, (138), 329 (1998) 31. Cherem AR, Bramorski A, Revista Brasileira de Cincias Farmacuticas, (44, (2008) 32. Hejazi R, Amiji M, J. Contro.l Res., (89), 151 (2003) 33. Cai J, Yang J, Wang C, Hu Y, Lin J, Fan L, J. Appl. Polym. Sci., (116), 3702 (2010) 34. Botrel DA, Soares NFF, Geraldine RM, Pereira RM, Fontes EAF, Cincia Tecnologia
Alimentos, (27), 32 (2007)
35. Camili EC, Benato EA, Pascholati SF, Cia P, Summa Phytopathologica, (33), 215, (2007)
36. Zivanovic S, Chi S, Draughon AF, Food Microbiology and Safety (70), 2005. 37. Giner MJ, Vegara S, Funes L, Mart N, Saura D; Micol V, Valero M, J. Sci. Food
Agriculture (92), 1917, (2012)
38. Eldin MSM, Soliman EA, Hashem AI, Tamer TM, Advanced in Polymer Technology (31), .414 (2012)
39. Liu L, Tang X, Wang Y, Guo S, Int. J. Pharm. (414), 6 (2011) 40. Senel S, Kremer MJ, Kas S, Wertz PW, Hincal, AA, Squier CA, Biomaterials, (21),
2067 (2000)
41. Tewes F, Boury, F.E, Benoit JP, Patent: WO2007072106 A1 (2006). 42. Oliveira FBF Campinas, 2005, 118f. Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de
Engenharia Qumica
43. Amass W, Amass A, Tighe B, Polym. Int, (47), 89 (1998) 44. Boanini E, Bigi A, J. Colloid Interface Sci., (362), 594, (2011) 45. Wolska J, Bryjak, Desalination (283), 193, (2011) 46. Peng H, Xiong H, Li J, Xie M, Liu Y, Bai C, Chen, Food Chemestry, (121), 23, (2010) 47. Zeng M, Zhang X, Shao L, Qi C, Zhang XM, J. Organomet. Chem., (704), 29 (2012) 48. Liu Y, Zhang J, Gao Y, Zhu J, Int. J. Pharm., (413), 103, (2011) 49. Rastogi R, Sultana Y, Aqil M, Ali A, Kumar S, Chuttani K, Mishra AK, Int. J. Pharm.,
(334), 71, 2007
50. Ma L, Lui C, Colloids and Surfaces: Biointerfaces, (75), 448 (2010) 51. 51 Schrooyen PMM, Meer RVD, Kruif CG, Proceedings of the Nutrition Society, (60),
475, (2001)
52. Zhang ZQ, Pan CHP, Chung D, Food Res Int., (44), 1000, (2011) 53. Li X, Chang S, Dua G, Li Y, Gong J, Yang M, Wei Z, Int. J. Pharm., (433), 79 (2012) 54. Parize A, Stulzer H, Laranjeira MCM, Brighente IMC, Souza TCR In: Anais do 10
Congresso Brasileiro de Polmeros. Foz do Iguau- Pr, 2009.
55. Bazzo GC, Lemos Senna E, Gonalves MC, Pires ATN, J. Brazilian Chemistry Society, (19), 914 (2008)
56. Huang H, Tian H, Li X, Zhao G, J. Biom. Engineering, (18) (2001). 57. Kosaraju SL, Dath L, Lawrence A, Carbohydr. Polym., (64), 163, (2006)
28
58. Harris R, Lecumberri E, Mateos-Aparicio I, Mengbar M, Heras A, Carbohydr. Polym., (84), 803 (2011)
59. Kimura I, Gonalves AC, Stolberg J, Laranjeira MCM, Fvere VT, Revista Polmeros, 1999
60. Laus R, Laranjeira M.C, Martins AO, Fvere VT, Qum Nova (19), (2006) 61. Vitali L, Laranjeira MCM, Fvere VT, Qum Nova (31) 1400 (2008).
