Estudos para a extração de quitina, obtenção e modificação química de quitosana via reação de Zincke e preparação de filmes à base de quitosana para aplicação em embalagens de alimentos
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Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Studies for the extraction of chitin, obtention and chemical modification of chitosan via the Zincke reaction, and preparation of chitosan-based films for application in food packaging
Primeiro orientador
Membros da banca
Bárbara Elisabeth Teixeira Costa
Laurent Frédéric Gil
Fabiano Vargas Pereira
Lucienir Pains Duarte
Laurent Frédéric Gil
Fabiano Vargas Pereira
Lucienir Pains Duarte
Resumo
A crescente preocupação com o meio ambiente e o interesse dos consumidores por produtos mais sustentáveis e não poluentes impulsionou estudos para a utilização de biopolímeros em diversas áreas. A quitosana tem se destacado devido às suas características de biocompatibilidade, não toxicidade e degradabilidade, além de apresentar propriedades antimicrobianas, que está relacionada à sua estrutura catiônica. O primeiro capítulo desse trabalho descreve os estudos realizados para obtenção de quitina, polissacarídeo encontrado em abundância na natureza e precursor da quitosana, a partir de resíduo de indústria pesqueira
brasileira, a casca de camarão rosa, por método biológico utilizando o fungo Aspergillus niger. São apresentadas também as tentativas para obtenção de quitosana a partir da desacetilação, pelo método químico, do material extraído da casca de camarão. O segundo capítulo trata da síntese de um derivado inédito de quitosana, Q1, contendo um anel piridínico diretamente ligado à unidade
monomérica glicosamina da quitosana, a partir da quaternização do grupo amina primária com um sal de Zincke, em uma estratégia inédita na literatura. A caracterização do novo material foi feita utilizando espectroscopia na região do IV, RMN de 13C em estado sólido e análise termogravimétrica (TG). Devido à presença de uma carga positiva permanente na estrutura de Q1, esse derivado possui potencial aplicação como agente antimicrobiano. Devido à não toxicidade e biodegradabilidade, a quitosana tem sido utilizada como base para a preparação de filmes para embalagens de alimentos, a fim de substituir os polímeros sintéticos que causam danos ao meio ambiente devido à lenta degradação. Assim, no terceiro capítulo desse trabalho, foram obtidos filmes à base de quitosana para aplicação como embalagem e revestimento de alimentos, suas propriedades mecânicas foram analisadas e a capacidade desses filmes em manter a qualidade de frutas foi avaliada. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas dos filmes melhoram com a adição do agente plastificante glicerol. Quando aplicados como revestimento, os filmes contendo cloreto de didecil-dimetilamônio, agente antimicrobiano, foram mais eficazes para estender a vida útil de morangos e bananas. No entanto, quando aplicados como filmes nas embalagens, observou-se que a adição dos agentes plastificante e antimicrobiano aumentou a absorção de água pelo filme, o que prejudicou a qualidade do fruto embalado.
Abstract
The growing concern for the environment increased the look for biodegradable polymers-based that is eco-friendly and can be applied in many areas. Chitosan stands out due to its properties, such as biocompatibility, biodegradability, non-toxicity, and antimicrobial activity, which is attributed to its polycationic nature. The first chapter of this work describes the studies carried out regarding the acquisition of chitin from the residue of the Brazilian fishing industry, the pink shrimp shell, through biological method using the fungus Aspergillus niger. The attempts made to obtain chitosan from the chemical deacetylation of the material extracted from the shrimp shell were also described. In chapter 2, an unprecedented chitosan derivative, Q1, containing a pyridine ring directly linked to the chitosan monomeric glycosamine unit was synthesized from the quaternization of the primary amino group with a Zincke salt in a never-before seen strategy in literature. The characterization of the new material was carried out through IR spectroscopy, 13C solid-state NMR and thermogravimetric analysis (TGA). Due to the permanent positive charge on nitrogen atoms in the Q1 structure, this derivative has potential application as antimicrobial agent. Due to its inherent properties, such as biocompatibility, biodegradability, chitosan has been explored for the preparation of films for use as food packaging to substitute for the packaging petrochemical-based that causes environmental damage. Thus, in the third chapter of this work, chitosan-based films were obtained for application as food packaging and coating, their mechanical properties were analyzed and the ability of these films to maintain fruit quality was evaluated. The results
showed that the mechanical properties of the films improve with the addition of the glycerol plasticizer. When applied as a coating, films containing didecyl-dimethylammonium chloride, an antimicrobial agent, were more effective in extending the shelf life of strawberries and bananas. However, when applied as films in packaging, was observed that the addition of plasticizer and antimicrobial agents increased water absorption by the film, which affected the quality of packaged strawberries.
Assunto
Química orgânica, Quitosana, Quitina, Alimentos, Embalagens, Espectroscopia de infravermelho, Termogravimetria, Ressonância magnética nuclear
Palavras-chave
Quitina, Quitosana, Reação de Zincke, Filmes biodegradáveis, Chitin, Chitosan, Zincke reaction, Biodegradable films