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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA PRODUÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE IN VITRO DO ÁCIDO HIALURÔNICO PRODUZIDO POR Streptococcus zooepidemicus CCT 7546 NATAL – RN 2019

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA

    PRODUÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE

    ANTIOXIDANTE IN VITRO DO ÁCIDO HIALURÔNICO PRODUZIDO POR

    Streptococcus zooepidemicus CCT 7546

    NATAL – RN

    2019

  • WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA

    PRODUÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE

    ANTIOXIDANTE IN VITRO DO ÁCIDO HIALURÔNICO PRODUZIDO POR

    Streptococcus zooepidemicus CCT 7546

    Trabalho de conclusão de curso como

    requisito parcial para o título de Bacharel

    em Engenharia Química pelo Departamento

    de Engenharia Química da Universidade

    Federal do Rio Grande do Norte, campus

    Natal. Sob a orientação do professor Dr.

    Francisco Caninde de Sousa Júnior.

  • TERMO DE APROVAÇÃO

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA

    PRODUÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE

    IN VITRO DO ÁCIDO HIALURÔNICO PRODUZIDO POR Streptococcus zooepidemicus

    CCT 7546

    O presente trabalho de conclusão de curso para a obtenção do título de bacharel em

    Engenharia Química do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal do Rio

    Grande do Norte foi aprovado pela seguinte banca examinadora em ___/___/____ com nota

    _____.

    Prof. Dr. Francisco Caninde de Sousa Junior

    Orientador – Departamento de Farmácia

    Prof. Dr. Everaldo Silvino dos Santos

    Departamento de Engenharia Química

    _______________________________________

    Profa. Dra. Cristiane Fernandes de Assis

    Departamento de Farmácia

  • AGRADECIMENTOS

    Um motivo pelo qual devo dar graças todos os dias: ser abençoada de encontrar suporte,

    apoio e morada em pessoas maravilhosas em todas as fases da minha vida. A elas irei agradecer

    aqui.

    Em primeiro lugar, aos meus pais. Essa conquista, assim como todas as outras só foi

    possível porque acreditaram em mim, principalmente quando nem eu mesma acreditava, e

    porque me deram todo amor e apoio que nem o melhor ser do mundo seria capaz de merecer.

    Espero um dia poder retribuir tudo isso.

    À minha família por todo amor e apoio incondicionais, em especial à minha irmã

    Wanne, minha bisavó Maria Miranda, meus avós: Salete e Chico, Graça e Wilton; minhas tias

    Adriana e Linda; minhas madrinhas Nalva e Ana; meus primos Erika, Luana, Patrícia, Fernanda

    e Flávia, Erick e Wlademir e ao meu afilhado Elias.

    Ao professor Francisco, por toda dedicação e orientação. Eu não poderia ter escolhido

    orientador melhor. Ao professor Everaldo e a todos que compõem o LEB, em especial Waleska,

    Juliene e Sérgio, por todo suporte, ensinamento e por proporcionarem o melhor ambiente de

    cooperação científica que eu poderia sonhar dentro dessa universidade.

    À toda família EQ - UFRN 2015.1, em especial aos amigos Ceci, Murilo, Joemil, Beatriz,

    Bruna, Mário, Júlia e Lorena e a todos os mestres que contribuíram com minha formação, em

    especial aos professores Gilson, Kate, Magna e Eduardo por serem espelho do profissional que

    quero ser.

    Ao IFRN, que não foi o início da minha vida acadêmica, mas que de tão significativo a

    dividiu em dois períodos. Se pude sonhar em ingressar na universidade federal foi por me abrir

    oportunidades para isso. Serei eternamente grata por todo desenvolvimento pessoal, científico,

    tecnológico e acima de tudo, cidadão.

    Ao CNPq pelo incentivo à pesquisa e apoio financeiro.

    Por fim, à Claire e os Crosbys e aos meus amores Duck e Pérola por serem luz e calmaria

    nos dias mais difíceis.

  • RESUMO

    O ácido hialurônico (AH) é um polissacarídeo de alta massa molar com inúmeras aplicações em produtos médicos, farmacêuticos, estéticos e cosméticos. Tradicionalmente, este polímero é extraído de tecidos conjuntivos animais como cordões umbilicais e cristas de galo. Assim, a produção biotecnológica do AH, em particular por Streptococcus zooepidemicus, surge como alternativa promissora. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo produzir, caracterizar e avaliar a atividade antioxidante in vitro do ácido hialurônico produzido por S. zooepidemicus CCT 7546. Inicialmente, cepa de S. zooepidemicus foi cultivada por fermentação submersa em incubador rotativo a 150 rpm e 37 °C por 22 horas. Em seguida, o AH foi extraído utilizando dodecil sulfato de sódio (SDS) e purificado por precipitação com etanol 95%. As amostras de AH produzido por S. zooepidemicus e um padrão comercial de hialuronato de sódio (HS) foram submetidas à caracterização por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA) e avaliação da atividade antioxidante in vitro. A análise de MEV mostrou que o HS se apresenta como sólidos amorfos de granulometria uniforme em um meio também uniforme o que corrobora com o fato de advir de uma fonte animal enquanto o MEV do AH produzido por S. zooepidemicus o identificou como um sólido cristalino de granulometria variável. Já a análise de FTIR identificou perfis característicos e comuns às duas amostras neles funções orgânicas foram identificadas como prováveis responsáveis por sua atividade antioxidante. Além disso, foram detectadas atividades nos ensaios in vitro de sequestro do radical DPPH, sequestro do radical hidroxila, poder redutor e capacidade antioxidante total. Por fim, os resultados de TGA mostraram que o AH de origem microbiana é mais estável termicamente que seu equivalente comercial de fonte animal. Os resultados obtidos demonstram o potencial do AH obtido por via biotecnológica e contribuem para o entendimento de suas características e atividade antioxidante.

    Palavras-chave: Ácido hialurônico. Hialuronato de sódio. Radicais livres. Antioxidantes. DPPH.

  • ABSTRACT

    Hyaluronic acid (HA) is a high molar mass polysaccharide with countless applications in medical, pharmaceutical, esthetics and cosmetic products. Traditionally, this polymer is extracted from animal connective tissues such as umbilical cords and chicken combs. Therefore, the biotechnological production of HA, in particular Streptococcus zooepidemicus, appears as a promising alternative. In this context, the present study aims to produce, characterize and evaluate the in vitro antioxidant activity of hyaluronic acid produced by S. zooepidemicus CCT 7546. First, S. zooepidemicus strain was cultured by submerged fermentation in a rotary incubator at 150 rpm and 37 ° C for 22 hours. Then, the HA was extracted using sodium dodecyl sulfate (SDS) and purified by precipitation with 95% ethanol. Samples of HA produced by S. zooepidemicus and a commercial standard of sodium hyaluronate (SH) were subjected to Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and evaluation of antioxidant activity in vitro. The SEM analysis showed that SH presents itself as amorphous solids of uniform granulometry in a uniform medium, which corroborates the fact that it comes from an animal source, and the MEV of HA produced by S. zooepidemicus identified as a crystalline solid of granulometry non-uniform. In the FTIR curves characteristic bands were identified and typical to the two samples. Some organic functions have been identified as likely responsible for their antioxidant activity. In addition, activities were detected in the in vitro assays of DPPH radical sequestration, hydroxyl radical sequestration, reducing power and total antioxidant capacity. Finally, TGA results showed that AH of microbial origin is more thermally stable than its commercial equivalent of animal source. The results obtained also demonstrated the potential of AH obtained by biotechnology and contribute to the understanding of its characteristics and antioxidant activity.

    Keywords: Hyaluronic acid. Sodium hyaluronate. Free radicals. Antioxidants. DPPH.

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 - Estrutura química do ácido hialurônico. ……..………....……………..………… 16

    Figura 2 - Representação estrutural de ligações secundárias e terciárias entre moléculas de

    ácido hialurônico. …………………………………………...……………............……….…. 17

    Figura 3 - Perfil do crescimento do número de patentes com o ácido hialurônico no período de

    1975 a 2015. ………...………….....…………………………………………………...….…. 19

    Figura 4 - Perfil do crescimento do número de publicações sobre ácido hialurônico no período

    de 1996 a 2006. ………………………....………………………………………................… 19

    Figura 5 - Vias de produção de ácido hialurônico. ………….....………...……………….… 20

    Figura 6 - Simulação de um tratamento com aplicações na pálpebra a base de ácido hialurônico.

