Preparo e Caracterização de Microesferas de Quitosana contendo Cúrcuma obtidas através de Secagem por Atomização.

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1 Preparo e Caracterização de Microesferas de Quitosana contendo Cúrcuma obtidas através de Secagem por Atomização. Alexandre L. Parize 1 * (PG), Inês M. C. Brighente 1 (PQ), Tereza C. R. de Souza 1 (PQ). 1 QUITECH - Departamento de Química da UFSC, , Trindade Florianópolis/SC alexandreluisparize@hotmail.com Preparation and Characterization of Chitosan Microspheres containing Curcumin obtained by Spray Drying. In this study, the curcumin was microencapsulated with chitosan by spray drying method, observing the influence of the dye concentration in the properties of the final product. The yield by the spray method achieved a range 35 43%, being influenced by operational conditions of the equipment. The microspheres have spherical morphology (0,2 20 µm) with no apparent porosity or cracks. The curcumin were distributed within the wall. The samples presented good solubility in aqueous solution (ph 4.0) and its swelling was influenced by the chitosan concentration. The swelling diminish according to the decrease of chitosan concentration in the sample. By FTIR analyses, it was possible to observe that the samples present ionic character. By DSC analyses, it was observed that the samples present a physical interaction between chitosan and curcumin. Introdução A técnica de spray drying é técnica de preservação de materiais de uso cotidiano, mais utilizada na indústria alimentícia. É tipicamente utilizada para a preparação de aromas e aditivos alimentares na forma de pó. Ela aumenta a estabilidade de estocagem devido a redução na atividade de água nas amostras [1]. O processo é flexível por oferecer a possibilidade de variação do encapsulante no processo de encapsulação, adaptável a qualquer processo devido a possibilidade de variação das condições do processo e produz partículas de boa qualidade. Em relação aos outros métodos de encapsulação, a técnica de spray drying é econômico pois possui baixo custo associado ao processo [2 4]. A técnica de spray drying é utilizada em diversos setores para os mais diversos fins. Na área farmacêutica é utilizada na obtenção de amostras estáveis, para melhorar a solubilidade de fármacos poucos solúveis em meio aquoso, nas formulações de liberação nasal, na mudança de mecanismo na liberação de minerais e vitaminas em fortificantes, no desenvolvimento de sistemas com características mucoadesivas e na obtenção de sistemas reticulados produzidos em uma única etapa. Na indústria alimentícia é utilizada na encapsulação de aromas, vitaminas, enzimas, corantes naturais e ácidos graxos [5]. Atualmente, a técnica tem sido amplamente utilizada no desenvolvimento de formulações de corantes naturais para uso alimentício, pelo fato de serem mais saudáveis e por não possuírem os efeitos adversos apresentados pelos corantes sintéticos.

2 A Cúrcuma (1,7-bis(4-hidroxi-3-metoxifenl)-1,6-heptadieno-3,5-diona) é o principal componente obtido das rizomas de Curcuma Longa L., amplamente utilizado na indústria alimentícia. Possui pouca solubilidade em água e soluções ácidas, mas tem boa solubilidade em meio básico e em solventes como etanol, acetona, dimetilsulfóxido e clorofórmio [6]. Nas três ultimas décadas, a cúrcuma foi o alvo de inúmeras pesquisas as quais focam suas propriedades, tais como: antioxidante, anti-inflamatório, cardiovascular e doenças reumáticas, propriedades quimioterápicas e quimiopreventivas no tratamento de câncer, anti-séptico, cicatrização de pele e proteção de tecidos, atividade anti-protozoária, anti microbiológica, no tratamento de picadas de cobra, e anti HIV [7]. Com intuito de melhorar a solubilidade da cúrcuma, este estudo tem como objetivo a sua microencapsulação com quitosana, através da secagem por atomização, observando a influência da concentração do corante nas características das amostras atomizadas. Experimental O biopolímero quitosana foi fornecido pela Purifarma, Brasil, com grau de desacetilação de 86%. O corante Curcuma WS, líquido contendo 4,5 5,5% de cúrcuma foi fornecido pela Christen Hansen Ind. & Com. Ltda, com poder hidrossolúvel. Todos os outros reagentes utilizados são de grau analítico. Preparação das microesferas de quitosana contendo curcuma pela técnica de spray drying. Foram preparadas soluções de quitosana 2% (m/v), pela dissolução em solução de ácido acético 5% (v/v). A estas soluções, foi adicionado o corante cúrcuma nas proporções (quitosana/curcuma): 1:0,1 (90/10); 1:0,5 (70/30); 1:1 (50:50); 1:2 (30/70), sendo que em todas as amostras, foram adicionados 2% de tween 80. As dispersões resultantes foram homogeneizadas, e a atomização foi realizada usando um mini spray drier Buchi 191, contendo um atomizador de 0,7 mm dentro de uma câmara de 44 cm de altura e 10,5 cm de diâmetro. As amostras foram atomizadas padronizando-se a temperatura do ar de entrada em 180 ± 5 C e temperatura de saída do ar em 80 ± 5 C, aspiração em 95%, velocidade de atomização 5 7% (1,5 ml de amostra por min), com pressão manométrica positiva de 5 bar. O tempo de secagem variou de 30 a 50 minutos. O tamanho das partículas obtidas no processo de secagem por spray drying é influenciado pelo fluxo do spray, desta forma utilizou-se um fluxo de 500 NL/h. Após a secagem, o produto foi recolhido na forma de pó, armazenado por 10 dias em dessecador para posterior caracterização.

