Ciência e Tecnologia de Alimentos - Stability of d-limonene ...

PROJETO DE TECNOLOGIA LIMPA PARA VALORIZAÇÃO ECONÔMICA DACASCA DO CAMARÃO PARA PRODUÇÃO DE QUITOSANA, BIOCAPSULA E BIOFILME

PANNIR SELVAM; SILVA,R.T;Araújo, J. B;TOMÉ,D.S.

UniversidadeFederal do Rio Grande do Norte/ DEQ/CT/UFRN

CampusUniversitário -Lagoa Nova, CEP: 59072-970-Natal/RN

pannirbr@gmail.com/daydst@gmail.com

INTRODUÇÃO

O descarte da cabeça e da casca de camarão pelasindústrias representa grande desperdício, já que essas partes dos camarões sãoextremamente nutritivas. O descarte deste bioresíduo acontece em grandequantidade em um país como o Brasil, que é um grande produtor desses crustáceosnas áreas litorâneas, principalmente na região nordeste que é o principalprodutor desse crustáceo. Aproveitar esse material vem sendo objeto de diversosestudos com objetivo econômico. Durante o processamento os bioresíduos obtidosequivalem à metade do peso do camarão beneficiado. Estes resíduos vãoacumulando-se na indústria. A deterioração deste material começa em algumashoras e produzem mau cheiro, apresentando o problema ambiental com uma cargaelevada de Demanda Química de Oxigênio. As secagens solares da casca ecozimento dela, usando vapor são tecnologias conhecidas e aplicadas em grandes quantidades na alimentaçãoanimal, acrescendo valores nutritivos que são obtidos de todos os componentesdesse bioresíduo, principalmente a proteína e pigmento. Porem poucos trabalhossão conhecidos para conservação de alimentos e frutos do mar.

O uso da quitosona e de seus derivados, na forma defilmes biodegradáveis comestíveis para revestimento protetor de frutas elegumes pós-colheita, têm recebido considerável atenção ultimamente. Aeficiência da quitosona, principalmente em relação às suas propriedadesantimicrobianas, tem sido reportada tanto em teste pré como em pós-colheita. OPotencial econômico deste projeto foi avaliado, mas tem alto custo de produção.Neste contexto, o desenvolvimento do nosso projeto tem um objetivo econômicovoltado ao aproveitamento e a preservação de camarões processados em biofilme baseado em trabalhos do México que está utilizandoQuímica Verde com uso de esponja de quitina como biofilme para preservação dealimentos.

REVISÃO BIBLIOGRAFICA

Foram analisados, principalmente diferentes trabalhospara produção de biofilmes. Todo processo utilizado está de acordo com químicaverde e da ecologia industrial. A metodologia a seguir permite o aproveitamentointegral dos resíduos de camarão durante a produção de quitina e quitosona.

1.     Extração da quitina:

Exitem três métodos de produção de quitina: processoquímico, extração usando processo biológico de fermentação láctica e o dequímica verde usando solvente.

O estudo anterior determinou uma maneira de se extrairquitina de forma segura sem a necessidade de utilizar ácido clorídrico ehidróxido de cálcio.Os bioresíduos foram lavados com uma solução a 2% de azeitevegetal saponificado em relação 1:5 para extração das proteínas e pigmentosobtendo assim a quitina calcária, a quitina se dissolve  da quitina calcaria adicionando uma soluçãode cloreto de cálcio em relação 1:10. A solução de quitina passa por umprocesso de agitação mecânica durante 10 minutos. A espuma de quitina écolocada dentro de uma câmara de umidificação com umidade relativa maior que90% para a separação do cloreto de cálcio e precipitação da esponja de quitina(5).

2.     Extração de quitosona:

O processo convencional de  extração de quitosona éeficiente, sendo obtido a partir da casca de camarão usando diacetilação.Usualmente, a quitosona é preparada utilizando-se soluções extremamenteconcentradas de hidróxido de sódio - 40 a50%, o que costuma promover reações de degradação do polímero. Esta reação dehidrólise é responsável por remover alguns ou todos os grupos acetila daquitina, que consiste de uma mistura de polímeros de diferentes tamanhos ediferentes proteínas. Entretanto, o tratamento químico causa as hidrólises doproduto quitina e a corrosão do equipamento. Além disso, conduz à elevadageração de um efluente alcalino, também há um alto desperdício de proteína. 