    ……………………………………………………………………….…......................…...… 23

    Figura 7 - Esquema do processo de reidratação da pele. ……………...…………………..... 24

    Figura 8 - Perfil de patentes sobre ácido hialurônico criadas por área até 2016...…..…....… 25

    Figura 9 - Esquema da reação de um ensaio de DPPH. …....…………..……………..…….. 27

    Figura 10 - Esquema da reação de um ensaio de quelação de Ferro………...……….……… 28

    Figura 11 - Reação de redução do NBT a Formazan. ……..……………...………….….….. 28

    Figura 12 - Fluxograma das etapas de produção de ácido hialurônico por Streptococcus

    zooepidemicus CCT 7546. …..…………........…………………....……………….………… 31

    Figura 13 - Fluxograma do processo utilizado para a purificação do ácido hialurônico

    produzido. ………………………………………...………………………………...……….. 33

    Figura 14 - Diagrama de blocos da metodologia de determinação de ácidos urônicos proposta

    por Bitter e Muir (1962). …………………...………………......………………….………… 34

    Figura 15 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) do padrão comercial de

    hialuronato de sódio comercial ampliados (a) 500x, (b) 1000x, (c) 3000 x e (d) 5000 x. ........ 38

    Figura 16 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de AH produzido por S. zooepidemicus CCT 7546 ampliados (a) 500 x, (b) 500 x, (c) 1000 x e (d) 3000 x. ....…...…. 39

  • Figura 17 - Análise térmica de ácido hialurônico produzido por S. zooepidemicus CCT 7546. Curva da análise térmica diferencial (ciano) e curva termogravimétrica (violeta). …….…..... 41

    Figura 18 - Análise térmica do padrão comercial de hialuronato de sódio. Curva da análise térmica diferencial (ciano) e curva termogravimétrica (violeta). ………………..…..….…… 41

    Figura 19 - Bandas identificadas das curvas de transmitância da análise de FTIR entre 4000 cm-1 a 560 cm-1 do AH por S. zooepidemicus CCT 7546 (azul) e para o padrão de hialuronato de sódio (violeta). ……………………....……………………….…..........................……….. 44

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 - Concentração de ácido hialurônico encontrada em cada fonte ………..……...…. 21

    Tabela 2 - Composição do meio de cultivo de baixo custo para a Streptococcus zooepidemicus

    CCT 7546 ………………………………………………………………………….……..….. 32

    Tabela 3 - Degradação térmica das amostras de ácido hialurônico por S. zooepidemicus CCT

    7546 e de Hialuronato de Sódio comercial. …………………………………….......……….. 40

    Tabela 4 - Comprimentos de onda encontrados por análise de transmitância em FTIR para o

    AH produzido por S. zooepidemicus CCT 7546 e para o padrão de hialuronato de sódio........ 43

    Tabela 5 - Resultados das atividades antioxidantes encontradas para o AH produzido por S.

    zooepidemicus CCT 7546 e do padrão de hialuronato de sódio. …………………….....….… 45

  • LISTA DE ABREVIAÇÕES

    AH: Ácido Hialurônico.

    HS: Hialuronato de Sódio.

    GAGs: Glicosaminoglicanos.

    ERO: Espécies Reativas de Oxigênio.

    FDA: Food and Drug Administration.

    SDS: Dodecil Sulfato de Sódio.

    HAS: Enzimas Hialurano Sintetases.

    DVS: Divinilsulfona.

    MEV: Microscopia Eletrônica de varredura.

    FTIR: Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier.

    TGA: Análise Termogravimétrica.

    DTA: Análise Térmica Diferencial.

    CAT: Capacidade antioxidante total

    DPPH: 2,2-difenil-1-picril-hidrazila.

    FRAP: Poder de Redução do Íon Férrico.

    NBT: Nitroblue Tetrazolium.

    BHI: Brain Heart Infusion.

    AA: Ácido Ascórbico.

    TE: Trolóx.

  • SUMÁRIO

    1. INTRODUÇÃO …………………………………...…………….……..………......... 13

    2. OBJETIVOS …………………………………………………………...….……….... 15

    2.1 OBJETIVO GERAL ……………………………………………………….…..…….. 15

    2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS …………………..………………………………...….. 15

    3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA …………………………..….………….……..... 16

    3.1 O ÁCIDO HIALURÔNICO ……………………………………...….……….…….... 16

    3.1.1 Propriedades …………………………………………….…..……………..…….…. 17

    3.1.2 Breve histórico …………………………………………....……………………...….. 18

    3.1.3 Produção do ácido hialurônico ……………….……………….………………....... 20

    3.1.3.1 Biossíntese ………………………………………………………………….……..… 21

    3.1.3.2 Síntese bacteriana ……………………………………………………………....…… 21

    3.1.4 Finalidade comercial ………………….…………..………….…………...…..…….. 22

    3.1.4.1 Indústria médica ………………………………………………………...………….... 23

    3.1.4.2 Indústria farmacêutica …………………………………...………………...………… 24

    3.1.4.3 Indústria estética e cosmética ………...………….………………………..…………. 24

    3.1.5 Mercado econômico ……………………………………………....……..………….. 25

    3.2 MECANISMOS DE AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE …....…... 26

    4. METODOLOGIA ...................................................................................................... 30

    4.1 OBTENÇÃO E MANUTENÇÃO DO MICRO-ORGANISMO………...........…..… 30

    4.2 REATIVAÇÃO …………………………………………………………….………... 30

    4.3 INÓCULO E PRODUÇÃO DO AH ……………………………………..………...... 31

    4.4 EXTRAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO AH ………………....………….....…….…….. 32

  • 4.5 DETERMINAÇÃO DE ÁCIDOS URÔNICOS …..………………….....…….….….. 33

    4.6 MECANISMOS DE ANÁLISE DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE ..………...…. 34

    4.6.1 Teste da Capacidade Antioxidante Total ………………………...……….....…….. 34

    4.6.2 Poder Redutor ………………………………………………….……......…..….…... 35

    4.6.3 Quelação de Íons metais ………………………..……………………….........…….. 35

    4.6.4 Sequestro do Radical hidroxila …………………………..………………..…....….. 35

    4.6.5 Sequestro do Radical Peróxido ………………...………………………....….…….. 35

    4.6.6 Sequestro do Radical DPPH ……...…………………….……………….….....…... 36

    4.7 CARACTERIZAÇÃO MOLECULAR DO AH PRODUZIDO .…..…..…….....….... 36

    4.7.1 MEV …………..……................................................................................................... 36

    4.7.2 FTIR …………..…….............................................................................................….. 36

    4.7.3 Termogravimetria (TGA)…………………………...………….....……….…………. 36

    5. RESULTADOS ........................................................................................................... 37

    5.1 ANÁLISE FÍSICA E ESTRUTURAL ……………………….……..…………......… 37

    5.1.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) do ácido hialurônico e do hialuronato

    de sódio …………………………………………………………………………..….….….... 37

    5.1.2 Análise termogravimétrica ……………………………….…...……….……....…... 39

    5.1.3 FTIR do ácido hialurônico e do hialuronato de sódio …………..…...…….....….. 41

    5.2 ANÁLISE DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE …………...…………………..….. 42

    6. CONCLUSÕES .......................................................................................................... 47

    REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 48

    APÊNDICE 54

  • 13

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    1 INTRODUÇÃO

    A busca por longevidade acompanha a humanidade desde os primórdios da civilização.

    Dados do The World Bank revelam que a expectativa de vida do homem moderno é de 72,04

    anos, essa realidade, porém não é a mesma de poucas décadas atrás (THE WORLD BANK,

    2006). É importante destacar também que, estando ligadas à fatores ambientais, genéticos ou

    metabólicos, muitas são as teorias sobre as causas do envelhecimento celular, porém até os dias

    atuais nenhuma delas foi consagrada como teoria absoluta. Esta problemática é justificada pelo

    não comportamento uniforme de células, tecidos, órgãos e sistemas durante o processo de

    envelhecimento natural. (GAVA & ZANONI, 2005).

    Uma das teorias mais estudadas foi apontada por Harman em 1956. Ele propôs que tal

    envelhecimento seria decorrente do estresse oxidativo das células levando à oxidação das

    formas proteicas, lipídicas e do próprio DNA que iriam progredir lentamente por todos os

    tecidos, denominada teoria dos radicais de oxigênio, ou teoria dos radicais livres. (FERREIRA

    & MATSUBARA, 1997).

    Esse estresse oxidativo seria causado não só por radiações ionizantes, como os raios

    ultravioleta (UV), como também por reações enzimáticas ou não-enzimáticas, e até mesmo pelo

    processo de respiração celular devido a formação de espécies reativas de oxigênio (ERO). Além

    disso, hábitos cada vez mais comuns ao homem moderno podem contribuir com a exposição a

    esses elementos reativos, como consumo de bebidas alcoólicas, tabaco, alimentação

    desbalanceada, e fatores ambientais, como a poluição do ar e da água potável (GAVA &

    ZANONI, 2005).

    Segundo Kogon 2007, a pele, maior órgão do corpo humano, possui o ácido hialurônico

    como agente sequestrador dos radicais livres gerados pelos raios UV apresentando assim função

    antioxidante. Porém, ao desempenhar essa função ele pode ser quebrado resultando em cadeias

    mais curtas que são ingeridas por fibroblastos, macrófagos e queratinócitos, reduzindo assim

    sua concentração na derme, que perde um considerável agente hidratante (apud PEREIRA,

    2017).

    Sendo o ressecamento cutâneo um indicador de idade, cosméticos a base de ácido

    hialurônico vêm tomando lugar no mercado de produtos anti-idade por atuar na síntese de

    colágeno e elastina, na renovação celular e na promoção da hidratação (SCOOTTI, 2003 apud

    PEREIRA, 2017). Ademais, o ácido hialurônico possui inúmeras aplicações médicas,

  • 14

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    oftalmológicas, alimentícias e farmacêuticas sendo assim um produto versátil e de alto valor

    agregado.

    Este trabalho teve como objetivo, produzir ácido hialurônico por via bacteriana em

    fermentação submersa a partir da bactéria Streptococcus zooepidemicus; caracterizar

    estruturalmente e quimicamente o ácido produzido e avaliar seu comportamento como

    antioxidante frente a mecanismos que inibem a formação, propagação e finalização da reação

    de formação de radicais livres, comparando os resultados dessas análises com o seu padrão

    comercial disponível no mercado.

  • 15

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    2 OBJETIVOS

    2.1 OBJETIVO GERAL

    O presente trabalho tem como objetivo geral produzir, caracterizar e avaliar a atividade

    antioxidante in vitro do ácido hialurônico produzido por Streptococcus zooepidemicus CCT

    7546.