3 Espectroscopia no Infravermelho (IV) Amostras atomizadas, foram analisadas através da espectroscopia no infravermelho. O espectro no infravermelho foi obtido na região de cm -1 com um espectrofotômetro FT Perkin Elmer modelo 16 PC, utilizando-se pastilhas de KBr. Morfologia e Tamanho das Microesferas A morfologia interna e externa, porosidade e tamanho médio das microesferas atomizadas, foram determinadas empregando-se a técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As amostras foram colocadas sobre estabes e recobertas com uma camada de ouro, usando um Cool Sputter Coater da Bal-tec, SDC 005, sendo micrografadas usando microscópio eletrônico de varredura (Philips, Model XL 30) em uma intensidade de 10kv, usando varias magnificâncias. Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) Termogramas das microesferas atomizadas, foram obtidas com um Analisador Shimadzu DSC 50. Amostras de 3 10 mg de amostras foram seladas em panelas de alumínio e analisadas sob a taxa de aquecimento de 10 C/ min de 25 a 350 C, sob atmosfera dinâmica de N 2 de 50 ml min -1. Dissolução das microesferas atomizadas As microesferas atomizadas (15 mg), foram colocadas em contato com solução aquosa (ph 4,0), para observar o tempo necessário para a completa dissolução do material e liberação do corante. A análise foi realizada em triplicata. Instumescimento das microesferas atomizadas Para o intumescimento das microesferas, 15 mg de cada uma das amostras foram colocadas em contato com solução de KCl 0,1 mol.l - 1 (ph = 7,04), em erlenmeyers. Os frascos foram transferidos a uma Incubadora Mini Shaker Marconi, modelo MA 832, por 24 h sob agitação de 150 rpm a 25 C. Após o contato as microesferas foram retiradas da solução por filtração, secas com papel adsorvente e pesadas. O grau de intumescimento foi determinado pela equação 1:

4 W Wo GI = x100 (1) W t o Onde Wt e Wo, referem-se as microesferas pesadas no tempo t e as microesferas secas, respectivamente. Resultados e Discussão As propriedades das microesferas atomizadas contendo a cúrcuma (rendimento, tamanho, tempo de dissolução e intumescimento), estão apresentadas na Tabela 1. O rendimento (%) das microesferas atomizadas variou de %. Geralmente, o rendimento das microesferas preparadas por spray drying dependem das condições de operação (temperatura de secagem, velocidade de atomização e a pressão do ar de secagem). Sob as presentes condições de secagem, o rendimento não variou com a variação da quantidade de corante na amostra. Tabela 1 Características Gerais para as microesferas de quitosana contendo cúrcuma obtidas por spray drying. Amostra Rendimento Faixa de Tempo de Intumescimento Qts/cúrcuma (%) tamanho (µm) dissolução (s) (GI) 90/10 43,0 0, ± 25 35, 5 ± 2,5 70/30 40,2 0, ± 20 19,7 ± 1,9 50/50 38,3 0, ± 10 10,4 ± 1,7 30/70 35,0 1, ± 13 4,6 ± 1,1 O tamanho médio das microesferas está apresentado na Tabela 1, sendo este determinado por microscopia eletrônica de varredura. Para uma população mista de microesferas, percebe-se que o perfil de distribuição do tamanho de partículas foi similar para as diferentes amostras, encontrando-se um tamanho médio de partícula na faixa de 2 20 µm. Todas as amostras apresentaram morfologia externa similar (Figura 1), apresentando-se esféricas, sem fissuras ou porosidade aparente, o que é importante para garantir uma boa proteção ao material encapsulado. Observa-se para todas as amostras a existência de microesferas com superfície rugosas. Verifica-se, a partir da Figura 1d, que a amostra 30/70, apresenta-se aglutinada, isto pode ser atribuído ao aumento da umidificação da amostra, provocando a formação de aglomerados. Através da observação das micrografias, sugere-se que o corante esta dissolvido em toda a matriz das microesferas.

