Produção de quitosana a partir de resíduos de camarão: análise do processo e da operação de secagem

Abstract

A quitina é encontrada principalmente nos exoesqueletos de crustáceos, insetos e na parede celular de fungos. O biopolímero quitosana é obtido através da hidrólise alcalina da quitina. A despolimerização da quitosana é realizada para se obter um produto com valores baixos de massa molecular. O uso da quitosana em diversas áreas é diretamente relacionada com a massa molecular e o grau de desacetilação do polímero. Os objetivos deste trabalho foram o estudo da cinética de secagem de quitina em camada delgada utilizando um modelo difusivo, considerando a resistência externa à transferência de massa; a determinação do comportamento da massa molecular média viscosimétrica da quitosana, durante a secagem convectiva, em camada delgada; a otimização das etapas de desacetilação e despolimerização da quitosana. A quitina foi obtida de resíduos de camarão. Os experimentos da secagem de quitina e da quitosana foram em secador de bandejas, a 60°C, sendo que para a quitina foram utilizadas duas velocidades do ar de 0,5 e 1,5 m/s. A estimativa da viscosidade intrínseca foi através da equação de Huggins e a massa molecular da quitosana foi calculada pela equação de Mark-Houwink-Sakurada. As otimizações da reação de desacetilação e despolimerização foram realizadas utilizando a metodologia da superfície de resposta. Para a reação de desacetilação foram variados o tempo e a temperatura. Para a reação de despolimerização foram analisados a concentração de ácido clorídrico, a temperatura e o tempo de reação. O modelo difusivo com difusividade efetiva variável, utilizado para analisar a secagem de quitina, apresentou concordância com os dados experimentais, onde foi observado o efeito da resistência externa à transferência de massa, quando utilizada a menor velocidade do ar. A condição ótima da reação de desacetilação para massa molecular foi observada na temperatura de 130°C em 90 min, e correspondeu a massa molecular de 150 kDa e um grau de desacetilação de 90%. A operação de secagem da quitosana causou um aumento na massa molecular média viscosimétrica de 27% e este aumento foi linear com o tempo e a umidade do polímero, apresentando duas regiões. As condições da reação de despolimerização para alcançar 50 kDa foram à temperatura de reação de 65°C, concentração de ácido clorídrico de 35% v/v. Nestas condições a cinética de despolimerização foi de pseudo-primeira ordem, apresentando duas fases.

Chitin is commonly found in the exoskeleton of crustaceans, insects and in the cell walls of fungi. Chitosan biopolymer is obtained by the alkaline deacetylation from chitin. The depolymerization of chitosan is carried out to obtain a product with low molecular weight. The use of the chitosan in several areas is directly related with the molecular weight and deacetylation degree of the polymer. The aims of this work were: the study of chitin drying kinetics in the thin layer, using diffusive model, considering external resistance to the mass transfer; the behavior determination of the viscosimetric avarage molecular weight of the chitosan, during drying, in thin layer; optimization of the deacetylation and depolymerization steps of the chitosan. Chitin was obtained of shrimp residues. The experiments of chitin and chitosan drying was in the tray dryer, at 60°C, and for chitin two velocities was used 0.5 and 1.5 m/s. The estimate of chitosan intrinsic viscosity was through Huggins’ equation and the molecular weight of chitosan was calculated by Mark-Houwink-Sakurada’s equation. The otimization of the deacetylation and depolymerization reactions was realized using response surface methodology. For deacetylation reaction time and temperature were varied. For depolymerization the acid concentration, the temperature and time of the reaction were analised. The diffusive model with variable effective diffusivity, used to analyze the chitin drying, was in agreement with experimental data, when the effect of the external resistance to the mass transfer was observed. The best condition to the deacetylation reaction was observed in the temperature of 130°C in 90 min, and corresponded a molecular weight of 150 kDa and a deacetylation degree of 90%. The chitosan drying operation induced a increase in the molecular weight of 25% and it was linear with the time and the polymer moisture, presents two regions. The depolymerization reaction conditiond, to reach 50 kDa was in the hydrochloride acid concentration of 35% v/v at 65°C. In this conditions the depolymerization kinects was in the pseud-first order, presenting two phases.