    2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

    ● Produzir o AH por fermentação submersa de Streptococcus zooepidemicus CCT 7546;

    ● Extrair o AH utilizando dodecil sulfato de sódio (SDS) e purificar por precipitação com

    etanol 95%;

    ● Realizar a análise estrutural do AH produzido e do padrão comercial de hialuronato de

    sódio advindo de fonte animal, através dos ensaios de espectroscopia no infravermelho

    com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e

    análise termogravimétrica (TGA);

    ● Analisar a capacidade antioxidante in vitro do AH produzido e do padrão comercial de

    hialuronato de sódio, utilizando os testes de poder redutor, quelação do íon ferro,

    sequestro do radical DPPH, sequestro do radical hidroxila, sequestro do radical peróxido

    e capacidade antioxidante total.

  • 16

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

    3.1 ÁCIDO HIALURÔNICO

    O ácido hialurônico (AH) é um mucopolissacarídeo ácido pertencente ao grupo dos

    glicosaminoglicanos (GAGs), moléculas compostas de cadeias polissacarídicas complexas,

    cuja função é promover a movimentação celular, transporte de nutrientes e produção de

    colágeno. Diferente dos demais GAGs, o AH possui uma estrutura primária mais simples, livre

    de peptídeos, caracterizando-se como a única estrutura não sulfatada do seu grupo. Sua estrutura

    é formada através de ligações ꞵ-1,3 e ꞵ-1,4 de unidades dissacarídicas polianiônicas de ácido

    D-glucurônico e N-acetil-glicosamina (BICUDO, 2011), como ilustrado na Figura 1.

    Figura 1 - Estrutura química do ácido Hialurônico.

    Fonte: Adaptado de Gomes, (2016).

    Em sua molécula, distinguem-se quatro grupos funcionais, regiões de ataque para

    modificações químicas, sendo estes grupos carboxílicos: Onde ocorrem reações de esterificação

    e reações por ataque de carbodiimidas; hidroxílicos: com reações de sulfonação, esterificação,

    oxidação com periodato e ativação com brometo de cianogênio. Outras reações também podem

    ocorrer nos terminais acetamidas e terminais reduzidos do polímero (PRESTWICH, 2010 apud

    BICUDO, 2011).

    As próprias ligações glicosídicas podem sofrer hidrólise em cadeias menores ou

    oligossacarídeos formando assim cadeias menores e de menor massa molecular. Em soluções

  • 17

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    aquosas, pontes de hidrogênio são formadas entre o solvente e os sítios acetamida, caboxilato e

    hidroxílico formando assim ligações secundárias e terciárias (SHIMOJO, 2011), como

    exemplificado na figura 2.

    Figura 2 - Representação estrutural de ligações secundárias e terciárias entre moléculas de ácido hialurônico.

    Fonte: SHIMOJO, (2011).

    3.1.1 Propriedades

    Sendo um fluído não newtoniano, suas propriedades elásticas e viscosas não são

    constantes, variando assim com a taxa de cisalhamento aplicada ou seu movimento oscilatório

    (BICUDO, 2011). Sendo a viscoelasticidade a propriedade reológica mais característica,

    promove através dela várias funções biológicas naturais e sua classificação como produto de

    alto valor agregado com aplicações na área médica, estética e farmacêutica.

    Segundo Soltes et. al., 2006 apud Kogan et. al., 2007, Como líquido sinovial, o AH

    reduz o impacto e descarte nas articulações, estando a sua degradação aliada a enfermidades

    como a artrite reumatóide e a osteoartrite. Na pele, liga-se à água promovendo tonicidade e

    elasticidade dos tecidos e permite a proliferação celular, reparando os tecidos além de sequestrar

    radicais livres gerados pela exposição à radiação ultravioleta (apud BICUDO, 2011).

    Segundo Kogan et al (2007), o AH está presente naturalmente no corpo humano, como

    no cordão umbilical, fluido das articulações, pele, tendões e humor vítreo. Além disso, também

  • 18

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    é encontrado nas cristas de galo, cápsulas de alguns estreptococos e em todos os vertebrados,

    não estando presente em insetos, plantas e fungos (apud BICUDO, 2011).

    É importante destacar ainda que o AH empregado para finalidades médicas e

    farmacêuticas têm sido extraído de fonte animal com aprovação da FDA, segundo Kogan et al.,

    sendo o preferido para aplicações estéticas. Porém sua associação a antígenos limita as

    aplicações médicas (Pires 2009 apud Shimojo, 2011), ocasionando no crescente mercado a

    utilização de AH de fonte microbiana.

    Nessas circunstâncias, os autores apontam também que o fator alergênico pode ser

    decisivo para a não utilização de tecidos animais como fonte de AH para fins médicos a

    pacientes alérgicos aos derivados de aves. Por essa razão o estudo de derivados químicos do

    ácido hialurônico melhorados para suprir as necessidades do mercado, é incentivado

    atualmente, assim como sua obtenção por via não-animal. (SHIMOJO, 2011).

    3.1.2 Breve histórico

    Meyer e Palmer foram os primeiros a isolar o ácido hialurônico, nominando-o assim.

    Este feito foi realizado em 1934 onde os pesquisadores o coletaram em amostras do humor

    vítreo de olhos bovinos. Nesta pesquisa encontraram uma estrutura com duas moléculas de

    carboidrato, na qual uma delas foi identificada como esse ácido urônico (SHIMOJO, 2011).

    Três anos depois, foram observadas semelhanças entre o componente recém descoberto e o

    polissacarídeo presente em cápsulas de bactérias de gênero Streptococcus por Kendall,

    Heidelberger e Dawson, que impulsionaram o estudo do AH de origem microbiana. (MORAES,

    2017).

    Os 20 anos seguintes à descoberta inicial contaram com o isolamento da substância em

    cristas de galos, em fluidos sinoviais, cordão umbilical e em demais tecidos e articulações,

    porém, nessas pesquisas a estrutura química ainda não tinha sido determinada com precisão,

    sendo concluída somente após 1954 por Weissman e Meyer, utilizando estratégias químicas e

    enzimáticas (SHIMOJO, 2011).

    No fim da década de 1950, a primeira aplicação médica do AH foi registrada em uma

    cirurgia oftalmológica como substituto do vítreo humano. Já em 1960, na Itália, ocorreu a

    comercialização do primeiro produto a base de AH, o Hyalgan, sendo este um creme para

    queimaduras e úlceras (CHONG et al., 2005 apud MORAES, 2017). No decorrer da década de

    1960 a sua extração nos mais diversos tecidos estava condicionada à problemas como a retenção

  • 19

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    de proteínas, encontrando-se uma solução com a determinação dos mecanismos para a

    clonagem da enzima AH sintase e da biossíntese do ácido hialurônico. (BOERIU et al., 2013).

    A década de 1980 marcou o início da produção microbiana deste ativo em escala

    industrial, tendo essa produção crescido ainda mais a partir de 2003 quando os produtos

    Hylaform e o Restylane receberam a aprovação da FDA, aumentando consecutivamente o

    número de patentes (Figura 3). (KOGAN et al., 2007 apud MORAES, 2017).

    Figura 3 - Perfil do crescimento do número de patentes com o ácido hialurônico no período de 1975 a 2015.

    Fonte: Adaptado de GOMES (2016).

    Figura 4 - Perfil do crescimento do número de publicações sobre ácido hialurônico no período de 1996 a 2006.

    Fonte: Adaptado de GOMES (2016).

    A partir da década de 1980, observa-se, também, um crescimento significativo no

    número de publicações tendo o ácido hialurônico em seu título (Figura 4) mas só em 1997, as

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    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    condições ótimas para a sua produção por Streptococcus foram determinadas por Johns &

    Armstrong, sendo elas a faixa de temperatura entre 30 a 37 ºC e um faixa de pH entre 6,5 e 7,5.

    No ano seguinte, Chong e Blank concluíram o esquema para a rota metabólica desta síntese por

    meio de Streptococcus, já em 2002, Chong e Nilsen apresentaram a proposta de um modelo do

    fluxo metabólico de carbono em Streptococcus zooepidemicus (MACEDO, 2007).

    3.1.3 Produção do ácido hialurônico

    As rotas utilizadas para a obtenção do ácido hialurônico, como apontado por Boeriu et

    al. (2013), são três: a extração em tecidos animais, produção in vitro e a produção por via

    bacteriana (Figura 5).

    Figura 5: Vias de produção de ácido hialurônico.

    Fonte: Adaptado de BOERIU et al (2013).

    Mesmo que o comércio de ácido hialurônico proveniente de fonte animal seja aprovado

    pelas agências reguladoras de produtos farmacêuticos, como a Food and Drug Administration

    (FDA) nos Estados Unidos e esta ainda seja a maior fonte de matéria prima, (Tabela 1) o AH

    de origem microbiana vem tomando seu espaço a cada ano devido à sua elevada produtividade

    (SHIMOJO, 2011).

  • 21

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Além disso, Chong (1998) aponta que a produção bacteriana contorna algumas

    dificuldades enfrentadas pela extração animal, como a redução da massa molar após a

    purificação e a formação de complexos com proteoglicanos que dificultam a separação de

    moléculas de alta massa molecular. (CHONG, 1998 apud MACEDO, 2007).

    Tabela 1 - Concentração de Ácido hialurônico encontrada em cada fonte.

    Fonte de ácido Hialurônico Concentração encontrada mg/L

    Crista de galo 7500

    Cordão umbilical humano 4100

    Fluido sinovial humano 1400-3600

    Cartilagem nasal bovina 1200

    Humor vítreo humano 140-340

    Derme humana 200-500

    Produção Bacteriana por S. Zooepidemicus 40 – 6940*

    *É variável dependendo principalmente do meio de cultivo, do microrganismo e das condições de operação. PAN et al (2015).

