1 INTRODUÇÃO 2 JUSTIFICATIVA

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1 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

2 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

3 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

4 foram quantificadas para analise granulométrica 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.

5 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.

6 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) 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) (d ps), 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).

7 Tabela 2. Frações de massas das partículas e somatório de Xi/di xi(μm) di (μm) Xi Xi/di ,1256 0, ,2111 0, ,3738 0, ,2108 0, ,0786 0,0003 =, μm -1 Com base no resultado anterior, calculou-se o diâmetro médio das partículas usando a equação 1. O dmp foi 379, 9 μm. 0,4 Distribuição das particulas 0,35 Fração de massa (xi) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Abertura 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-

8 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) 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

9 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.

10 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 podese afirmar que o plano de trabalho vem sendo executado como planejado, alcançando-se gradativamente os objetivos do projeto de pesquisa.

11 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, Estruturas e Propriedades de α- e β-quitina. Quimica Nova, v. 30, n. 3, p , 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.

12 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)