UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA – PIBIC

: CNPq, CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PRODOUTOR, PIBIT E FAPESPA

RELATÓRIO TÉCNICO -CIENTIFICO

Período: Agosto / 2016 a Janeiro/ 2017

(x) PARCIAL

( ) FINAL

Título do projeto de pesquisa: Tecnologia enzimática aplicada ao resíduo do

processamento industrial do camarão com vistas à geração de biopolímeros com potencial

atividade biológica.

Nome do orientador: Nelson Rosa Ferreira

Titulação do orientador: Doutor

Faculdade: Faculdade de Engenharia de Alimentos (FEA).

Instituição: Universidade Federal do Pará

Laboratório: Laboratórios da Faculdade de Engenharia de Alimentos e do Grupo de

Biotransformações e Biodiversidade Molecular da UFPA.

Título do plano de trabalho: Pré-tratamento em Matriz de Quitina proveniente do

processamento industrial do camarão para obtenção de Quitosana.

Nome do bolsista: Suelem Paixão da Silva

Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/ CNPq

( ) PIBIC/CNPq – AF

( ) PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador

( ) PIBIC/UFPA

( ) PIBIC/UFPA – AF

( ) PIBIC/ INTERIOR

(X) PIBIC/PRODOUTOR

( ) PIBIC/PE-INTERDISCIPLINAR

( ) PIBIC/FAPESPA

( ) PIBIC/PIBIT

1 INTRODUÇÃO

Quitina e quitosana são copolímeros constituídos por unidades Nacetil-D-glicosamina e D-

glicosamina em proporções variáveis, sendo que o primeiro tipo dessas unidades predomina no caso

de quitina, enquanto quitosana é composta predominantemente, por unidades D-glicosamina-1. A

quitina é o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza depois da celulose, sendo o principal

componente do exoesqueleto de crustáceos e insetos; sua presença ocorre também na parede celular

de fungos e leveduras. A quitosana pode ser obtida a partir da quitina por meio da desacetilação com

álcalis.

O presente projeto de pesquisa visa o processo de obtenção da quitina proveniente da

carapaça e cefalotórax de camarão, para isso, fez-se necessário estudos prévios de cada etapa

inerente ao processo, como: desmineralização, desproteinação, despigmentação, secagem e

desacetilação da quitina, assim como o conhecimento sobre a estrutura química do biopolímero

e a influência que os tratamentos químicos exercem sob o mesmo. Portanto, o desenvolvimento

do plano de trabalho proporcionou conhecimento teórico e prático que são vitais para execução

e monitoramento do projeto.

2 JUSTIFICATIVA

A matéria prima de obtenção da quitina é proveniente de resíduos de processamento de

camarão que são: cabeça, carapaça e extremidade da calda. A portaria n° 203 de 03 de abril de

1970 proíbe o lançamento de resíduos de pescados em águas interiores e no mar do território

brasileiro, porém esta prática ainda não está totalmente erradicada podendo gerar prejuízos

ambientais consideráveis. O produto descartado é constituído em grande parte por quitina que

é um biopolímero estrutural do exoesqueleto de crustáceos e pode ser utilizada como matéria

prima para obtenção de outro biopolímero como a quitosana. Vários estudos mostram que a

quitosana e seus respectivos oligômeros, obtidos a partir de sua hidrólise, apresentam variadas

aplicações nas indústrias farmacêutica e alimentícia e também na área ambiental.

A alternativa em utilizar biomassas de grande disponibilidade como fonte potencial de

biomoléculas de alto valor agregado está em consonâncias com as vertentes atuais da pesquisa

mundial, principalmente na busca de alternativas aos processos químicos utilizados na hidrólise

de biomassas de origem animal. É notório o interesse por diversos grupos de pesquisa em buscar

alternativas viáveis de utilização destas biomassas produzidas cada vez mais em ordem

crescente. Neste cenário, o Brasil está se consolidando através de diversas iniciativas de

pesquisas voltadas para o aproveitamento de biomassa de origem animal com o objetivo de

cada vez mais agregar valor aos subprodutos oriundos das diversas atividades pesqueiras

industriais. O Estado do Pará, como um dos expoentes nesta atividade deve também se