    Fonte: Adaptado de PIRES (2009).

    3.1.3.1 Biossíntese

    A biossíntese do AH está condicionada às enzimas hialurano sintetases (HAS) presentes

    na membrana plasmática de células que compõem o tecido conjuntivo. Essas

    glicosiltransferases produzem o ácido hialurônico, usando os açúcares UDP-ácido glucurônico

    e UDP-N-acetilglucosamina como substratos, e o secreta para a matriz extracelular. Por outro

    lado, a degradação do AH é realizada pelas enzimas hialuronidases, β-D-glucuronidases e β-N-

    acetil-hexosaminidases. Neste processo de degradação, as hialuronidases atuam inicialmente

    sobre os polímeros de alta massa molecular, clivando-os em estruturas menores, e, por fim as

    β-D-glucuronidases e β-N-acetil-hexosaminidases degradam esse produto com a finalidade de

    remover os açúcares redutores finais. (ESTEVES, 2017).

    3.1.3.2 Síntese bacteriana

  • 22

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Uma alternativa para a obtenção de um melhor rendimento e qualidade do ácido

    produzido é através do cultivo microbiano. Segundo Chong & Nielsen (2003-b), no caso da

    Streptococcus zooepidemicus, o ácido hialurônico é sintetizado a partir da glicose-6-fosfato e

    da frutose-6-fosfato pela ação da enzima hialuronato sintase, que polimeriza os precursores

    ácidos UDP-glicurônico e UDP-N-acetil-glicosamina no interior da membrana plasmática

    (OGRODOWSKI, 2006). Tendo como objetivo a proteção celular, o ácido produzido atravessa

    a membrana celular e forma uma cápsula externa de S. zooepidemicus (BENEDINI, 2012).

    Esse processo ocorre sob as condições ideais de temperatura e pH, determinados por

    Chong et al., (2005) nas quais alcança o rendimento de 5 a 10 g/L entre 6 a 16 horas de cultivo

    tendo como alternativa a fermentação contínua para redução de custos. Devendo-se atentar a

    baixa taxa de produtividade nesses casos devido à instabilidade do fenótipo da cepa produtora.

    Por essas condições, sua condução em batelada ainda é preferível em escala industrial

    (MORAES, 2017).

    Com o intuito de aprimorar as propriedades químicas, reológicas e o tempo de residência

    nos tecidos do ácido hialurônico produzido, modificações químicas são realizadas em escala

    industrial visando não comprometer sua biocompatibilidade, biodegradabilidade e para a

    indústria médica e farmacêutica, as suas propriedades farmacológicas. Segundo Shimojo

    (2011), Tais modificações ocorrem por dois métodos distintos, são eles os métodos de adição

    de compostos ou moléculas na cadeia principal e o método da reticulação.

    A reticulação deste polímero consiste na formação de ligações cruzadas entre moléculas

    antes lineares ou pouco ramificadas criando estruturas maiores e tridimensionais de alta massa

    molecular, um exemplo disso é o Hylan B um derivado em forma de gel em que o ácido

    hialurônico foi reticulado com divinilsulfona (DVS) para sua utilização na estética facial

    (SHIMOJO, 2011).

    Conforme apontado por Liu et al, (2011) outra complicação deste método de produção

    é a provenientes dos estreptococos que podem permanecer no ácido final impedindo sua

    utilização para fins medicinais, restringindo assim o seu campo de aplicação. Surge assim o

    DNA recombinante como alternativa, utilizando de bactérias gram-positivas e gram-negativas

    como a Bacillus sp., Lactococcus lactis, Agrobacterium sp. e Escherichia coli.

    3.1.4 Finalidade comercial

  • 23

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    De posse de todas as propriedades aqui já citadas, são inúmeras as finalidades

    comerciais do ácido hialurônico tanto na indústria médica e farmacêutica, estética e cosmética

    como exemplificado a seguir:

    3.1.4.1 Indústria médica

    As aplicações médicas do ácido hialurônico são classificadas em quatro categorias:

    viscocirurgia, viscoaumento, viscossuplementação e viscosseparação. Na viscocirurgia, é

    comumente utilizado em plásticas oculares com sucesso, como na extração de cataratas. Outros

    estudos buscam sua utilização para a substituição do humor vítreo natural. Segundo Zamani et

    al., (2008), aplicações de AH nas pálpebras evitam sua retração natural, melhorando o

    fechamento ocular (Figura 6), evitando o uso de múltiplos colírios para lubrificação e,

    consequentemente, minimizando a realização de intervenções cirúrgicas (FIGUEIREDO et al.,

    2009).

    Figura 6 - Simulação de um tratamento com aplicações na pálpebra a base de ácido hialurônico.

    Fonte: GARCIA (2017).

    O viscoaumento consiste na reparação e aumento de tecidos danificados, ocorrendo

    normalmente em conjunto com a viscosseparação, envolvendo órgãos e tecidos expostos a

    procedimentos cirúrgicos, e, evitando assim, sua adesão. Por fim, sua ação na

    viscossuplementação, é repor os fluidos sinoviais degradados por enfermidades degenerativas

  • 24

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    como a artrite reumatóide, com a finalidade de alívio de dores e minimização dos sintomas

    (PAN, 2013).

    3.1.4.2 Indústria farmacêutica

    Facilmente metabolizado pelo corpo humano, ligações cruzadas do AH são realizadas

    para a formação de hidrogéis no preparo de microcápsulas na indústria farmacêutica para

    liberação controlada de fármacos. Assim, constituem um método bastante eficiente, pois através

    delas conforme as cápsulas vão sendo degradadas ocorre a liberação progressiva e controlada

    de fármacos, que são agora direcionados a alvos específicos (BICUDO, 2011).

    3.1.4.3 Indústria estética e cosmética

    No ramo estético, seu comportamento visco-elástico e sua capacidade de retenção de

    água atuam tendo o rejuvenescimento como objetivo principal, sendo empregadas em

    aplicações no interior da derme de forma a amenizar os efeitos de rugas e marcas de expressão.

    A solução de ácido hialurônico também pode ser injetada nos lábios para preenchimento e

    modelagem dos mesmos. Além das aplicações, ele pode ser usado como componente base de

    cremes faciais de uso contínuo atuando como hidratante, retendo o colágeno e revitalizando a

    derme desidratada pelo envelhecimento natural. (MORAES, 2017).

    Sua capacidade antioxidante é explorada em cremes e maquiagens fotoprotetores pelo

    objetivo em comum de prevenir o envelhecimento cutâneo. Além disso, a renovação celular é

    estimulada (Figura 7) assim como a síntese de elastina e colágeno.

    Figura 7 - Esquema do processo de reidratação da pele.

    Fonte: Adaptado de Clínica Wulkan® (2018).

  • 25

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    Por ser processado naturalmente no corpo humano, mesmo uma fina camada de produto

    pode criar uma película de proteção contra a radiação ultravioleta enquanto preenche sulcos na

    pele criados pelo tempo e a desidratação natural, não impede a passagem de oxigênio nem de

    nutrientes entre as células (PEREIRA, 2017).

    3.1.5 Mercado econômico

    As patentes criadas com esse tema impulsionam pesquisas de aprimoramento de

    produtos e métodos. Conforme apresentado por Selyanin et al. (2015), até 2016, das 4884

    patentes registradas mundialmente (Figura 8), 3881 foram para aplicação médica, 819

    bioquímica, 127 alimentícia, 48 processos para o desenvolvimento de novas cadeias de ácido

    hialurônico e 9 com outras bases (GOMES, 2016).

    Figura 8 - Perfil de patentes sobre ácido hialurônico criadas por área até 2016.

    Fonte: GOMES (2016).

    O continente europeu somado aos Estados Unidos e Japão detém boa parte do mercado

    mundial de derivados do ácido hialurônico, movendo em 2005 cerca de 1 bilhão de dólares.

    Devido a purificação extra, o custo por quilo para aplicação médica é superior aos destinados

    para fins cosméticos. Tais valores variam de US$ 40.000,00 à US$ 60.000,00 por Kg para fins

    medicinais e farmacêuticos, enquanto que a variação para fins cosméticos girava em torno de

    US$ 1.000,00 a US$2.000,00 por Kg (BICUDO, 2011). Em 2006, seus derivados cosméticos

  • 26

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    movimentaram cerca de US$ 850.000.000,00 pela comercialização de 1,6 milhões de produtos

    estéticos (MORAES, 2017).

    Dados da Transparency Market Research apontam que em 2012 o mercado de ácido

    hialurônico movimentou cerca de 5,32 bilhões de dólares com expectativa de aumento para

    9,85 bilhões em 2019 (GOMES, 2016). Atualmente, o cenário comercial brasileiro conta com

    a importação legal de inúmeras empresas, das quais se destacam os produtos da Surgiderm,

    Juvederm, Hylaform, Restylane, Perlane, Esthelis e Forthelis (FERREIRA, 2016). Uma

    segunda estimativa foi realizada pela Grand View Research (2016), ano em que o mercado

    mundial de AH foi avaliado em US$ 7,2 bilhões, sua pesquisa estipulou um rendimento desse

    mercado de US$ 15,4 bilhões até 2025.

    3.2 MECANISMOS DE AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE

    Segundo Alves et al. (2010), vários são os mecanismos para a avaliação da atividade

    antioxidante in vitro em produtos naturais, como exemplos têm-se os métodos: eletroquímicos,

    biológicos e espectrofotométricos.