29
CAPTULO 4
O artigo ser enviado para a Revista Polmeros: Cincia e Tecnologia
ESTUDOS DA ATIVIDADE DE GUA , DO GRAU DE INTUMESCIMENTO E
CARACTERIZAO MORFOLGICA DE MICROESFERAS DE QUITOSANA
PRODUZIDAS PELO MTODO DE COACERVAO
Grasiele Mnica Matt1
Sirlei da Rosa2
gor Colin3
1 Mestranda do Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos (PPGTA) UTFPR Campus Medianeira. Avenida
Brasil, 4232, CEP, 85.884-000, Medianeira/PR/Brasil (*e-mail: grasiele_matte@hotmail.com).
2 Dr em Engenharia Qumica. Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos (PPGTA) UTFPR Campus
Medianeira. Avenida Brasil, 4232, CEP, 85.884-000, Medianeira/PR/Brasil (e-mail: sirleirosa@gmail.com) 3
Graduando em Engenharia de Alimentos. UTFPR Campus Medianeira. Avenida Brasil, 4232, CEP, 85.884-000,
Medianeira/PR/Brasil
RESUMO
Caractersticas como biocompatibilidade, biodegradabilidade e atoxidade, fazem da quitosana um dos polmeros mais estudados em reas como agroindustrial, alimentar, biomdica e farmacutica. As microesferas de quitosana tm sido amplamente estudadas, principalmente, como agente encapsulante de proteo de compostos ativos e por ocasionar a liberao controlada destes compostos. Objetivou-se neste trabalho a produo das microesferas de quitosana utilizando o mtodo de coacervao e a caracterizao dessas esferas atravs das anlises de atividade de gua, grau de intumescimento e microscopia eletrnica de varredura. Atravs das anlises foi possvel padronizar o tempo de secagem atravs da atividade de gua fixada em aproximadamente 0,53; o grau de intumescimento se mostrou dependente do pH e os resultados da microscopia eletrnica de varredura mostraram uma excelente esfericidade das amostras.
PALAVRAS CHAVES: Coacervao, atividade de gua, grau de intumescimento.
ABSTRACT
Biocompatibility, biodegradability and atoxicity make the chitosan one of the most studied polymers in areas such as agribusiness, food, biomedical and pharmaceutical industries. The chitosan microspheres have been widely studied, especially as the encapsulating agent protection active compounds and lead to the controlled release of these compounds. The objective of this work was the production of chitosan microspheres using the coacervation method and characterization of these spheres through the analysis of water activity, degree of swelling and scanning electron microscopy. Through the analysis it was possible to standardize the drying time by water activity fixed at approximately 0.53, the degree of swelling is pH dependent and showed the results of scanning electron microscopy showed an excellent sphericity of samples. KEYWORDS: ionotropic gelation, water activity, swelling.
30
1 INTRODUO
A quitosana um aminopolissacardeo natural, biodegradvel, hidroflico,
atxico e biocompatvel [1], e tambm o mais importante polissacardeo natural aps
a celulose, podendo ser encontrada em cascas de crustceos ou em paredes
celulares de fungos [2], mas principalmente obtida a partir da desacetilao da
quitina, abundantemente encontrada na natureza [3]. Comercialmente a quitosana
obtida a partir de cascas de camaro e siri sendo esta uma das vantagens de seu
uso, pois so encontrados em grande quantidade na indstria pesqueira como
subprodutos [4,5,1].
A estrutura qumica da quitosana constituda de unidades 2-amino 2-desoxi-
D-glicose e 2- acetamida 2-desoxi-D-glicose interligadas por ligaes glicosdicas (
1-4) com a presena do grupo amino e grupos hidroxila primrio e secundrio [6,7,8].
Um dos aspectos mais importantes da quitosana consiste nas diversas possibilidades
de modificaes qumicas, como quaternizao [9], acetilao [7], imobilizao de
quelantes, carboxilao, acilao, sulfonao, amidao e formao de complexo
polieletroltico, associadas a presena de grupos aminos reativos que so
distribudos pela matriz polimrica [10]. A quitosana tambm pode ser modificada
fisicamente podendo oferecer vrias formas, como: flocos, microesferas [11,3],
nanopartculas [11], membranas [12], esponjas [13], entre outras formaes.
A produo de microesferas, a partir das microesferas tem sido estudadas
como carreador potencial para a liberao controlada de frmacos e compostos
bioativos, corantes alimentcios [14-17], alm de macromolculas, vetorizao,
aumento de biodisponibilidade de substncias degradveis e aumento da absoro
de substncias hidroflicas atravs das camadas epiteliais [18].
