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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)