5 A solubilidade das amostras foi observado em solução tampão ph 4,0 (Tabela 1). Para todas as amostras observou-se rápida dissolução, sendo observado a mais rápida dissolução para a amostra 50/50. Observou-se para a amostra 30/70, uma dissolução mais lenta, sendo este fato atribuído provavelmente a aglomeração da amostra que ocorre no seu preparo. O resultado de dissolução foi considerado bom, pois segundo Meyers (1995) os encapsulados apresentam um bom desempenho quando liberam cerca de 60 a 70% do recheio dentro de 15 minutos sob agitação [8]. a b c d Figura 1 Microscopia eletrônica de varredura para as microesferas de quitosana contendo curcuma nas proporções de 90/10 (a), 70/30 (b), 50/50 (c) e 30/70 (d). O intumescimento das amostras foi realizado em solução salina (KCl 0,1 mol.l -1 ; ph = 7,04) para evitar a dissolução da amostra (Tabela 1). O intumescimento variou de 4,6 35,5. O intumescimento das amostras é devido a protonação dos grupamentos amino da cadeia polimérica da quitosana, relaxando a estrutura da amostra, permitindo assim a liberação do seu conteúdo. Neste estudo, observa-se que com a diminuição da proporção de quitosana nas amostras, ocorre uma redução no valor do intumescimento das amostras, diminuindo o tempo de dissolução das mesmas. A partir da análise de espectroscopia no infravermelho (IV) (Figura 2), observa-se a caracterização estrutural das amostras. Verifica-se em todas as amostras obtidas através do método de spray drying, que os picos referentes aos OH e CH, ainda estão presentes, não sendo observado para os mesmos uma mudança muito significativa em relação a quitosana pura.

6 O pico referente ao grupo NH 2 da quitosana, em torno de 1546 cm -1, é substituído no espectro das amostras produzidas pelo método de spray drying, por dois outros picos referentes a NH + 3, em torno de 1514 e 1615 cm -1. Observa-se ainda para o ácido utilizado, que o grupo carboxílico encontra-se na forma de COO -, sendo observado um pico em torno de 1550 cm -1. Desta forma, em todas as amostras, tem-se puramente interações iônicas, sugerindo que a quitosana se apresenta ionicamente ligada aos ácidos. a b % Transmitância c d e f número de onda, cm-1 Figura 2 Perfil para análise de IV para o acetato de quitosana (a), para as microesferas de quitosana contendo curcuma nas proporções de 90/10 (b), 70/30 (c), 50/50 (d), 30/70 (e) e curcuma (f).

7 Para as amostras contendo o corante, observa-se um perfil similar de IV, onde as bandas características do corante foram intensificadas. Através da análise de IV, sugere-se que as amostras formadas entre a quitosana e a curcuma, apresentam-se na forma de mistura física. Na Figura 3, estão apresentados os perfis para a análise de calorimetria diferencial de varredura. 5 mw a b c d ENDO e f Temperatura, C Figura 3 Perfil para análise de DSC para o acetato de quitosana (a), para as microesferas de quitosana contendo curcuma nas proporções de 90/10 (b), 70/30 (c), 50/50 (d), 30/70 (e) e curcuma (f). Pela análise das micrografias para todas as amostras, observa-se um pico endotérmico entre C, referente a perda de umidade. Para o corante foi observado um pico endotérmico em 175 C, referente a fusão da amostra. Um pico exotérmico em 274,83 C foi observado para o acetato de quitosana, referente a decomposição que é diminuído quando comparado ao DSC da quitosana pura (296 C). Este pico é aumentado nas amostras contendo o corante, sendo apresentado entre C, sugerindo possíveis interações entre o polímero e o corante. Conclusões Este estudo demonstra que o corante curcuma pode ser incorporado de maneira eficaz na quitosana pelo método de spray drying, resultando em pós secos, com coloração variando do amarelo ao laranja (dependendo da concentração do corante), e com boa solubilidade em soluções

8 aquosas. Assim, estas amostras podem ser uma alternativa ao uso do corante na coloração de alimentos. Agradecimentos UFSC. Os autores agradecem ao CNPq pelo auxílio finaceiro e ao Departamento de Química da Referências Bibliográficas [1] K. G. H. Desai; H. J. Park, Journal of Microencapsulation, 2005a, 22(4), 377. [2] K. G. H. Desai; H. J. Park, Drying Technology, 2005b, 23, [3] S. Gouin, Trends in Food Science and Technology, 2004, 15, 330. [4] A. Madene; M. Jacquot; J., Scher; S. Desobry, International Journal of Food Science and Technology, 2006, 41, 1. [5] P. M. M. Schrooyenmeer; G. R. V., Kruiftc., Proceedings of the Nutrition Society, 2001, 60, 475. [6] R. A. Sharma; A. J. Gescher; W. P. Steward, European Journal of Cancer, 2005, 41(13), [7] G.K. Jayaprakasha; L. Jagan Mohan Rao; K.K. Sakariah, Trends in Food Science & Technology, 2005, 16, 533. [8] M.Meyers, Agro-Food Industry Hi-Tech., 1995, 6(5), 23.