Para extração da quitosona Rodriguez utilizou quitosonacalcário preparado a partir de diacetilação de quitina, sem tratamento ácido, a90°C, comuma solução de NaOH a 45% durante três horas. Em todos os casos se preparousoluções 0,2 % do polímero em ácido acético 0,5% (7).

3.     Produção de biofilmes:

Afim de obter biofilme a partir da quitina Floresutilizou a solução de quitina que  passapor um processo de agitação mecânica durante 10 minutos formando uma espuma dequitina que é colocada dentro de uma câmara de umidificação com umidaderelativa maior que 90% para a separação do cloreto de cálcio e precipitação daesponja de quitina.(5)

Para a produção de películas de quitosona, Rodrigues,utilizou quitosona com as seguintes características: GD84%, umidade 9,56%,cinzas 0,49% e viscosidade de 327 mPas. Para produção do biopolímero foiadicionado soluções de CH3COOH a 2% para ocorrer a precipitação da quitosona eacrescentado soluções de sorbitol (d- Glucitol, Sigma, electrophoresis reagent)em diferentes concentrações (1,0;0,8 e 05 %) para dar-se a plastificação quefoi emulsificada com soluções de azeite de girassol e/ou canola a 0,007% em umaproporção de 0,25% que foram secadas, tendo como melhor temperatura a ambienteaté 29° C, para então formas as películas (6).

Franco obteve filmes emulsificados de quitosona (2,0 % emmassa) adicionando diferentes lipídios, na concentração de 0,5%  a chitosana 2,0 % (em massa). Os lipídios utilizados foram, principalmente, a cerade carnaúba, ceras de abelha e o ácido palmítico (16 carbonos).A solução foi homogeneizadaem agitador mecânico por 10 minutos obtendo os biofilmes. Foi constatado quequanto menor as partículas lipídicas, melhor a formação da rede tridimensional,formando uma matriz mais homogenia e com melhores propriedades de barreira (4).

Cárdenas utilizou quitosona a 0,5 % que foi colocada emuma solução de ácido cítrico a 2,5 % em temperatura ambiente e homogeneizado,logo após o pH foi ajustado para 4,5 com NaOH e secado (7).

   Flux. 1-Processopara extração de               Flux.2-Processo para produção de                    

              esponja  de quitina.                                        películade quitosona.

                                Flux.3-Processo de produção de filmes emulsificados.

Flux. 4- Processo de obtenção convencional da quitosona.

DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS

Diversos trabalhos foram  analisados e  utilizados para  desenvolver um processamento de produçãolimpa  minimizando  desperdícios do bioresíduo do camarão. Para aseparação de componentes da proteína e da quitina do camarão, a extraçãoquímica é geralmente aplicada como primeira etapa, para estudo, no caso destetrabalho.  

A pesquisa sistemáticasobre o projeto de processo realizado resultou em um sistema de processose produto melhorados. Baseado na tecnologia estudada em nosso laboratório e naliteratura um projeto de processo alternativo  para produzir a quitina e quitosonade boa qualidade foi desenvolvido com sucesso. 

O desperdício é minimizado porbio processo usando a fermentação parcial pelas bactérias de Lactobacilos. Apósa fermentação, a maior parte da proteína do camarão é separada do componentedos resíduos sólidos e por ser isolada facilmente, é  usada na preparaçãoda proteína apropriada para o alimento humano e animal. Estudou-se o uso dequitosana obtida da casca de camarão para  preservação de camarões processadoscom de uso de biofilme de quitosana e glicerol.

METODOLOGIA

Foram realizadas pesquisas bibliográficas sobre abiomassa residual da casca de camarão, os processos de gaseificação e pirólise,produtos e co-produtos gerados, bem como de equipamentos utilizados. A Metodologiacomputacional para processo de produção foram estudados em detalhes aviabilidade técnico-econômica (Orc2004 por meio do Projeto Fácil vs 1.0)(Pannirselvam et al 1998) desenvolvimento do desenho inovador para o sistema deintegração baseado método de química verde e  com o uso de métodos
inovadores de análise e síntese de processos (softwares simulador SuperPro-Designer 4.9) adequados à realidade, baixo custo e de fácil implementaçõesde produtores de camarões A partir dosestudos anteriores utilizamos o trabalho, baseado no consumo de matéria prima eenergias renováveis, de química verde e metodologia de produção limpa usandométodo de emissão zero adaptado para a região local e pequena escalaindustrial. 