estabelecer no cenário nacional e fomentar grupos que atuem no desenvolvimento ou

otimização de métodos ou processos de reaproveitamento de biomassas, tanto de origem vegetal

quanto de origem animal. Neste sentido, esta proposta visa consolidar o desenvolvimento de

processos bioquímicos utilizando a tecnologia enzimática para obtenção de compostos com

potencial atividade biológica voltados para indústria alimentícia com aproveitamento dos

resíduos pesqueiros com consequente redução do risco ambiental e valorização dos recursos

naturais. Vale ressaltar que esta pesquisa contará com a participação e a infraestrutura dos

laboratórios da Faculdade de Engenharia de Alimentos e do Grupo de Biotransformações e

Biodiversidade Molecular da UFPA.

3 OBJETIVOS

Obter biopolímero de quitosana e seus oligômeros por via de hidrólise química

utilizando os resíduos do processamento do camarão de uma indústria pesqueira estabelecida

no Estado do Pará. Para atingir esses objetivos, foram realizadas até o momento as etapas

iniciais de pré-tratamento da matéria-prima, executando as reações químicas para obtenção da

quitosana, as quais estão descritas no presente trabalho.

4 MATERIAL E MÉTODOS

4.1 Preparação da matéria-prima

A matéria prima empregada (quitina bruta - QB) foi o exoesqueleto de camarão, que

compreendem os quelípodos, abdomens e cefalotórax (figura 1). Esta foi manualmente lavada

com água potável para retirada de resíduos de carne e sujidades em geral, em seguida foi seca

à 55°C em estufa durante 6 horas. O material seco foi fragmentado em moinho de facas e

reprocessado em um triturador de alimentos (Continental). Após a trituração, foi determinado

o diâmetro médio das partículas utilizando-se sistema de tamisação com agitação

eletromagnética (Nerfur Wechselsrrom/Veb Labortechnik) e peneiras para análise

granulométrica (Bertel) padronizadas com as seguintes abertura de malhas em unidades mesh:

28 (589 µm), 35 (417 µm), 42 (351 µm) e 60 (246 µm). As massas retidas em cada peneira

foram quantificadas para analise granulométrica.

4.1.1 Alterações em relação a metodologia proposta inicialmente:

Após a primeira fragmentação, optou-se em reprocessar em um triturador de alimentos

com intuito de obter-se uma menor granulometria, de forma a aumentar a área de contato do

material com os reagentes. Foi incluído na metodologia a análise granulométrica através da

tamisação com intuito de padronizar o processo e também em estudos futuros, avaliar o efeito

do diâmetro médio das partículas para o rendimento do processo.

4.2 Desmineralização

Essa etapa teve por objetivo eliminar o máximo possível a presença de alguns elementos

químicos, principalmente o cálcio. A desmineralização se deu pela adição de 500 ml de solução

aquosa de HCl 0,55M, em 50 g do material seco e moído. A mistura foi mantida na temperatura

ambiente, sob agitação constante para uma melhor interação (figura 1). Foram realizados dois

ciclos com duração de 15 minutos e um terceiro com duração de 1 hora, seguido do enxague

com água destilada até pH neutro. Após todos os ciclos, o material desmineralizado foi filtrado

a vácuo e seco a 50°C por 13 horas.

4.3 Desproteinação

A desproteinação foi conduzida por suspensão do material desmineralizado seco em 400

ml de solução de NaOH 0,3 M em um becker com agitação por barra magnética e mantido a

temperatura de 80°C ± 2 °C em chapa térmica (figura 1). O procedimento foi realizado em

três ciclos de 20 minutos de duração cada, seguidos do enxague com água destilada sob filtração

a vácuo até pH neutro após cada ciclo. Em seguida foi realizada a secagem a 50°C por 6 horas.

4.4 Despigmentação

A despigmentação da quitina obtida foi realizada em um sistema soxlet com acetona

durante 6 horas (figura 1). Em seguida o material despigmentado foi seco em estufa a 50°C

durante 6 horas.

Matéria prima bruta. (QB)

Desmineralização

Desproteinização

Despigmentação

Figura 1. Etapas de obtenção da quitina a partir de exoesqueleto de camarão: Primeira fase para obtenção da quitosana.

