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.

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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

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38

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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