O desenvolvimento de novos materiais com base de quitosana empregados
em inovaes tecnolgicas e biomdicas um campo de pesquisa bastante atraente.
Isto comprovado atravs da quantidade de estudos e patentes na rea [10]. H
diversos estudos aplicando microesferas de quitosana como mtodo de
encapsulao, mtodos de secagem por atomizao com spray drier [16] e tambm
nanopartculas por gelificao ionotrpica [19]. Este trabalho teve por objetivo produzir
microesferas de quitosana utilizando um mtodo de coacervao formando as
microesferas atravs da tcnica da extruso, e caracterizar atravs da microscopia
eletrnica de varredura as esferas produzidas.
31
2 MATERIAIS E MTODOS
2.1 Materiais
A quitosana empregada para preparao das microesferas foi cedida pela
empresa Polymar, e apresentava grau de desacetilao de 86%. Todos os outros
reagentes utilizados neste trabalho foram de grau analtico.
2.2 Mtodos
2.2.1 Preparao das Microesferas de quitosana
Para a preparao das microesferas o mtodo utilizado foi baseado em Parize
(2009)14 com adaptaes, onde foram dissolvidos 3 g de quitosana em 100 mL de cido
actico 5% (v/v) e o sistema foi mantido sob agitao at a completa homogeneizao da
soluo. Esta soluo foi gotejada atravs de sistema extrusor composto por uma agulha de
tamanho de 0,8mm acoplado a uma pipeta graduada, para aumentar o fluxo da soluo
viscosa de quitosana atravs o sistema extrusor, foi utilizado uma bomba de ar comprimido
da marca Tecnal modelo 058. A soluo foi gotejada em banho de precipitao, contendo
soluo de NaOH 2,0 mol.L-1. Atravs do fenmeno de inverso de fases ocorreu a
precipitao das microesferas. Aps estar em contato por 2 horas na soluo de NaOH 2,0
mol.L -1, as microesferas geleificadas foram lavadas com gua destilada at pH 7,0 e, em
seguida, secas a temperatura ambiente de aproximadamente 25C.
2.2.2 Determinao do Grau de intumescimento
A determinao do grau de intumescimento para as microesferas, foi
realizada em solues tampo com o pH entre 1 e 5. As microesferas foram
previamente secas em estufa at atingir atividade de gua constante, e em seguida
foram pesadas 30 mg de microesferas. A soluo tampo foi adicionada s esferas,
e as mesmas imediatamente levadas ao Shaker, sob temperatura de 25 0,1C e
agitao de 150 rpm. Em tempos pr-determinados de 2 em 2 minutos, as amostras
foram retiradas do sistema, secas em papel absorvente e pesadas.
O grau de intumescimento das amostras se deu atravs da Equao 1:
32
GI (%) = (Wt - Wo ) x 100 Eq. (1) Wo
onde, Wt refere-se ao peso da amostra no tempo t e Wo refere-se ao peso inicial da
amostra. As medidas foram realizadas em triplicata.
2.2.3 Determinao da atividade de gua
Aps a confeco das microesferas, as anlises de atividade de gua foram
realizadas com o objetivo de acompanhar o processo de secagem e determinar a
atividade de gua da microesfera seca, podendo, assim, padronizar a utilizao das
microesferas em uma condio de equilbrio. As anlises foram realizadas atravs da
leitura direta, a 25C das amostras acondicionadas em cpsula plstica, em equilbrio
com a atmosfera interna do equipamento AQUALAB, modelo 4TE. As anlises foram
realizadas em triplicata.
2.2.4 Microscopia eletrnica de varredura (MEV)
A morfologia interna, externa e o tamanho mdio das amostras de
microesferas de quitosana foram determinadas utilizando-se a tcnica da
Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV). As amostras foram colocadas sobre
estabes e recobertas com uma camada de ouro. O dimetro mdio das amostras foi
obtido a partir da mdia de uma populao de microesfera. Para todas as amostras
foram analisados os cortes transversais com objetivo de avaliar as superfcies das
amostras.