4.5 Análise gravimétrica da quitina pós-processamento.

Foi realizada novamente a análise gravimétrica do material, sendo que nesta etapa foi

utilizada a quitina pós-processamnto (QPP), que corresponde à quitina após despigmentação.

Foram utilizadas peneiras com as mesmas abertura de malha como descrito na preparação da

matéria-prima.

5 RESULTADOS PARCIAIS

5.1 Tamisação da quitina bruta.

A tabela 1 mostra o diâmetro da abertura de cada peneira, assim como, a porcentagem

de massa retida nas mesmas para QB.

Tabela 1. Porcentagem de massa retida em cada peneira.

Peneira (μm) 589 417 351 246 Fundo

Massa da amostra (g) 12,9 20,32 35,98 20,29 7,57

Porcentagens retidas (%) 13,40 21,11 37,38 21,08 7,86

Para o cálculo do diâmetro médio das partículas (dmp) usou-se o método de Sauter

(MaCab,1993) (dps), utilizando a equação 1 abaixo:

Eq.1 dmp =�

∑���

���

Onde, xi é o diâmetro das aberturas das peneiras, di é a média da abertura entre as

peneiras adjacentes, e Xi é a quantidade de massa retida na peneira (g) dividido pelo total de

massa (g). O resultado dos cálculos encontra-se na de tabela de frações de massas das partículas

(tabela 2). O gráfico de distribuição baseado na tabela 2, mostra a tendência de uma distribuição

normal (figura 2).

Tabela 2. Frações de massas das partículas e somatório de Xi/di

Com base no resultado anterior, calculou-se o diâmetro médio das partículas usando a equação

1. O dmp foi 379, 9 μm.

Figura 2. Gráfico de distribuição das partículas após tamisação para QB.

5.2 Tamisação da quitina pós-processamento.

O material utizado nesta etapa consiste na quitina despigmentada após evaporação do

solvente. Partiu-se de uma massa de 9,03g. Foram utilizadas peneiras com as mesmas abertura

de malha como descrito na preparação da matéria-prima. Esta etapa teve como objetivos avaliar

se houve um aumento médio no tamanho das partículas de quitina e padronizar um tamanho do

material particulado que deverá ser encaminhado para análise espectroscópica na região do

infravermelho.

Utilizando-se as mesmas aberturas de malhas na preparação da materia prima, observa-

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

589 417 351 246 246

Fraç

ão d

e m

assa

(xi

)

Abertura μm

Distribuição das particulas

xi(μm) di (μm) Xi Xi/di

589 589 0,1256 0,0002

417-589 503 0,2111 0,0004

351-417 384 0,3738 0,0010

246-351 299 0,2108 0,0007

246 246 0,0786 0,0003

∑ ���

��� = �,���� μm-1

se na tabela 3 que a distribuição do tamanho médio das partículas não apresentou uma tendência

de distribuição normal com foi observado para QB, deste modo, o cálculo do diâmetro médio

pelo método de Sauter não seria adequado. Entretanto, observa-se que 77,8% da massa inicial

ficou retida nas duas peneiras com maiores aberturas (589 µm e 417 µm). Comparando-se as

mesmas condições com QB (33,6%), houve um aumento mínimo de 2,3 vezes, por este critério.

Isto evidencia um aumento do tamanho médio de QPP. Esta característica é importante pois

poderá indicar futuras aplicações tecnológicas, tanto na quitina purificada quanto na quitosana

obtida. Ainda será necessário avaliar a relação do tamanho médio das partículas com essas

possíveis aplicações tecnológicas.

O material retido e selecionado no “fundo” do sistema de tamisação seguirá para análise

no infravermelho. Este material retido foi o escolhido devido apresentar o menor tamanho de

partícula, adequada para análise proposta.

Tabela 3. Quantidade da massa retida durante a tamisação de QPP.

Peneira (μm) 589 417 351 246 Fundo

Massa da amostra (g) 4,05 2,98 0,84 0,47 0,69

Porcentagens retidas (%) 44,8 33,0 9,3 5,2 7,7

5.3 Etapas iniciais do processo de extração da quitina.

A figura 3 demonstra o resultado da secagem e trituração da matéria prima, a qual foi

observada um leve escurecimento, considerado normal, devido o tempo de exposição durante

a secagem.

