Produção de quitosanas com características controladas utilizando a irradiação de ultrassom de alta intensidade

Autor(es)

Jorge Augusto de Moura Delezuk

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2013-06-20

Membros da banca

Sergio Paulo Campana Filho; Marisa Masumi Beppu; Osvaldo Novais de Oliveira Junior

• Orientador: Sergio Paulo Campana Filho

Resumo

A principal reação de derivatização da quitina é a hidrólise dos grupos acetamido, que gera o polímero conhecido como quitosana. O foco do presente estudo é desenvolver um processo eficiente, reprodutivo e versátil para produção de quitosanas com características controladas. Nesse sentido, o processo de desacetilação de quitina assistida por irradiação do ultrassom de alta intensidade, denominado processo DAIUS, foi estudado. Para o desenvolvimento do estudo proposto, as seguintes etapas foram realizadas: i) extração, fracionamento e caracterização de beta-quitina extraída de gládios de lulas; ii) estudo quimiométrico visando determinar as variáveis mais importantes do processo DAIUS; iii) estudo quimiométrico visando a otimização do processo DAIUS empregando gráficos de superfícies de resposta e iv) estudo cinético da desacetilação de beta-quitina via processo DAIUS. A caracterização das quitosanas, obtidas pelo processo DAIUS com o auxílio do planejamento fatorial de experimentos revelou que a intensidade da irradiação de ultrassom é a variável menos importante durante a desacetilação da beta-quitina, e que a temperatura e o tempo de reação são as variáveis que mais afetam a despolimerização da beta-quitina. Desse estudo resultaram quitosanas com elevados <span style=\"text-decoration: overline\">GD (92%) e <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (5,42x105g/mol), enquanto o parâmetro de acetilação (PA) apresentou valores próximos de 1,0, que corresponde ao padrão randômico ideal de distribuição de unidades GlcN e GlcNAc, sugerindo que o processo DAIUS ocorre homogeneamente. A análise dos gráficos de superfícies de resposta permitiu observar que o aumento da temperatura e do tempo de sonicação gera quitosanas mais desacetiladas, porém com menores massas molares. Esta análise também permitiu avaliar os efeitos do processo DAIUS sobre <span style=\"text-decoration: overline\">GD, <span style=\"text-decoration: overline\">Mv e PA, sendo que nesse estudo quitosanas com elevada <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (9,83x105g/mol) foram obtidas, porém o aumento da temperatura e do tempo de sonicação resultou em quitosanas mais despolimerizadas, e também mais desacetiladas. A seleção das principais variáveis do processo DAIUS, temperatura de reação e do tempo de sonicação, permitiu uma melhor compreensão da variação do <span style=\"text-decoration: overline\">GD e da <span style=\"text-decoration: overline\">Mv, e permitiu a obtenção de quitosanas que apresentaram valores de PA&asymp;1,0, correspondente ao padrão randômico ideal de distribuição de unidades GlcN e GlcNAc. O estudo da cinética da desacetilação da beta-quitina via processo DAIUS revelou a ocorrência de duas etapas bem distintas quantos às suas velocidades, sendo a primeira, atuante nos primeiros 20 minutos, mais rápida (k=29,4 min-1 103) quando comparada com a segunda etapa (k=7,6 min-1 103). As quitosanas geradas no desenvolvimento do estudo cinético do processo DAIUS foram analisadas por difração de raios X, revelando que durante o processo DAIUS ocorre perda de água do retículo cristalino da beta-quitina, fato atribuído à cavitação gerada pela irradiação de ultrassom de alta intensidade. Assim, é proposto que o fenômeno da cavitação, que resulta em importantes alterações morfológicas, reduzindo as dimensões médias das partículas e aumentando sua rugosidade e uniformidade, também atue no interior do retículo cristalino da beta-quitina, resultando na expulsão de moléculas de água e facilitando o acesso do hidróxido de sódio aos grupamentos acetamido da beta-quitina mesmo nos domínios cristalinos. A utilização do ultrassom de alta intensidade na desacetilação de beta-quitina coloca em destaque a obtenção de quitosanas com características controladas. (AU)