3 RESULTADOS E DISCUSSO
3.1 Atividade de gua
A determinao da atividade de gua tem por objetivo determinar o ponto para
finalizar o processo de secagem da esfera e padronizar uma possvel aplicao
destas microesferas.
33
Os resultados para a atividade de gua em funo do tempo (horas) so
apresentados na Tabela 1, assim como o seu desvio padro, as anlises foram
realizadas em triplicata.
Tabela 1. Atividade de gua em funo do tempo de secagem das microesferas de quitosana
Tempo (horas) Atividade de gua
0 0,9993 0,000058 12 0,7847 0,001389 24 0,6131 0,0049 30 0,5684 0,0058 36 0,5349 0,0029 42 0,5342 0,0039
A Tabela 1 apresenta a cintica de secagem das microesferas realizadas na
temperatura ambiente prxima de 25C. Atravs do Tabela pde-se observar que h
uma diminuio bastante acentuada da atividade de gua nas primeiras 24 horas;
aps este tempo, a atividade de gua foi diminuindo lentamente at atingir o
equilbrio em 0,5342 no tempo de 36 horas.
3.2 Determinao do Grau de intumescimento
A liberao de um agente ativo pode ocorrer atravs de ruptura mecnica,
ao do pH, biodegradao, solubilidade do meio e tambm por difuso. Um fator
importante a ser considerado na difuso de um composto a sua solubilidade na
matriz polimrica quando um composto est disperso em uma matriz polimrica, a
difuso ocorrer medida que ocorrer sua solubilizao no polmero [20].
A capacidade de intumescimento de um polmero influencia diretamente na
difuso de um composto ativo encapsulado [21]. Quando um sistema de
microencapsulao entra em contato com a gua ou outro meio de liberao, pode
ocorrer a hidratao do agente encapsulante e a consequente gelificao da cadeia
polimrica, essa cama viscosa aumenta medida que ocorre a hidratao ou o
intumescimento, assim a difuso do composto ativo determinada pela velocidade
de intumescimento do polmero [20].
A quitosana um polmero que adsorve grande quantidade de gua em meio
cido, o que resulta em acentuado grau de intumescimento e aumento de volume.
34
Seu intumescimento gera o aumento da porosidade da matriz e como conseqncia
a permeabilidade do hidrogel levando liberao do composto [22,23].
Tabela 2. Grau de intumescimento para as microesferas de quitosana em diferentes pH a 25C.
Intumescimento pH Tempo (min) (*) Grau de
Intumescimento (%)
1,0 8 310,83 3,58** 2,0 12 292,76 2,08** 3,0 14 497,23 0,85** 4,0 20 527,83 1,05** 5,0 24 437,81 1,82**
(*) Tempo necessrio para obter microesferas de massa constante. ** Dados de desvio padro.
A Tabela 2 apresenta os resultados para o grau de intumescimento em funo
do pH, pode-se observar que conforme o pH aumentado o grau de intumescimento
tambm aumenta at o pH 4, no pH 5 h um decrscimo do valor, os valores
encontrados variaram de 292,76 para o pH 2 e 527,83% para o pH 4. O tempo
necessrio para se obter o grau de intumescimento mximo da microesfera foi
aumentando ao passo que o pH da soluo tambm aumentava, variando de 8 a 24
minutos.
O comportamento entre o pH e o tempo de intumescimento conseguidos esto
de acordo com os encontrados por Parize (2009) [16], porm o mesmo atingiu valores
menores de grau de intumescimento. Horst (2009) [17] encontrou valores maiores
para o grau de intumescimento, porm o comportamento entre pH e tempo esto de
acordo com o encontrado neste trabalho.
Tendo em vista a importante relao entre o grau de intumescimento e a
liberao de um composto, a partir destas microesferas, pode-se observar que
utilizando a microesfera em questo, um ativo encapsulado nesta matriz polimrica
pode ter sua liberao controlada de acordo com a necessidade da aplicao, pois a
liberao para este caso est diretamente relacionada com o pH no meio de
liberao.
35
3.3 Microscopia eletrnica de Varredura
A microscopia eletrnica de varredura foi realizada com o objetivo de avaliar a
morfologia e o dimetro da microesfera produzida. A Figura 2 apresenta as imagens
obtidas a partir da microscopia eletrnica de varredura, as quais foram reveladas a
partir de populao mista de microesferas de quitosana.