    Têm-se como técnicas espectrofotométricas o conjunto de métodos relativamente

    simples baseadas no princípio de mudança de coloração das amostras lidas por variação de

    absorbância por comprimento de onda, (BORGES et al., 2011) o que como apontado por

    Halliwell (1995) mostra-se eficiente já que seu rápido resultado permite rejeitar um possível

    antioxidante para testes in vivo se este apresentar baixa atividade antioxidante in vitro. (ALVES

    et al., 2010). Existem diversas metodologias de avaliação da atividade antioxidante in vitro,

    entre elas: Sequestro do radical DPPH, Sequestro do radical peroxila; Poder Redutor; Quelação

    de íons metais; Sequestro do radical hidroxila e Capacidade antioxidante total.

    Sequestro do radical DPPH

    Seu mecanismo de ação ocorre através do sequestro do radical 2,2-difenil-1-picril-

    hidrazila (DPPH), de coloração inicial violeta, vista a existência de um par de elétrons

    desemparelhados se deslocando em ressonância por toda a molécula, em uma reação redox para

    o elemento antioxidante, sendo reduzido assim para hidrazina pelo ganho de um próton de

    hidrogênio por esse agente redutor. Tal reação é visualizada pela mudança de coloração para a

    cor amarelada (Figura 9), sendo quantificada pelo decaimento da absorbância no comprimento

    de onda de 517 nm (ALVES et al., 2010).

  • 27

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    Figura 9 - Esquema da reação de um ensaio de DPPH.

    Fonte: Adaptado de Pires et al (2017)

    Poder Redutor

    O ensaio de poder de redução do íon férrico ou simplesmente poder redutor, tem sua

    atividade antioxidante avaliada através do poder de agente redutor da amostra teste em reduzir

    o ferricianeto de potássio (Fe+3) à ferricianeto de potássio (Fe+2), sendo identificado pela

    variação de cor, visto apresentar, inicialmente, a coloração amarelada e, ao fim da reação, a

    coloração azul-esverdeada na presença de cloreto de Ferro. Essa variação causa aumento da

    absorbância que é lida então à 700 nm. (CHUNG et al., 2002 apud GARCIA, 2016).

    Teste da Capacidade Antioxidante Total

    O método do fosfomolibdênio, descrito por Pietro et al. (1999) é utilizado para avaliar

    a capacidade antioxidante total das amostras através da redução do Mo+4 a Mo+5 seguido da

    formação do complexo fosfato-molibdato, determinada por espectrofotometria pela mudança

    de cor de amarelo para roxo-azulado com um pico de absorção em 695 nm.

    Quelação de Íons metais

    Estudada através da atividade quelante de íons Fe II proposta por Dinis et al, (1994), a

    quelação de íons metais ocorre através da quelação da Ferrozina que oxida o cloreto de ferro se

    quelando ao íon Fe+2 disponível promovendo assim uma coloração avermelhada à mistura.

    (Figura 10). A amostra teste no meio deve então competir com a Ferrozina nesse processo.

    Assim, quanto maior a quelação de íons metais pela amostra, menos avermelhada se dará a

  • 28

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    solução, logo uma menor absorbância será lida na faixa de 562 nm (MORESCO et al., 2011)

    indicando que a atividade antioxidante da amostra atua também conforme esse mecanismo.

    Figura 10 - Esquema da reação de um ensaio de quelação de Ferro.

    Fonte: MORESCO et al (2011).

    Sequestro do Radical Peróxido

    O mecanismo espectrofotométrico para essa análise opera através da inibição de íons

    superóxidos na redução fotoquímica do NBT através do sistema Riboflavina-luz-NBT como o

    ensaio realizado por Beauchamp & Fridovich (1971). Nele o antioxidante atua inibindo o

    radical O2- liberado no meio cuja função seria reduzir o NBT, de cor amarela, a formazan de

    cor púrpura, (Figura 11) que pode ser lido à 560 nm (ALVES et al, 2010).

    Figura 11- Reação de redução do NBT a Formazan.

    Fonte: Adaptado de Bakr, Ahmed & Rahaman, Md. (2016).

  • 29

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Sequestro do Radical hidroxila

    Uma espécie altamente reativa in vivo pode ser sequestrada ao se utilizar um

    antioxidante em altas concentrações que atuem conforme o mecanismo de sequestro do radical

    hidroxila (QUADROS, 2018) Para tanto, ensaios in vitro são realizados para testar sua atuação

    reduzindo a quantidade de antioxidante necessária para isso. Um dos métodos para análise in

    vitro é o do sistema FeCl2/H202 proposto por o Smirnoff & Cumbes (1989).

    Nesse ensaio, íons OH- se formam pela reação entre peróxido de hidrogênio e íons Fe2+,

    denominada reação de Haber-Weiss. Esses radicais hidroxilas reagem então com o salicilato de

    sódio formando como intermediário o ácido diidroxibenzóico que possui resposta visual em

    510 nm. Assim quanto maior o potencial de sequestrar íons hidroxila tiver a amostra, menor

    será a absorbância lida nesse comprimento de onda (JIN et al., 2016 apud QUADROS, 2018).

  • 30

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    4. METODOLOGIA

    4.1 OBTENÇÃO E MANUTENÇÃO DO MICRO-ORGANISMO

    A linhagem de Streptococcus equi subsp. zooepidemicus CCT 7546 utilizada no

    presente trabalho foi obtida na coleção de culturas da Fundação André Tosello Pesquisa e

    Tecnologia, São Paulo - Brasil sendo esta originária da cepa Streptococcus equi subsp.

    zooepidemicus Farrow and Collins ATCC 39920, Strain Designation: HA-116 obtida da

    American Type Culture Colletion, Manassas, VA.

    Para manutenção, a linhagem foi cultivada em caldo BHI (Brain Heart Infusion) e

    mantida em incubador rotativo a 37 ºC e 150 rpm por 24 h. A biomassa foi então separada por

    centrifugação a 9956 g, a 4 ºC por 15 minutos; ressuspendida em solução salina (0,9 %) com

    glicerol 50% (v/v) estéril e armazenada a -80 ºC (Solução estoque).

    4.2 REATIVAÇÃO

    Para reativação da cepa de Streptococcus equi subsp. zooepidemicus, 1 mL da solução

    estoque mantida a -80 ºC em NaCl 0,9% com glicerol 50%, foi distribuída em 50 mL de caldo

    BHI em dois repiques conforme metodologia descrita por Ogrodowski (2006). (Figura 12).

    Os Erlenmeyers foram levados ao incubador rotativo onde permaneceram sob agitação

    de 150 rpm a 37 ºC por 18 h. Após esse período, o conteúdo dos Erlenmeyers, em câmara

    asséptica, foi distribuído em dois tubos de centrífuga tipo Falcon de 50 mL, dos quais foram

    retiradas alíquotas para serem observadas em microscópio.

    Como não foram observados sinais de contaminação pelo microscópio óptico, os tubos

    foram submetidos a centrifugação à 4500 rpm por 20 min sob refrigeração (4 ºC).

    No fim desta etapa, houve a identificação visual da formação de duas fases distintas das

    quais a fase 1, o sobrenadante, foi descartado e ao precipitado restante, fase 2, foram

    adicionados 1,5 mL de NaCl 0,9% para sua solubilização. Em seguida, o conteúdo dos dois

    tubos foi transferido para Erlenmeyers de 250 mL contendo 50 mL de BHI estéril. O novo

    sistema foi então mantido em incubador rotativo por 21 h a 37 ºC e 150 rpm (Figura 12).

  • 31

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Figura 12 - Fluxograma das etapas de produção de ácido hialurônico por Streptococcus zooepidemicus CCT

    7546 .

    Fonte: O autor.

    4.3 INÓCULO E PRODUÇÃO DO AH

    Passadas as 21 horas a 150 rpm e 37 ºC, o conteúdo de cada Erlenmeyer foi dividido

    igualmente em dois tubos Falcons de 50 mL cada e submetido à centrifugação à 4500 rpm

    durante 20 min sob refrigeração (4 ºC). Após descarte do sobrenadante, cada precipitado foi

    ressuspendido em 2,5 mL de NaCl 0,9%, e o conteúdo de dois tubos, que foram chamados de

    inóculo, foram transferidos a um Erlenmeyer de 250 mL contendo 45 mL do meio de cultivo

  • 32

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    cuja composição é mostrada na Tabela 2 (AMADO et al., 2015), e retornados à incubadora

    rotativa a 37 ºC e 150 rpm por 22 h.

    Tabela 2 - Composição do meio de cultivo de baixo custo para a Streptococcus zooepidemicus CCT 7546.

    Componente Concentração (g/L)

    Glicose (Dextrose) 50

    Triptona 15

    Extrato de levedura 5

    Fosfato monobásico de potássio 2

    Fosfato dibásico de potássio 0,5

    Sulfato de Magnésio 0,5

    Sulfato de amônio 0,5

    Fonte: AMADO et al (2015)

    4.4 EXTRAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO AH

    Seguindo o método de Nimrod et al. (1988) modificado, ao final da etapa de produção

    do AH, foram adicionados aos Erlenmeyers 5 mL de solução de SDS (Dodecil sulfato de sódio)

    à 5%, e deixados reagir por 10 min para que o SDS rompesse a membrana celular, liberando o

    ácido hialurônico presente no interior da bactéria. Em seguida, o conteúdo de cada Erlenmeyer

    foi dividido em 2 tubos centrífuga tipo Falcon e submetidos à centrifugação a 4500 rpm por 40

    min a 4 ºC (Figura 13).