RESULTADOS

O processo econômico deproduzir  quitina e quitosona com váriasclasses de pureza para fazer o biofilme, com o alvo de  preservar frutas foi estudado para dois tiposparticulares  de aplicação. Devido àsmelhorias do processo, a qualidade definida foi encontrada e o preço do projetodo biofilme de quitosona e quitina depende do uso e da qualidade. A ênfase foidada aos sistemas locais para o tratamento do bioresiduos do camarão e àorganização de um sistema para o valorização da quitina com objetivo econômicoe ecológico. Diversos parâmetros econômicos e técnicos do novo processo, dosinvestimentos do projeto e dos custos novos foram determinado usando atecnologia verde, realizados usando simuladores de processo.

Foi realizado um estudo comparativo (Tabela 1) entre os trêsprocessos de produção de biofilme, evidenciando os componentes e o seu uso. Osbiofilmes produzidos para a industria alimentícia garante a estabilidade doalimento melhorando assim a sua vida útil, já no processo de biofilmes para aprodução de embalagens biodegradáveis, é uma fonte alternativa e limpa já quediminui o problema ambiental de lixo gerado por embalagens sintéticas dedifícil degradação.

Tabela 1- Estudo comparativo dos processos de produção debiofilme.

A formulação de filme de quitinade baixo custo foram otimizadas usando o método de programação linear de customínimo de misturas baseado nos limites aditivos de 0 a 5% de custos de matériaprima dos ingredientes usando aditivos. Os ingredientes de aditivos foramestudados em diversas combinações, tais como, os plastificante usando glicerinae amido de mandioca tendo em vista o baixo custo, os ácidos graxos formado doazeite vegetal saponificado e proteínas da soja e do leite.

CONCLUSÕES

O projeto obtido  de sistemaintegrado de produções mais limpas , permite a valorização da biomassa residualdo casca da camarões  até então desperdiçada ou explorada de formainadequada atualmente  no país.  A partir do processo químicode  extrações de quitosonas  usado  de forma convencionalenvolve  elevadas  perdas de proteínas . Uma das alternativas viávelpara maximizar o processo de conservações para o filme usando esponja dequitosonas seria a utilização de coprodutos (proteinas , pigmentos ), nopróprio processo para suprir a demanda do  produto de conservações decamarões. A valorização de subprodutos e redução de emissões foram conseguido usando formulações novas de  produto e rota  usando método do  química verde.

O sistema proposto está em fasede desenvolvimento visando  a inovação usando simulação de bio-processos(SPD vs 4.9) industriais de Camarões com o objetivo de minimizações  deproblemas  de meio ambiente.

O projeto ainda está em fase deestudo preliminar, mas apresenta boas perspectivas de viabilidades técnicas,econômicas e ecológicas, apesar de requer ainda estudos detalhados, relacionadocom desenvolvimento sustentável do cluster de camarões do Nordeste.

REFERENCIAS

1- ACTON, J. C.; SAFFLE, R. L. Stability of oil-in-water emulsions. J.Food Sci., v. 35, p. 852-854, 1970.

2- ANTHONSEN, M. W.; VARUM, R. M.; SMIDSROD, O. Solution properties ofchitosans: conformation and chain stiffness of chitosans with different degreesof N-acetylation. Carbohyd. Polym., v. 22, p. 193-201, 1993.
3- BALASSA, L. L.; FANGER, G. O. Microencapsulation in the food industry. CRCCrit. Rev. Food Technol., p. 245-265, 1971.
4- BIAGINI, G.; MUZZERELLI, R. A. A.; GIARDINO, R. E.; CASTALDINI, C.Biological Material for wound healing. In: BRINE, I.;CHARLES, J. Advanced in chitin and chitosan. Elsevier SciencePublishers, London,1992. p. 16-24.
5- DZIEZAK, J. D. Microencapsulation and encapsulated ingredients. FoodTechnol., v. 42, p. 136-151, 1988. 