De forma geral as microesferas apresentaram boa esfericidade; em alguns
casos, as esferas obtiveram forma oval, revelando a necessidade de padronizar a
velocidade de agitao da soluo coagulante durante processamento das
microesferas.
O dimetro mdio das microesferas foi de aproximadamente 806 m,
possuindo assim um dimetro menor dos que as realizadas por Horst, Parize e
Souza (2009) [17] as quais tiveram a mdia de 973 m. J Torres e demais
pesquisadores (2005) [8] desenvolveram microesferas com dimetros mdios de 140
m, porm os mesmos utilizaram o mtodo de atomizao por spray drier
A superfcie das esferas apresentou rugosidade em algumas regies e
tambm pequenos poros, o que pode ser um ponto bastante interessante para a
aplicao destas partculas como agentes adsorventes. Segundo Kimura, Laranjeira
e Fvere (2002) [24] quando em meio cido pode ocorrer uma forte repulso entre as
cadeias de quitosana carregadas positivamente e resultar na expanso dos poros
favorecendo a adsoro.
Para o corte transversal das microesferas pode-se perceber alguns pontos
com fissuras. Porm em sua maior parte, a superfcie do corte da microesfera se
mostrou compacto.
36
(a) (b)
(c) (d)
Figura 2- Microscopia eletrnica de varredura: (a) microesferas de quitosana; (b) microesfera de quitosana; (c) corte transversal da microesfera de quitosana; (d) superfcie da microesfera de quitosana.
4 CONCLUSO
Atravs da anlise de morfologia e dimetro, pode-se observar que as
microesferas produzidas neste trabalho apresentaram boa esfericidade e o dimetro
dentro da escala micromtrica com tamanho mdio de 806 m. A determinao do
grau de intumescimento indicou que a microesfera intumesce mais rapidamente em
pHs mais cidos, o que resultaria em liberao de um composto encapsulado em
pHs cidos. A metodologia aplicada neste trabalho para o desenvolvimento das
microesferas se mostrou eficiente, porm h necessidade de padronizao de
37
velocidade de agitao e altura entre o sistema extrusor e a soluo coagulante a fim
de melhorar as caractersticas morfolgicas das esferas.
REFERENCIAS
1. DAMIAN, C; BEIRO, L,H; FRANCISCO, A, de; ESPIRITO SANTO, M,L,P; TEIXEIRA, E Rev. Alim. Nutri., 16. p.195-205 (2005). 2. BRUGNEROTTO, J; LIZARDI, J; GOYCOOLEA, F,M; ARGUELLES-MONAL, W; DESBRIERES, J; RINAUDO, M, - Polym., 42, p.3569-3580 (2001). 3. HARRIS, R.; LECUMBERRI, E.; MATEOS-APARICIO, I.; MENGBAR, M.; HERAS, A.- Carb. Polym.,84, p.803-809 (2011). 4. GUIBAL, E. Sep. and Purific. Technol., 38, p.43-74 (2004). 5. ASSIS, O.B.G.; LEONI, A.M. Revist. Biotecnol. Cin. Desenv., 6, p.33-38 (2003). 6. HUANG, R,Y,M; MOON, G,Y; PAL, R., - Journ. Membr.Scienc., 184, p. 1-15 (2001). 7. GARCIA, R,B; SILVA, D,L,P, DA; COSTA, M; RAFFIN, F,N; SILVA, N,M,DA Quim.Nova., 31, p, 486-492 (2008). 8. TORRES, M.A; VIEIRA, R,S; BEPPU, M.M; SANTANA, C,C. Polm. Cinc. Tecnol, 15, p, 306-312 (2005). 9. ROSA, S; LARANJEIRA, M, C,M; RIELA, H.G; FVERE, V,T. Journ. Hazard. Mat., 155, p, 253-260 (2008). 10. LARANJEIRA, M.C.M; FVERE, V.T.- Rev.Qum. Nova, 32, p, 672-678, (2009). 11. ZHANG, Z,Q; PAN,C,H,P; CHUNG, D. - Food Res. Internat, 44, p, 1000-1007 (2011). 12. COSTA, T,A,C; ANDRADE, A,L DE; BINOTTO, T, E; PLEPIS, A, M, DE, G; BEVILACQUA, L; SOUZA, W, M, DE. Arq Bras Oftalmol, 6, p, 817-821 (2006). 13. LOCILENTO, D, A. Preparo, obteno e caracterizao de esponjas quitosana/colgeno para liberao controlada de extrato de semente de uva, Dissertao de Mestrado, Universidade de So Paulo, Brasil (2012).