    Retirados da centrífuga, os precipitados foram descartados e os sobrenadantes foram

    reunidos em um becker onde foi adicionado Etanol 95% na proporção 1,5/1

    (sobrenadante/etanol) e foram homogeneizados em agitação por 3 minutos. A mistura foi então

    armazenada em tubos tipo Falcon e deixadas em repouso por 1 hora a 4 ºC, para o favorecimento

    da precipitação, após essa etapa houve a centrifugação à 4500 rpm e 4ºC durante 10 min, de

    onde o sobrenadante foi descartado e o precipitado foi solubilizado em 5 mL de salina por

    erlenmeyer de meio de cultivo. Ao fim, esses microlitros foram transferidos para eppendorfs

    que foram etiquetados e separados para as análises seguintes.

    Uma parte da amostra foi submetida à liofilização durante 24 horas, à velocidade

    constante de 1mm/h, a -40 °C sob vácuo de 0,5 mmHg e pressão final de 0,05 mmHg. O

  • 33

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    processo ocorreu no (liofilizador modelo L101, Liobras, Brasil) do Laboratório de Engenharia

    de Alimentos LEA - UFRN. As amostras liofilizadas, agora no estado sólido, foram utilizadas

    para as análises de MEV, TG e FTIR, enquanto as amostras não liofilizadas foram utilizadas na

    determinação de ácidos urônicos e nas metodologias de avaliação da atividade antioxidante.

    Figura 13 - Fluxograma do processo utilizado para a purificação do ácido hialurônico produzido.

    Fonte: O autor.

    4.5 DETERMINAÇÃO DE ÁCIDOS URÔNICOS

    Seguindo a metodologia de Bitter e Muir (1962), a concentração do ácido obtido após a

    etapa de purificação sendo determinada em triplicata através da utilização de solução de

    tetraborato de sódio decahidratado em ácido sulfúrico 0,025 M e reagente de carbazol. 1,5 mL

    da solução de tetraborato foram pipetados em tubos de ensaio e resfriados por 30 min em banho

    termostático à 4 ºC quando 0,25 mL da amostra purificada foram adicionados em cada tubo

    (Figura 14). Os mesmos foram fechados e agitados ainda em resfriamento constante; após a

    agitação os tubos foram levados em banho com ebulição vigorosa por 10 minutos.

    Quando retirados foram esperados retornar à temperatura ambiente para serem agitados

    em vórtex e então receberem 0,05 mL do reagente colorimétrico de Carbazol (0,125 g em 100

    ml de etanol absoluto) após isso retornaram ao banho com ebulição vigorosa por mais 15

    minutos. Quando os tubos, após retirados, voltaram a temperatura ambiente, a densidade ótica

    foi lida em 530 nm no espectrofotômetro Genesys 10 uv da Thermo Spectronic, EUA. O branco

    foi realizado com água destilada. Feita a leitura, os resultados foram aplicados na equação da

  • 34

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    reta da curva de calibração construída anteriormente na faixa de 0,05 à 0,4 g/L com o padrão

    comercial de hialuronato de sódio e a concentração obtida de AH solubilizada em salina foi

    determinada.

    Figura 14 - Diagrama de blocos da metodologia de determinação de ácidos urônicos proposta por Bitter e Muir

    (1962).

    Fonte: O autor.

    4.6 MECANISMOS DE ANÁLISE DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE IN VITRO

    4.6.1 Capacidade Antioxidante Total

    A atividade antioxidante total foi determinada pelo método do fosfomolibdênio com

    modificações (Kumaran & Karunakaran, 2005). Para isso, 100 µL de cada amostra foram

    adicionados em tubos de ensaio contendo 100 µL de molibdato de amônio (40 mM), 100 µL de

    fosfato de sódio (280 mM) e 700 µL de água destilada. Em seguida, as amostras foram

    incubadas a 100 ºC por 90 minutos e, após resfriadas, a absorbância lida em espectrofotômetro

  • 35

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    a 695 nm. Para expressar o resultado em g de ácido ascórbico equivalente por grama de amostra

    (g AAE/g), elaborou-se uma curva padrão com concentrações de ácido ascórbico na faixa de

    0,025-0,250 g/mL.

    4.6.2 Poder redutor

    O poder redutor do ácido hialurônico produzido foi avaliado conforme Wang et. al.

    (2008). Para isso, 200 μL de amostra foram incubados com 100 μL de ferricianeto de potássio

    (1%) a 50 ˚C por 20 minutos. Na sequência adicionou-se aos tubos 180 μL de ácido

    tricloroacético 10%, 20 μL de cloreto férrico (0,1%) e 1,5 mL de tampão fosfato 200 mM (pH

    6,6). A absorbância foi avaliada a 700 nm em espectrofotômetro. Os resultados foram expressos

    em percentual de atividade do poder redutor (%) em relação a um padrão de ácido ascórbico na

    concentração de 0,1 g/L.

    4.6.3 Quelação do íon ferro

    A capacidade das amostras quelarem o íon ferro foi realizada conforme Galinari et al.

    (2018). A mistura reacional contendo 910 µL da amostra, 30 µL de FeCl2 (2 mM) e 60 µL de

    ferrozina (5 mM) foi agitada e incubada a 37 ºC por 10 minutos. A absorbância foi medida a

    562 nm em espectrofotômetro. Os resultados foram expressos em percentual de atividade

    quelante (%).

    4.6.4 Sequestro do radical hidroxila

    O potencial sequestrador de radical hidroxila foi investigado conforme previamente

    descrito por Smirnoff & Cumbes (1989). Inicialmente os radicais foram gerados pela adição de

    750 µL de tampão fosfato 150 mM (pH 7,40 contendo FeSO4.7H2O 10 mM, EDTA 10 Mm e

    salicilato de sódio 2 mM) e 200 µL de H2O2 (30%). Em seguida, as amostras foram incubadas

    a 37 ºC por 60 minutos e a presença do radical hidroxila avaliada em espectrofotômetro a 510

    nm. Os resultados foram expressos em percentual de inibição (%).

    4.6.5 Sequestro do radical superóxido

    O sequestro dos radicais superóxidos foi avaliado pela redução fotoquímica do azul de

    nitrotetrazólio (NBT) através do sistema riboflavina-luz-NBT (Dasgupta & De, 2004). Para

    isso, 200 μL de amostra foram adicionadas a 200 μL de tampão fosfato 50 mM (pH 7,4), 200

    μL de metionina (65 mM), 200 μL de EDTA (0,5 mM), 200 μL de NBT (0,375 mM) e 200 μL

    de riboflavina (0,5 mM). O controle foi preparado substituindo-se 200 μL da amostra por 200

  • 36

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    μL de tampão fosfato. Os tubos contendo as amostras e os controles foram mantidos sob luz

    fluorescente por 15 minutos e a verificação da absorbância foi realizada em espectrofotômetro

    a 560 nm. Os resultados foram expressos em percentual de inibição (%).

    4.6.6 Sequestro do Radical DPPH

    A capacidade de sequestro do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazila (DPPH) foi avaliada

    conforme Nóbrega et al. (2015) utilizando microplaca com 96 poços. Em resumo, 40 µL de

    amostra foram adicionados a 200 µL de uma solução de DPPH (0,1 mM) em etanol. A mistura

    foi então incubada por 25 minutos em câmara escura e a leitura realizada a 517 nm em leitor de

    microplacas Epoch-Biotek (Winooski, VT, USA). A curva padrão foi construída com

    concentrações de trolox (ácido 2-carboxílico-6-hidroxi-2,5,7,8-tetrametilcromano) variando de

    30 a 200 µM e os resultados expressos em mol de trolox equivalente por grama de amostra

    (kmol TE/g).

    4.7 CARACTERIZAÇÃO MOLECULAR DO AH PRODUZIDO

    4.7.1 MEV

    Realizado no Departamento de Engenharia de Materiais da UFRN (DEMAT), a

    microscopia eletrônica de varredura (MEV) consistiu na emissão de feixes de elétrons de 15

    KV nas amostras fixadas em fita de carbono e por meio da utilização do equipamento Phillips

    XL-30 ESEM, USA.

    4.7.2 FTIR

    A espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourrier (FTIR) contou com a

    emissão de espectros na faixa de 400 à 4000 cm -1 nas amostras em fase sólida através do

    Shimadzu, IR Tracer 100 (Perkin Elmer, EUA), realizada no Departamento de Engenharia de

    Materiais (DEMAT) da UFRN. Os dados foram tratados na plataforma Google Sheets na versão

    de 2019.

    4.7.3 Termogravimetria (TGA)

    O ensaio termogravimétrico foi realizado nas amostras sólidas pelo equipamento DTG-

    60 da Shimadzu com controlador de fluxo Shimadzu modelo FC-60A e interface TA-60WS

    (Shimadzu) do Núcleo de Pesquisa em Petróleo e Gás (NUPEG – UFRN). A faixa de

  • 37

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    temperatura utilizada foi de 30 a 800 ºC a uma taxa de aquecimento de 5 ºC/minuto em

    atmosfera de gás nitrogênio. Os dados foram adquiridos pelo software TA Acquisition Status

    versão 2.21, tratados nos softwares TA60 versão 2.21 e plotados no Microsoft Excel 2016.

  • 38

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    5. RESULTADOS

    Com a concentração de ácidos urônicos produzidos sendo determinada por

    espectroscopia, constatou-se que a concentração de AH produzido por S. Zooepidemicus foi de

    0,0698 g/L tendo um rendimento médio de 1,396 mg de AH em cada erlenmeyer de meio de

    cultivo utilizado.

    5.1 ANÁLISE FÍSICA E ESTRUTURAL

    5.1.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) do ácido hialurônico e padrão

    comercial de hialuronato de sódio.

    As imagens obtidas na microscopia eletrônica de varredura (MEV) para o padrão

    comercial de hialuronato de sódio e do ácido hialurônico produzido por Streptococcus

    zooepidemicus CCT 7546 são apresentadas nas figuras 15 e 16, respectivamente.