6-JIANG, Y. M.; LI, Y. B. Effects of chitosan coating on postharvestlife and quality of longan fruit. Food Chem., v. 73, p. 139-143, 2001.
7- KENYON, M. M. Modified starch, maltodextrin, and corn syrup solids as wallmaterials for food encapsulation. In: RISCH, S. J.; REINECCIUS, G. A. (Eds.). Encapsulationand controlled release of food ingredients, Washington, 1995. p. 161-168.
8 - DZIEZAK, J. D. Microencapsulation and encapsulated ingredients. FoodTechnol., v. 42, p. 136-151, 1988.

9- FAGUNDES et al. J.Liq.Chrom. Rel.Technol.,25, 1085, 2002.

10- KENYON, M. M. Modified starch, maltodextrin, and corn syrup solids aswall materials for food encapsulation. In: RISCH, S. J.; REINECCIUS, G. A.(Eds.).

11-FRANCO,T.T; et al. Filmes emulsionados. IV Simposio Ibero-americano deQuitina. Natal, Brasil Maio de 2007.

12-FLORES, R.2004. Bioplástico de quitina.Seminario Académico de Ingeniería en Química y Química Ambiental, UNAM, México.D.F., 12 de marzo de 2004.

13- RODRÍGUEZ, M.S. et al. Estudio sobrediferentes formulaciones de películas de quitosano. IV SimposioIbero-americano de Quitina. Natal, Brasil Maio de 2007.

14- RODRÍGUEZ,M.S. et al. Preservación de zapallos de anquito ( curcubita moschata) empleando distintos quitosanos. IV SimpósioIbero-americano de Quitina. Natal, Brasil Maio de 2007.

15- Cárdenas, G.T. et al. Effect ofchitosan-citric acid edible coatings on cold stored fresh diced papaya. IVSimpósio Ibero-americano de Quitina. Natal, Brasil Maio de 2007.

16- RAO, M..S.;STEVENS,W.F. Chitin productionby Lactobacillus fermentation of shrimp biowaste in a drum reactor andits chemical conversion to chitosan, Journal of Chemical Technology e Biotechnology.V.80, Issue 9, p.1080-1087.

17- PANNIRSELVAM PV et al. Process, costmodeling and simulation for  integrated project development of biomass forfuel and protein.   Journal of Scientii c and Industrial Research, vol.57, Oct e  Nov, p. 567-574, 1998.

AGRADECIMENTOS

Os autoresagradecem a CNPq pelo seu suporte financeiro e a PPGEQ/UFRN/CT/NT pelo seusuporte de laboratórios.

Emalimentos, sua ação antimicrobiana [16, 23, 36] e sua capacidade deformação de filmes [7, 11] despertam o interesse de estudiosos para suautilização como conservante em alimentos e em embalagens inteligentes[17, 24, 25, 27]. Além disso, outra aplicação da quitosana está naprodução de microcápsulas [9, 10, 33].

6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] ACTON, J. C.; SAFFLE, R. L. Stability of oil-in-water emulsions. J. Food Sci., v. 35, p. 852-854, 1970.
       

[2]ANTHONSEN, M. W.; VARUM, R. M.; SMIDSROD, O. Solution properties ofchitosans: conformation and chain stiffness of chitosans with differentdegrees of N-acetylation. Carbohyd. Polym., v. 22, p. 193-201, 1993.
     

[3] BALASSA, L. L.; FANGER, G. O. Microencapsulation in the food industry. CRC Crit. Rev. Food Technol., p. 245-265, 1971.
     

[4] DZIEZAK, J. D. Microencapsulation and encapsulated ingredients. Food Technol., v. 42, p. 136-151, 1988.
      

[5] JIANG, Y. M.; LI, Y. B. Effects of chitosan coating on postharvest life and quality of longan fruit. Food Chem., v. 73, p. 139-143, 2001.
    

[6]KENYON, M. M. Modified starch, maltodextrin, and corn syrup solids aswall materials for food encapsulation. In: RISCH, S. J.; REINECCIUS, G.A. (Eds.). Encapsulation and controlled release of food ingredients, Washington, 1995. p. 161-168.