Desenvolvimento e aplicação de filmes a partir de quitosana obtida por processo misto utilizando subprodutos industriais do caranguejo vermelho

Abstract

O processamento de crustáceos gera grande quantidade de resíduos que, em geral, são subvalorizados ou descartados indevidamente. Estes resíduos podem ser reaproveitados como subprodutos industriais ricos em compostos de interesse, tais como a quitina e seu derivado funcional, a quitosana. Além disso, muitas pesquisas têm sido realizadas para produzir quitina e quitosana utilizando processos biotecnológicos, buscando uma tecnologia limpa que produz compostos com maior qualidade. O objetivo geral do presente trabalho foi estudar a obtenção, associando processo biotecnológico ao químico, de quitina e quitosana a partir dos exoesqueletos do caranguejo Chaceon notialis, sendo a quitosana utilizada para a elaboração e aplicação de filmes ativos na conservação de filés de peito de frango. Primeiramente, os exoesqueletos de caranguejo triturados foram desproteinizados por hidrólise enzimática utilizando a enzima Alcalase, seguido da desmineralização por fermentação com Lactobacillus plantarum ATCC 8014 para a obtenção de quitina. A seguir, a quitina obtida foi submetida à desacetilação química, para a produção de quitosana, utilizando hidróxido de sódio (40% m/v). Os polímeros foram caracterizados quanto à composição proximal, cor, solubilidade, espectroscopia no infravermelho, calorimetria diferencial de varredura, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A fim de verificar suas propriedades bioativas, a quitosana foi avaliada em in vitro quanto à sua atividade antimicrobiana pelo método disco-difusão frente a dois micro-organismos Escherichia coli O157:H7 e Staphylococcus aureus nas concentrações 1; 2 e 4 mg/mL, além da avaliação da sua massa molar e grau de desacetilação. Então, foram desenvolvidos filmes à base de quitosana nas concentrações de 1; 1,5 e 2% (m/v), em base a solução de ácido acétio 1% (v/v), e caracterizados às propriedades físico-químicas, mecânicas, de barreira, morfológicas e atividade antimicrobiana. Os filmes na concentração com maior potencial antimicrobiano e melhores propriedades mecânicas foram avaliados quanto ao uso como embalagens ativas para filés de peito de frango. Quatro condições de embalagem foram estudadas, sendas elas: filme de polietileno (P), filme de quitosana (Q), filme de quitosana e vácuo (QV) e filme de polietileno e vácuo (PV). O acompanhamento da vida útil dos filés foi realizado através de análises físico-químicas (cor, pH, força de cisalhamento, perda de massa e estabilidade lipídica) e microbiológicas (bactérias ácido láticas, enterobactérias, mesófilos, psicrotróficos e Pseudomonas spp.) durante 10 dias de armazenamento de 4 °C. Dentre os principais resultados deste trabalho, destaca-se a eficiência de remoção dos bioprocessos empregados para a obtenção de quitina, pois reduziram o conteúdo de proteínas e minerais em 88,31% e 91,68%, respectivamente. A quitosana produzida apresentou grau de desacetilação de 80,17% e massa molar de 192 kDa, possuindo propriedades semelhantes à literatura. Os filmes elaborados com 2% de quitosana apresentaram resistência a tração e elongação até ruptura de 19,79 MPa e 22,58%, superior ao verificado para as demais concentrações testadas. Além disso, apresentaram atividade antimicrobiana frente à S. aureus, sendo esses filmes escolhidos como melhor tratamento para a aplicação como filmes ativos. Em relação aos filés de peito de frango, quando revestidos com os filmes de quitosana e filmes de quitosana e vácuo, apresentaram menor multiplicação microbiana do grupo de micro-organismos testados, manutenção do pH e redução da oxidação lipídica. Entretanto, devido a elevada permeabilidade ao vapor de água e capacidade de intumescimento dos filmes, os filmes de quitosana (Q) comprometeram a aparência visual dos filés, o que influenciou diretamente na sua aceitabilidade.

The processing of crustaceans generate a large amount of waste that is generally undervalued or improperly discarded. These industrial residues can be reused since they are rich in valuable compounds, such as chitin and its functional derivative, chitosan. In addition, many researches have been carried out to produce chitin and chitosan using biotechnological processes, in order to use a clean technology that produces higher quality compounds. The general objective of the present work was to study the production, associating the biotechnological and chemical processes, of chitin and chitosan from the exoskeletons of the red crab (Chaceon notialis), being the chitosan used for the elaboration and application of active films in the conservation of chicken breast. The crushed crab shells were deproteinized by enzymatic hydrolysis using the Alcalase enzyme, followed by demineralization by fermentation with Lactobacillus plantarum ATCC 8014 to obtain chitin. The chitin obtained was submitted to chemical deacetylation for the production of chitosan using sodium hydroxide (40% w/v). The polymers were characterized by proximal composition, color, solubility, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. In order to verify its bioactive properties, chitosan was evaluated in vitro for its antimicrobial activity by the disc-diffusion method against two microorganisms Escherichia coli O157:H7 and Staphylococcus aureus at concentrations 1; 2 and 4 mg/mL, besides the evaluation of its molecular weight and degree of deacetylation. The chitosan-based films were prepared at concentrations of 1; 1,5 and 2% (w/v), based on 1% acetic acid solution (v/v), and characterized by the physico-chemical, mechanical, barrier, morphological and antimicrobial properties. The films in the concentration with higher antimicrobial potential and better mechanical properties were used as active packages for chicken breast. Four packing conditions were studied: polyethylene film (P), chitosan film (Q), chitosan and vacuum film (QV) and polyethylene and vacuum film (PV). The monitoring of chicken breast shelf-life was performed through physical-chemical analyzes (color, pH, shear force, mass loss and lipid stability) and microbiological (lactic acid bacteria, enterobacteria, mesophiles, psychrotrophs and Pseudomonas spp.) during 10 days storage temperature of 4 °C. One of the main results of this work, was efficiency of removal of the bioprocesses used to obtain chitin, as they reduced the content of proteins and minerals by 88,31% and 91,68%, respectively. The chitosan produced had a degree of deacetylation of 80,17% and a molecular weight of 192 kDa, similar properties found in literature. The films made with 2% of chitosan presented tensile strength and elongation until rupture of 19,79 MPa and 22,58%, higher than that verified for the other concentrations tested. In addition, they presented antimicrobial activity against S. aureus, being these films chosen as the best treatment for the application as active films. In relation to chicken breast fillets, when coated with chitosan films and chitosan and vacuum films, they presented lower microbial multiplication of the group of microorganisms tested, maintenance of pH and reduction of lipid oxidation. However, due to the high permeability to water vapor and the swelling capacity of the films, the films compromised the visual appearance of the fillets, which directly influences their acceptability.