    Figura 15 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) do padrão comercial de hialuronato de sódio

    comercial ampliados (a) 500x, (b) 1000x, (c) 3000 x e (d) 5000 x.

    Fonte: O autor.

    Na imagem de MEV do padrão comercial de hialuronato de sódio ampliada 500 x, pode-

    se observar grupamentos poliméricos maciços, com granulometrias e formas pouco uniformes,

  • 39

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    que, embora semelhantes entre si, se destacam visualmente no meio (Figura 15-A). Nos

    aumentos de 3000 x e 6000 x, Figuras 15-C e 15-D respectivamente, percebe-se que essas

    partículas isoladas possuem estrutura não-cristalinas, sendo classificadas como sólidos

    amorfos. Tal observação corrobora com o fato deste padrão comercial obtido por intermédio da

    Sigma - Aldrich (BRP, European Pharmacopoeia (EP) Reference Standard), ser de origem

    animal, mais precisamente, extraído de cristas de galo.

    Após liofilização, o ácido hialurônico extraído de Streptococcus zooepidemicus

    apresentou estrutura macroscópica branca e granular. Esta amostra, visualmente foi dividida

    em três formas distintas. A primeira em forma de pó branco, a segunda em forma polimérica

    branca e lisa, que se encontrava em maior quantidade na amostra, e a terceira, também

    polimérica, possuía coloração ocre, opaca e de formas e tamanhos variados. A micrografia desta

    amostra (Figura 16) ampliada 500 x, permitiu a identificação das três formas.

    Figura 16 - Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de AH produzido por S. zooepidemicus

    CCT 7546 ampliados (a) 500 x, (b) 500 x, (c) 1000 x e (d) 3000 x.

    Fonte: O autor.

  • 40

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Os cristais de menor granulometria e em maior quantidade na Figura 16-A foram

    atribuídos aos cristais de NaCl que compunham a solução em que a amostra foi diluída e

    purificada. Enquanto que os cristais maiores em meio aos cristais de NaCl, cuja estrutura é

    melhor visualizada na figura 16-C, foram atribuídos aos cristais de ácido hialurônico extraídos.

    Por fim, o polímero mais escuro, que se encontrava em menor quantidade na amostra e que

    pode ser visualizado na Figura 16-A, foi atribuído, em hipótese, a resquícios de componentes

    celulares da S. zooepidemicus CCT 7546 que se mantiveram no meio mesmo após a etapa de

    purificação. A mesma pode ser vista ampliada 3000 x na Figura 16-D.

    5.1.2 Análise Termogravimétrica (TGA)

    As figuras 17 e 18 mostram as curvas de análise termogravimétrica (TGA) e análise

    térmica diferencial (DTA) do ácido hialurônico produzido por S. zooepidemicus CCT 7546 e

    do padrão de hialuronato de sódio, respectivamente. Assim como os ensaios realizados por Vasi

    et al. (2014), a degradação térmica do ácido hialurônico e do hialuronato de sódio ocorreu,

    ambas, em quatro etapas distintas. Com o auxílio das curvas de TG e DTA, as temperaturas de

    início e fim, assim como a porcentagem de perda de massa dessas etapas, foram quantificadas

    e apresentadas na tabela 3.

    Tabela 3 - Degradação térmica das amostras de ácido hialurônico produzido por S. zooepidemicus CCT 7546 e

    do Hialuronato de Sódio comercial.

    Fonte: O autor.

  • 41

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Apenas comparando o comportamento das curvas apresentadas nas figuras 17 e 18

    pode-se notar a indicação de que o ácido hialurônico por S. zooepidemicus CCT 7546 é

    termicamente mais estável que o hialuronato de sódio, fato esse que é suportado por apresentar

    menores perdas de massa nas quatro etapas de degradação (Tabela 3).

    Figura 17 - Análise térmica de ácido hialurônico produzido por S. zooepidemicus CCT 7546. Curva da análise

    térmica diferencial (ciano) e curva termogravimétrica (violeta).

    Fonte: O autor.

    Figura 18 - Análise térmica do padrão comercial de hialuronato de sódio. Curva da análise térmica diferencial

    (ciano) e curva termogravimétrica (violeta).

    Fonte: O autor.

    De acordo com Vasi et al. (2014), o primeiro passo de degradação (I) da molécula

    corresponde à perda de água (umidade). Em ambas as amostras tal perda ocorreu na temperatura

  • 42

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    média de 53,2 °C, entretanto, para o AH, a variação de temperatura foi um pouco maior (Tabela

    3). Ainda na primeira etapa, o AH sofreu menor perda de massa em relação ao HS, sendo esta

    de 5,43% enquanto que a perda do HS foi de 21,07%. Para Vasi et al., (2014) esse

    comportamento pode indicar uma diferença de hidrofilicidade, devido ao fato de em sua forma

    de sal de sódio, o hialuronato possui uma maior polaridade por estar carregado negativamente.

    Na segunda etapa (II) das figuras 17 e 18, começa a degradação da amostra (Réef et al,

    2012). A temperatura inicial desta etapa entre as duas análises distanciou-se em cerca de 50 °C,

    acontecendo para o AH apenas em 279,44 °C. A diferença do percentual de perda de massa

    também foi significativa, sendo aproximadamente um terço da sofrida pelo sal.

    Nas etapas finais esse comportamento se manteve, porém, ainda mais discrepante. Para

    o HS 24,63 % foram perdidos entre 540 e 591 ºC, enquanto que a massa de ácido hialurônico

    de S. zooepidemicus CCT 7546 se manteve praticamente constante nesse período, só havendo

    redução mássica significativa a partir de 779,78 °C, temperatura essa aproximadamente 200 ºC

    acima da temperatura média da quarta etapa de degradação do padrão comercial do hialuronato

    de sódio (Tabela 3).

    Vasi et al (2014) argumentam que essa diferença de comportamento térmico entre as

    amostras pode ser devido às características físico-químicas dos compostos e sua capacidade de

    formar pontes de hidrogênio, assim como o fato das ligações covalentes presentes no polímero

    de ácido hialurônico conferirem maior estabilidade estrutural ao composto do que a interação

    eletrostática da estrutura salina do hialuronato de sódio. (Figuras 17 e 18) promovendo a ele

    uma menor perda de massa durante a análise térmica.

    5.1.3 FTIR do ácido hialurônico e do hialuronato de sódio

    Com o objetivo principal de caracterizar o polímero obtido, a espectroscopia no

    infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), mostrou que estruturalmente a amostra

    produzida e o padrão de hialuronato de sódio comercial são bem similares. Ambos apresentam

    picos e vales em comprimentos de onda semelhantes entre si e semelhantes aos relatados na

    literatura. Com base em tais similaridades, pôde-se identificar os principais grupos funcionais

    existentes nos polímeros analisados. Todas as bandas e seus respectivos comprimentos de onda

    estão apresentados na figura 19 e tabela 4.

  • 43

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Tabela 4 - Comprimentos de onda encontrados por análise de transmitância em FTIR para o AH produzido por

    S. zooepidemicus CCT 7546 e para o padrão de hialuronato de sódio.

    Banda

    Comprimento de onda (cm-1)

    Padrão de HS AH de S. zooepidemicus

    a 3371,57 3410,14

    b 2974,23 2924,08

    c 2850,08 2846,93

    d 2368,58 2341,58

    e 1647,21 1651,07

    f 1604,77 1608,63

    g 1411,89 1458,18

    h 1350,17 1350,17

    i 1323,17 1323,17

    j 1207,43 1234,44

    k 1153,43 1118,71

    l 1033,84 1041,56

    m 891,11 891,11

    n 667,37 667,37

    o 613,36 617,22

    Fonte: O autor.

    A primeira banda a ser reconhecida em ambos os espectros foi a banda a (Figura 19)

    cujos valores se encontram na faixa dos 3371 e 3410 cm-1 para o padrão e a amostra

    respectivamente, próximos aos encontrados por Reddy & Karunakaran (2013) em ácido

    hialurônico produzido por S. zooepidemicus 3523-7, a classificando como correspondente ao

    alongamento de grupamentos OH-.

    Nos pontos b e c os comprimentos de onda obtidos na amostra mais se aproximam dos

    pontos obtidos por Sadhasivam et al. (2012) que do padrão analisado, visto que esse se

    encontrou um pouco mais deslocados para a esquerda, porém ainda caracterizando

    alongamentos simétricos e assimétricos de CH2 em ambas as bandas.

  • 44

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Figura 19 - Bandas identificadas das curvas de transmitância da análise de FTIR entre 4000 cm-1 à 560 cm-1 do

    AH por S. zooepidemicus CCT 7546 (azul) e para o padrão de hialuronato de sódio (violeta).

    Fonte: O autor.

    A quarta banda, ponto d, corresponde ao alongamento da ligação de grupos tiol com os

    grupos SH (Carneiro et al., 2016), enquanto os pontos e e f indicam a presença de amidas

    primárias e grupamentos ácido, respectivamente, como apontados por Kim et al. (2008). Em

    g, as bandas indicam a presença de CH2, CH3; da deformação das ligações C-O-H e da

    combinação C-O com C-O, enquanto que um alongamento de ligações entre uma amina

    aromática primária e um grupo CN é indicado pelo ponto h. (SADHASIVAM et al., 2012).

    O ponto i, em ambas as curvas, demarca a presença de grupos diaquil-aril sulfonas

    simétricas e assimétricas. Já em j tem-se caracterizado a presença de fosfatos aromáticos além

    do alongamento P-O-C, enquanto que em k ocorre o alongamento de C-O-C além da

    deformação das ligações O-H e C-O (SADHASIVAM et al., 2012).