Na etapa de desmineralização, ao adicionar o HCl observou-se uma forte efervescência,

o que indica a liberação de gás CO2, proveniente do conteúdo de carbonatos, principal

componente mineral dos exoesqueletos de crustáceos, juntamente com os fosfatos.

Na desproteinação notou-se uma grande mudança na estrutura das partículas as quais

assemelharam-se a “flocos”, também notou-se uma despigmentação significativa das partículas

(figura 4), assim como uma redução elevada de massa (g), como mostra a tabela 3.

Finalmente, na etapa de despigmentação, não se obteve modificações severas com

relação a massa ou estrutura das partículas. Com relação a cor, observa-se a retirada de

pigmentos como pode ser observado na figura 5

Figura 3. Resultado da quitina bruta seca e triturada.

Figura 4. Resultado da desproteinação. Observa-se um aparente aumento do tamanho das partículas: Formação de “flocos”.

Figura 5. Resultado da despigmentação. Observa-se a redução da coloração devido à extração dos pigmentos.

A Tabela 4 apresenta a variação, em massa, a partir da matéria-prima inicial (cascas de

camarão), nas diferentes etapas do processamento adotado neste trabalho.

Tabela 4. Variação em massa em cada etapa.

Etapas Variação de massa (g) Rendimento (%)

Matéria-prima 50,0 100

Desmineralização 26,0 52,0

Desproteinação 10,0 20,0

Despigmentação 9,1 18,2

6 ATIVIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS NOS PRÓXIMOS MESES

I. Caracterização da quitina

II. Obtenção da quitosana através da desacetilação da quitina

III. Determinação do grau de acetilação

7 CONCLUSÃO

Os resultados obtidos até o momento, provenientes de tratamentos físicos e químicos da

matéria-prima, possibilitaram a obtenção da quitina, a qual apresentou rendimento de 18,2 %

em relação a massa inicial. Posteriormente, com a realização da caracterização da quitina

obtida, será possível analisar o grau de acetilação da quitina pós processamento. Contudo pode-

se afirmar que o plano de trabalho vem sendo executado como planejado, alcançando-se

gradativamente os objetivos do projeto de pesquisa.

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANTONINO, N. A.; Otimização do Processo de Obtenção de Quitina e Quitosana de 560 Exoesqueletos de Camarões Oriundos da Indústria Pesqueira. Paraibana. João 561 Pessoa. Dissertação (Mestrado). Departamento de Química - Universidade Federal da 562 Paraíba, 2007. Estruturas e Propriedades de α- e β-Quitina. Quimica Nova, v. 30, n. 3, p. 644-650, 581 2007. Foust et al., 1982-Principio das Operações Unitárias NEVES, A.C.; Otimização de processos de obtenção de quitosana a partir de resíduo da carcinicultura para aplicações ambientais. McCabe, Warren, L. Smith, C, Julian. Harriottt. Unit Operations of Chemical Engineering- 5th Ed. (1993), Pag 925. SÂNIA M. B.; Biopolímero quitina: extração e caracterização.

FICHA DE AVALIAÇÃO DE RELATÓRIO DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

O AVALIADOR DEVE COMENTAR, DE FORMA RESUMIDA, OS SEGUINTES

ASPECTOS DO RELATÓRIO:

1. A metodologia está de acordo com o Plano de Trabalho ?

2. Os resultados obtidos até o presente são relevantes e estão de acordo com os objetivos

propostos?

3. O plano de atividades originou publicações com a participação do bolsista?

4. Comente outros aspectos que considera relevantes no relatório

5. Parecer Final:

Aprovado ( )

Aprovado com restrições ( ) (especificar se são mandatórias ou recomendações)

Reprovado ( )

6. Qualidade do relatório apresentado: (nota 0 a 5) _

Atribuir conceito ao relatório do bolsista considerando a proposta de plano, o desenvolvimento

das atividades, os resultados obtidos e a apresentação do relatório.

Data: / / .

Assinatura do(da) Avaliador(a)