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Tipo: Tese
Título: Técnico-funcionalidade de quitosano em meios aquosos ácidos fluidos ou gelificados
Techno-functionality of chitosan in fluid or gelled acidic aqueous media
Autor(es): Soares, Lucas de Souza
Abstract: Quitosano é reconhecidamente um polissacarídeo com ação hipocolesterolêmica obtido pela desacetilação parcial (≥ 50%) da quitina, que é um biopolímero extraído principalmente de crustáceos processados pela indústria pesqueira. Este biopolímero tem sido usado em várias aplicações biotecnológicas. Entretanto, a prévia dispersão deste biopolímero é necessária para a exploração de suas técnico-funcionalidades. Meios aquosos contendo o ácido acético são comumente utilizados para dispersar o quitosano, uma vez que os grupos amino (NH 2) existentes em suas cadeias podem ser protonados (NH 3+), o que favorece a repulsão inter-cadeia e, portanto, sua dispersão. Assim, o estudo de dispersões aquosas de quitosano e de interações intermoleculares específicas entre esse biopolímero e outros ácidos orgânicos além do acético torna-se relevante, a fim de ampliar a aplicabilidade do quitosano como ingrediente ou aditivo em formulações fluidas ou gelificadas, em particular as alimentícias. Então, este estudo foi estruturado em três grandes vertentes. Inicialmente, dispersões de quitosano contendo os ácidos acético (AA), glicólico (AG), propiônico (AP) ou lático (AL) foram analisadas. O aumento da concentração de ácido reduziu o pH e a viscosidade das dispersões, além do |ζ potencial| das partículas dispersas. Por outro lado, a condutividade elétrica e a densidade das dispersões aumentaram, assim como o diâmetro hidrodinâmico das cadeias dispersas. A uma mesma concentração de ácido, esses efeitos foram ligeiramente mais pronunciados para as dispersões contendo AG ou AL, sendo tal comportamento atribuído a interações atrativas mais intensas das cadeias do quitosano com os contra-ânions glicolato ou lactato. Portanto, concluiu-se que os ácidos glicólico, propiônico ou lático são adequados para dispersar o quitosano em meios aquosos e, em termos físico-químicos, podem substituir o ácido acético que tem sido tipicamente usado para tal finalidade. Em uma segunda abordagem, emulsões O/A contendo diferentes concentrações de quitosano, previamente disperso em soluções aquosas de AA, AG, AP ou AL, foram preparadas usando homogeneização ultrassônica. O aumento da concentração de quitosano promoveu o aumento do índice de consistência e do módulo de armazenamento das emulsões, além de reduzir o aumento do diâmetro médio de suas gotículas e prevenir a separação de fases das emulsões expostas aos ciclos de centrifugação, congelamento- descongelamento ou congelamento-descongelamento-aquecimento. Assim, constatou-se que o quitosano atuou como agente espessante e estabilizante nas formulações das emulsões ácidas, sendo seu desempenho influenciado pela concentração de biopolímero, mas não pelo tipo de ácido. Por fim, hidrogéis de amido ou de carragena contendo uma substituição parcial desses agentes gelificantes por quitosano foram preparados usando solução de ácido lático adicionada do corante amarelo crepúsculo (INS 110). Hidrogéis parcialmente substituídos por quitosano não apresentaram diferenças significativas para os parâmetros de cor, nem alterações expressivas nas propriedades visco-elásticas, quando comparadas aos materiais preparados exclusivamente com carragena ou amido. Além disso, a substituição parcial do amido por quitosano reduziu drasticamente a liberação do INS 110, para uma solução de sacarose em contato com os hidrogéis durante 316 h. Dessa forma, o desempenho técnico-funcional do quitosano em meio aquoso ácido contendo diferentes ácidos orgânicos foi demonstrado nesta tese. Somados às biofuncionalidade já conhecidas do quitosano, os resultados aqui apresentados prenunciam o impacto promissor desse biopolímero para aplicações alimentícias, uma vez que: i) ácidos orgânicos alimentares que não o acético podem ser utilizados para dispersá-lo em meio aquoso; e ii) ele exerce as funções de espessante de dispersões aquosas e estabilizante de emulsões, além de potencializador de cor em hidrogéis (sem alterar sua reologia).