    Alkrad et al.(2002) apud Reddy & Karunakaran (2013) apontam que as bandas cujos

    comprimentos de onda se assemelham aos indicados em l são devidos alongamento C-O-C. Em

    m, segundo Sadhasivam et al., (2012) ocorrem também o alongamento C-O-C, além das

    deformações O-H e C=O, para os autores, em n há o alongamento da ligação C-S dissulfídicas,

    assim como por fim, a última banda identificada entre 560 e 4000 cm-1 (ponto o) caracteriza o

    alongamento da ligação S-S dissulfídica.

  • 45

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    5.2 ANÁLISE DA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE

    Antioxidantes são compostos que retardam ou inibem a formação de espécies reativas

    de oxigênio (ERO), que por sua vez são responsáveis pela oxidação química de outras

    moléculas. A formação destas espécies reativas ocorre em três estágios: iniciação, propagação

    e terminação (Galinari et al., 2018). Dessa forma, as propriedades antioxidantes do AH

    produzido por S. zooepidemicus e do padrão comercial de HS foram analisadas por diversos

    métodos, como aqueles que bloqueiam a inicialização (capacidade antioxidante total e poder

    redutor), propagação (quelação de ferro) e terminação (Sequestro dos radicais DPPH, hidroxila

    e superóxido). Os resultados obtidos para as atividades antioxidantes avaliadas são apresentados

    na tabela 5.

    Tabela 5 - Resultado das atividades antioxidantes encontradas para o AH produzido por S. zooepidemicus CCT

    7546 e do padrão de hialuronato de sódio.

    Atividade antioxidante AH de S. zooepidemicus Padrão de Hialuronato de sódio

    Capacidade Antioxidante Total (g AAE/g)

    14,02 ± 0,38 7,02 ± 2,36

    Poder Redutor (%) 18,18 ± 6,43 6,82 ± 3,21

    Quelação do íon ferro (%) ND* ND*

    Sequestro do Radical DPPH (kmol TE/g)

    5,57 ± 0,23 7,90 ± 2,94

    Sequestro do Radical hidroxila (%)

    28,39 ± 2,40 6,35 ± 2,40

    Sequestro do Radical Superóxido (%)

    ND* ND*

    *ND: Não detectada.

    Fonte: O autor.

    Pode-se constatar que a capacidade antioxidante total (CAT) do AH produzido por S.

    zooepidemicus é aproximadamente duas vezes maior que a apresentada pelo padrão comercial

    de HS. Assim, a capacidade antioxidante de 1 g de AH aqui produzido equivale a capacidade

    de 14,02 g de ácido ascórbico, um antioxidante comercial. Como a CAT avalia a capacidade

    de uma amostra doar elétrons em um ambiente levemente ácido e, assim, neutralizar espécies

    reativas de oxigênio (ERO), os resultados obtidos apontam que a fonte bacteriana, nesse caso,

    foi mais eficiente que o padrão de HS, obtido de fonte animal.

  • 46

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    Eles também indicaram que o poder redutor do padrão comercial de HS corresponde à

    apenas 60% do poder redutor do AH microbiano (Tabela 5). Ambas as amostras mostraram

    resultados abaixo dos obtidos para o padrão de ácido ascórbico 0,1 g/L. Resultados semelhantes

    foram encontrados por Sadhasivam et al. (2012). Segundo Gordon (1996), a capacidade de um

    composto como agente redutor, e consequente potencial antioxidante, está relacionada a sua

    capacidade de romper a cadeia de formação de radicais livres por meio da doação de um átomo

    de hidrogênio. Assim, pode-se confirmar tal característica está presente no AH produzido por

    S. zooepidemicus.

    Os íons Cu+2 e o Fe+2 são importantes agentes pró-oxidantes, assim a quelação destes

    metais por uma molécula antioxidante evitaria a formação de ERO e, consequentemente, o dano

    oxidativo. Segundo Rosa (2008), polímeros que possuem ligações cruzadas com grupos

    carboxílicos podem se quelar à íons metálicos, ligações essas que não foram identificadas na

    análise de FTIR.

    Como ilustrado na tabela 5, a amostra de AH e padrão de HS não apresentaram

    capacidade de quelação de íons ferro. Porém, como apontado por Silva et al. (2016), a quitosana

    possui um alto potencial quelante. Dessa forma, ao ser utilizada associada ao AH proporciona

    ao produto a atuação antioxidante também por esse mecanismo. Como exemplo têm-se os

    trabalhos de Nascimento & Bertachini (2015) na formulação de Hidrogéis a base de AH e

    quitosana para engenharia de tecido cartilaginoso, e Batista et al. (2017), em arcabouços de

    quitosana e AH visando a regeneração medular.

    Em relação capacidade de sequestro do radical DPPH, os resultados obtidos para a

    amostra de AH e do padrão comercial de HS apresentaram valores similares (Tabela 5). O

    radical DPPH é um radical livre estável, que tem sido empregado amplamente como uma

    estratégia para estimar o potencial antioxidante de componentes bioativos (Hu, Lu, Huang, &

    Ming, 2004). A capacidade de sequestro do radical DPPH por parte do AH produzido por S.

    zooepidemicus já foi descrita em trabalhos anteriores (Ke et al., 2009 e Pan et al., 2016). Ke et

    al., (2009) obtiveram sequestro do radical DPPH nas concentrações de 200 a 1600 µg/mL,

    diretamente proporcional a concentração, mas inferior à do padrão ácido ascórbico.

    Trabalhos anteriores relatam também que a atividade antioxidante do AH pode estar

    relacionada a sua massa molecular (Kim et al., 2008 e Pan et al., 2016) mostraram um aumento

    gradual da capacidade de sequestro do radical DPPH pela redução da massa molecular do

    polímero.

  • 47

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    El-Safory e Lee (2010) também observaram uma atividade de eliminação de radicais

    mais intensa para oligômeros de AH do que com o polímero nativo. Uma explicação para essa

    diferença de atividade foi discutida por Prior, Wu e Schaich (2005), que relacionaram com o

    impedimento estérico. Dessa forma, moléculas de cadeias menores seriam menos impedidas, e

    assim apresentariam maior atividade (ALVES, 2010).

    O radical hidroxila e seus radicais subsequentes são as ERO mais nocivas, constituindo-

    se nos principais responsáveis pela lesão oxidativa de biomoléculas (Ke et al., 2009). Os

    resultados do teste de sequestro do radical hidroxila mostraram que a amostra de AH atingiu

    uma inibição de 28,39%, enquanto que o padrão comercial de HS apresentou inibição de 6,35%.

    Segundo Telles et al., (2010), essa atividade pode ocorrer por duas vias distintas: pelo

    sequestro direto do radical hidroxila ou pela quelação do íon ferro impedindo assim a liberação

    desse radical. Como visto anteriormente, a atividade antioxidante das amostras analisadas por

    quelação de ferro não foi detectada, indicando assim que tal inibição ocorreu pelo sequestro do

    radical.

    Assim como o ensaio de quelação de íons metais, não foi detectada atividade nas

    amostras teste e padrão para sequestro do radical superóxido. Indicando que as amostras não

    conseguiram competir com NBT, sendo este, então, reduzido.

  • 48

    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

    6. CONCLUSÕES

    ● A análise de MEV mostrou que o polímero de hialuronato de sódio se apresenta como

    sólidos amorfos de granulometria uniforme em um meio também uniforme o que

    corrobora com o fato de advir de uma fonte animal (cristas de galo), passando por um

    processo de purificação eficaz. Quanto a microscopia eletrônica de varredura do ácido

    hialurônico produzido por S. zooepidemicus, este o identificou como um sólido

    cristalino de granulometria variável. Nela pôde-se identificar também a presença das

    partículas de cloreto de sódio no qual a amostra foi diluída, além de impurezas residuais

    após o processo de purificação.

    ● A termogravimetria revelou que o AH de origem microbiana é mais estável

    termicamente que seu equivalente comercial de fonte animal. Essa estabilidade pode

    estar relacionada com sua estrutura. As ligações covalentes presentes no polímero de

    AH de S. zooepidemicus conferem maior estabilidade estrutural em meio aquoso que as

    ligações iônicas da estrutura salina do hialuronato de sódio.

    ● Nas curvas de FTIR foram identificados 15 pontos em comum entre as amostras.

    Algumas funções orgânicas identificadas foram amidas primárias, grupamentos

    hidroxila e carbonilas responsáveis por sua atividade antioxidante.

    ● Não foi detectada atividade nos ensaios antioxidantes in vitro de quelação de íon ferro

    e sequestro do radical peróxido, indicando que a ação antioxidante do ácido hialurônico

    não ocorre por esses mecanismos. Em contrapartida, foram detectadas atividades nos

    ensaios in vitro de sequestro do radical DPPH, sequestro do radical hidroxila, poder

    redutor e capacidade antioxidante total. Nessas três últimas a atividade antioxidante do

    AH produzido foi superior ao do padrão comercial de HS.

    ● Uma hipótese para o resultado inferior ao Hialuronato de Sódio no ensaio in vitro de

    sequestro do radical DPPH é de que o comprimento da cadeia molecular do AH possa

    ser superior ao do HS, o que ocasionaria em um maior impedimento estérico. O ensaio

    de HPLC por gel de filtração pode revelar isso, sendo assim uma sugestão a ser

    desenvolvida em trabalhos futuros.

    ● Os resultados obtidos demonstram o potencial do AH produzido por S. zooepidemicus

    e contribuem para o entendimento de suas características e atividade antioxidante.

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    WILZA KÍMILLY VITAL DE PAIVA ENGENHARIA QUÍMICA - UFRN

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    FIGUEIREDO, Eugênio Santana