38
14. PARIZE. A.;STULZER, H.; LARANJEIRA, M.C.M.; BRIGHENTE, I.M.C.; SOUZA, T.C.R. Desenvolvimento de micropartculas de quitosana contendo Crcuma pelo mtodo Spray Drying e Reticuladas com Tripolifosfato de Sdio., in: Anais do 10 Congresso Brasileiro de Polmeros, Foz do Iguau- Pr, Outubro, 2009. 15. PARK, J.; JIN, H.; KIM, D.; CHUNG, S.; SHIM, W.; SHIM, C. Inter. Jour.of Pharm, p, 8, (2012). 16. PARIZE, A, L. Desenvolvimento de sistemas microparticulados e de filmes a base de quitosana e corante natural crcuma, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil (2009). 17. HORST, B.L.; PARIZE, A.L.; SOUZA, T.C.R. Microencapsulao de corante natural antocianina em matriz polimrica de quitosana utilizando tartarano de sdio e potssio como soluo de impregnao, in: Anais do 10 Congresso Brasileiro de Polmeros. Foz do Iguau Pr, outubro, (2009). 18. OLIVEIRA, F.B.F.de. Preparao de microesferas de quitosana por spray drying com diferentes tipos de reticulao para uso na vacinao gnica, Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Qumica, Brasil (2005). 19. SANTANA, N; SIPOLI, C,C; LA TORRE, L, G, DE, - Desenvolvimento de nanopartculas de quitosana com controle de polidispersidade pelo pH, in: XX congresso interno de iniciao cientfica da Unicamp, So Paulo SP, outubro (2012). 20. GOUIN, S. Food Sciencie.Techn., 15, p, 330-347 (2004). 21. SANTOS, A,B; FERREIRA,V.P; GROSSO, C.R.F. Microcpsulas: Uma alternativa vivel. Microencapsulao de produtos sensveis a oxidao: leo-resina de pprica. Rev. Biotec. Cinc. Desenv. Disponvel em: http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio16/16_micro.pdf. Acesso em 09/05/2013. 22. MUZZARELI, C.; VESNA, S.; GOBBI, L.; Tosi, G.; MUZZARELLI, R. A. A.; Carbohydr. Polym, 57, (2004). 23. CAMPANA FILHO, S,P; SIGNINI,R; CARDOSO, M,B. Rev.Proces,Quim. 2, p, 9-18 (2007). 24. KIMURA, I. Y; LARANJEIRA, M.C.M.; FVERE, V. T.; Int. J. Polym. Mater 51, p, 284 (2002).
http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio16/16_micro.pdf.%20Acesso%20em%2009/05/2013
39
CAPTULO 5
Artigo ser enviado para a Revista Qumica Nova
ADSORO COMPETITIVA DE CORANTES NATURAIS ALIMENTICIOS
UTILIZANDO COMO ADSORVENTE MICROESFERAS DE QUITOSANA OBTIDAS
ATRAVS DA TECNICA DE COACERVAO
* GRASIELE MNICA MATT1
SIRLEI DA ROSA2
Resumo
A adsoro competitiva entre os corantes carmim e curcumina em microesferas de quitosana foram realizadas em um proporo de 1:5 (curcumina: carmim) em massa. Ensaios de adsoro realizados em diferentes valores de pH, mostraram que esta dependente do pH para os dois corantes. Observou-se uma baixa afinidade entre o corante carmim e a quitosana em pH alcalino e neutro, de forma contrria, a curcumina foi adsorvida melhor em pH alcalino, em que a quitosana est mais protonada. Dois modelos cinticos de adsoro foram testados: o de pseudo-primeira ordem e o de pseudo-segunda ordem, tanto para as solues individuais do corante quanto para a mistura, em ambos os casos, os modelos se ajustaram melhor ao modelo de pseudo-segunda ordem.