Chitosan is known to be a hypocholesterolemic polysaccharide obtained by the partial deacetylation (≥ 50%) of chitin, which is a biopolymer extracted mainly from crustaceans processed by the fishing industry. This polysaccharide has been used in several biotechnological applications. However, the prior dispersion of this biopolymer is necessary for the exploitation of its techno-functionalities. Aqueous media containing acetic acid are commonly used to disperse chitosan, since the existing amino groups (NH2) in their chains can be protonated (NH3+), which favors inter-chains repulsion and therefore their dispersion. Thus, the study of chitosan aqueous dispersions and specific intermolecular interactions between this biopolymer and other organic acids rather than acetic becomes relevant in order to extend the applicability of chitosan as an ingredient or additive in fluid or gelled formulations, in particular foodstuff. Then, this study was structured in three broad parts. Initially, chitosan dispersions containing acetic (AA), glycolic (GA), propionic (PA) or lactic (LA) acids were analysed. The increase in acid concentration reduced the pH and viscosity of the dispersions in addition to the |ζ potential| of the dispersed particles. On the other hand, the electrical conductivity and density of the dispersions increased, as did the hydrodynamic diameter of the dispersed chains. At the same acid concentration, these effects were slightly more pronounced for dispersions containing GA or LA, being such behavior attributed to more intense attractive interactions of chitosan chains with glycolate or lactate counter-anions. Therefore, in physicochemical terms, glycolic, propionic or lactic acids are suitable for chitosan dispersion in aqueous media, and they may be properly used to replace acetic acid, which has typically been used for such purpose. Additionally, O/W emulsions containing different chitosan concentrations, previously dispersed in AA, GA, PA or LA aqueous solutions, were prepared using ultrasonic homogenization. The increased chitosan concentration promoted an augment in the consistency index and the storage modulus of emulsions. In addition, there was an attenuation of the increase in hydrodynamic average diameter of oil droplets, and a prevention of emulsions phase separation, when exposed to centrifugation, freeze-thawed or freeze-thawed-heated cycles. Thus, chitosan acted as a thickening and/or stabilizing agent in the acid emulsion formulations, being its performance influenced by the biopolymer concentration, and not by the acid type. Finally, starch or carrageenan hydrogels containing a partial replacement of these gelling agents by chitosan were prepared using lactic acid solution added with Yellow sunset dye (INS 110). Hydrogels partially substituted by chitosan presented neither significant differences for color parameters nor expressive changes in viscoelastic properties, comparing to materials prepared exclusively with carrageenan or starch. In addition, the partial replacement of starch by chitosan drastically reduced the release of INS 110 to a sucrose solution in contact with the hydrogels, during 316 h. Thus, the technico-functional performance of chitosan in aqueous acid medium containing different organic acids was demonstrated in this thesis. In addition to the known bio-functionality of chitosan, the results presented here show the promising impact of this biopolymer for food applications, since: i) organic food acids rather than acetic acid may be used to disperse this biopolymer in aqueous medium; and ii) chitosan exerts the functions of aqueous dispersion thickener, emulsion stabilizer, and color enhancer in hydrogels (without altering its rheology).
Palavras-chave: Colóides
Dispersão
Emulsões
CNPq: Química, Física, Físico-Química e Bioquímica dos Alimentos e das Matérias Primas Alimentares
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Ciência e Tecnologia de Alimentos
Citação: SOARES, Lucas de Souza. Técnico-funcionalidade de quitosano em meios aquosos ácidos fluidos ou gelificados. 2019. 132 f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2019.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/26940
Data do documento: 26-Abr-2019
Aparece nas coleções:Ciência e Tecnologia de Alimentos

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