PALAVRAS CHAVES: adsoro, quitosana, corante natural
Abstract
The competitive adsorption of the dyes curcumin and carmine in chitosan microspheres were performed with a ratio of 1:5 (curcumin: carmine). Adsorption tests carried out at different pH values showed that adsorption is pH dependent for the two dyes. It was observed low affinity between the carmine dye and chitosan in alkaline and neutral pH, unlike curcumin dyes, that adsorbed at alkaline pH, in which chitosan is less protonated. Two kinetic adsorption models were tested: pseudo-first-order and pseudo-second-order solutions of the dyes alone and in mixtures, and in both situations, the models were best fitted to the pseudo-second-order model.
KEYWORDS: adsorption, chitosan, natural dye
1 Mestranda do Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos (PPGTA) UTFPR Campus Medianeira. Avenida
Brasil, 4232, CEP, 85.884-000, Medianeira/PR/Brasil (*e-mail: grasiele_matte@hotmail.com).
2 Dr em Engenharia Qumica. Programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Alimentos (PPGTA) UTFPR Campus
Medianeira. Avenida Brasil, 4232, CEP, 85.884-000, Medianeira/PR/Brasil (e-mail: sirleirosa@gmail.com)
40
1 INTRODUO
Os corantes utilizados como aditivos na indstria de alimentos tornam os alimentos
mais atraentes; entretanto, o processamento ou armazenamento dos alimentos, em muitos
casos, produz modificaes de colorao a qual deve ser restituda ou recondicionada
mediante a adio de corantes apropriados 1.
A legislao brasileira permite o uso de alguns corantes sintticos e tambm de
sintticos idnticos aos naturais. A Resoluo - CNNPA n 44, de 1977, Publicada DOU -
Seo I, 01/02/78 e 24/04/78 no anexo II mostra a lista dos corantes naturais permitidos em
produtos alimentcios 2.
As clorofilas, crcuma e curcumina, carmim e betalanas so substncias bioativas
encontradas em alimentos que esto relacionadas nutrio e sade. 3,4. Estudos tem
demonstrado que a curcumina potente antioxidante protegendo contra danos oxidativo 5,6.
Outro tipo de corante que tem sido utilizado na indstria de alimentos o corante
carmim. Este corante apresenta a propriedade de fixar-se em protenas, o que o torna til na
colorao de produtos base de leite, como iogurtes, sorvetes, bebidas lcteas, produtos
crneos e bolachas, gelias e bebidas, bem como em revestimentos de produtos
farmacuticos 7.
O acido carmnico solvel em gua e a sua colorao depende do pH do meio
(laranja em pH cido, vermelho na faixa de pH 7 e azul na faixa alcalina); forma complexo
com metais (alumnio, por exemplo) e obtm-se o corante carmim ou lacas de alumnio;
estas lacas de alumnio apresentam colorao de maior intensidade do que o cido
carmnico; so solveis em meio alcalino e insolveis em pH cido. A diferena entre o cido
carmnico e as lacas de alumnio que a cor no se altera com variaes de pH
vermelho em pH 4 e azul em pH 10 8.
Em razo de sua estabilidade, o carmim considerado sob o ponto de vista
tecnolgico um excelente corante. A baixa solubilidade em pH reduzido a nica limitao
tcnica para o seu emprego 7.
Um polmero que tem se mostrado promissor na adsoro de corantes a
quitosana. Os grupos amino presentes na matriz so fortemente reativos devido presena
dos pares eletrnicos livres no tomo de nitrognio e so facilmente protonados em soluo
cida. Por esta razo, a protonao destes grupos pode causar uma atrao eletrosttica de
compostos aninicos, incluindo nions metlicos ou corantes aninicos9. Esta interao
depende do pH da soluo, o qual deve ser ajustado em torno de 3 para protonao
completa dos grupos amino 10, 11,12,13, 14. Por outro lado, a grande quantidade de stios
catinicos formados devido protonao dos grupos amino pelo cido, ao longo da cadeia
41
da quitosana, aumenta a solubilidade pelo aumento da polaridade e o grau de repulso
eletrosttica 15, 16, 17.
Quase todos os cidos dissolvem a quitosana, sendo, os mais comumente usados,
o cido actico e o cido frmico. Visto que o meio cido pode levar a desintegrao da
quitosana e uma forma de evit-la promover uma modificao transformando a quitosana
em microsferas atravs de tcnicas de coacervao e reticulao 17.
Muitos experimentos de adsoro se concentram na capacidade de adsoro de
componentes orgnicos de uma soluo sinttica simples e poucos trabalhos tm relatado a
eficincia dos adsorventes quando se comportam quando esto em misturas18.
Muitas formulaes de produtos comerciais utilizam misturas de corantes. Pontes
(2004) preparou formulaes de refrescos em p, gelatina e bebidas isotnicas em
laboratrio e coloriu utilizando corantes naturais como urucum, antocianina, curcuma,
beterraba e carmim de cochonilla e comparou com as cores de produtos comerciais. Usando
propores de combinaes ele concluiu que os parmetros colorimtricos L,a,b assim,
como a tonalidade e saturao dos produtos com corantes naturais ficaram prximas aos
corantes comerciais 19.
Os objetivos deste trabalho so avaliar a adsoro competitiva dos corantes
curcumina e carmim em microesferas de quitosana numa mistura na proporo 1:5
(curcumina : carmim); estabilizar o tom resultante desta mistura (colorao alizarin) e,
posteriormente, estudar a cintica de liberao em meio aquoso na faixa de pH cido a
neutro.
2 MATERIAS E MTODOS
2.1 Materiais
A quitosana empregada para a preparao das microesferas foi adquirida da Sigma
Aldrich com um grau de desacetilao de 75%. O corante curmina WS (pureza 7,6 8,6%,
densidade 1,1 g/mL) e o corante carmim CC-300-FCCII (densidade 1,05 g/mL, pureza 2,3 %
em cido carmnico) foram doados pela empresa CHR HANSEN (Valinhos, S. P).
42
2.2 Mtodos
2.2.1 Preparao das microesferas das quitosana
Para a preparao das microesferas o mtodo utilizado foi baseado em Parize
(2009)20 com adaptaes, onde foram dissolvidos 3 g de quitosana em 100 mL de cido
actico 5% (v/v) e o sistema foi mantido sob agitao at a completa homogeneizao da
soluo. Esta soluo foi gotejada atravs de sistema extrusor composto por uma agulha de
tamanho de 0,8mm acoplado a uma pipeta graduada, para aumentar o fluxo da soluo
viscosa de quitosana atravs o sistema extrusor, foi utilizado uma bomba de ar comprimido
da marca Tecnal modelo 058. A soluo foi gotejada em banho de precipitao, contendo
soluo de NaOH 2,0 mol.L-1. Atravs do fenmeno de inverso de fases ocorreu a
precipitao das microesferas. Aps estar em contato por 2 horas na soluo de NaOH 2,0
mol.L -1, as microesferas geleificadas foram lavadas com gua destilada at pH 7,0 e, em
seguida, secas a temperatura ambiente de aproximadamente 25C.
2.2.2 Preparao das solues dos corantes
Solues estoques dos corantes com concentrao de 1000 mg.L-1 foram
preparadas, levando em considerao o grau de pureza de cada corante.
A soluo tampo de pH na faixa de 3,0; a 6,0 foi preparada a partir da mistura
CH3COOH/CH3COONa (0,1 mol L-1), enquanto que a soluo tampo de pH igual a 7 foi
preparada utilizado NaH2PO4/Na2HPO4 (0,1 mol L-1). Para verificao da adsoro em meio
alcalino, foi utilizada a soluo tampo NH4OH/NH4Cl (0,1 mol L-1).
2.2.3 Avaliao do comportamento do corante frente ao pH.
O deslocamento do pH foi realizado na faixa de pH de 1 a 10 utilizando-se as
solues tampes descritas anteriormente para cada corante individual e na mistura binria
na proporo 1 : 5 (corante curcumina : corante carmim), ou seja, 10 mL da soluo dos
corantes nas concentraes de 10 : 50 mg. L-1. gua destilada tambm foi utilizada e foi
denominada
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