Made available in DSpace on 2014-06-12T23:01:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3939_1.pdf: 1254800 bytes, checksum: 0c35f1724954382597a1145c004f64e2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O camarão Litopenaeus vannamei é nativo do Oceano Pacífico e foi introduzido na década de 80, no Brasil. A evolução do desempenho da carcinicultura brasileira, passou de 7 mil para 65 mil ton./ano. Esta produção tem gerado grandes quantidades de resíduos sólidos, tendo em vista que cabeça e casca correspondem aproximadamente 40% do seu peso total, culminando num forte impacto ambiental em aterros sanitários, mares e rios. O objetivo deste estudo foi produzir e caracterizar quitosana, obtida pela desacetilação da quitina do resíduo de camarão, para ser usada como envoltório protetor em morangos. A caracterização da quitosana foi avaliada quanto ao grau de descetilação (%GD): Espectroscopia em Infravermelho, Ressonância Magnética Nuclear 1H; cristalinidade (difração de raios-X) e resistência térmica (Termogravimetria e Calorimetria Exploratória Diferencial). Este polímero foi utilizado como cobertura em morangos e comparado com os frutos controle quanto aos aspectos físico-químicos: pH, Acidez Total Titulável (ATT), Sólidos solúveis (SS), perda de massa e umidade durante 15 dias de armazenamento e sua aceitação através de análises sensoriais. Os resultados obtidos da caracterização da quitosana comprovaram %GD entre 73 a 83%, cristalinidade de 23% (quitosana) e 76% (quitina) e estabilidade térmica a 120ºC. A cobertura de quitosana foi eficiente, pois controlou a perda de água em morangos, manteve acidez total titulável e pH constantes e sólidos solúveis mais baixo. Assim, a quitosana promoveu uma atmosfera modificada, reduziu o metabolismo do fruto e retardou a senescência. Houve diferença estatística nos atributos sensoriais entre controle e cobertura de quitosana, sendo essa última mais desejável. Portanto, a quitosana pode ser utilizada como uma alternativa rentável e promissora em sistemas de conservação de alimentos

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial de linhagens termotolerantes da espécie Kluyveromyces marxianus para produção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz. Foi também objetivo deste trabalho estabelecer condições de tratamento alcalino diluído (desacetilação) previamente ao processo de hidrólise ácida da palha de arroz com vistas à obtenção de um hidrolisado com menor toxicidade. Numa primeira etapa do trabalho, foram avaliadas 4 cepas de K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y- 265 e Y-8287) quanto a produção de xilitol em meio semidefinido variando a temperatura de 30 a 40 °C. Com base nos resultados obtidos, foi selecionada a linhagem Y-6373, que apresentou os maiores valores de conversão de xilose em xilitol (YP/S = 0,70 g/g) e produtividade volumétrica (QP = 0,60 g/L.h) na temperatura de 40 °C. Esta linhagem foi então utilizada nos ensaios fermentativos a partir dos hidrolisados obtidos. Para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, a palha de arroz foi primeiramente submetida a um tratamento alcalino, em escala de frascos Erlenmeyer, onde se avaliou o efeito da temperatura (50 - 70 °C) e da carga de NaOH (20 - 80 mg/g de biomassa) sobre a remoção de grupos acetil. De acordo com o modelo obtido, a máxima remoção de acetil (97,2 ± 3,4%) pôde ser alcançada empregando 70 °C; 80 mg de NaOH /g de palha por 45 min. Nestas condições do processo, o modelo previu remoções de lignina e de cinzas de 41,3 ± 4,3 e 62,3 ± 5,3%, respectivamente, sem perda significativa das frações açucaradas. Em maior escala (reator de 50L), o tratamento alcalino mostrou resultados de remoção de acetil próximos aos previstos pelo modelo. Com a palha desacetilada, foram então realizados ensaios de hidrólise ácida variando a concentração de H2SO4 (0,5 - 1,5% m/v) e tempo de residência (30 - 90 min) visando estabelecer as condições que maximizem a eficiência de hidrólise da hemicelulose (EHH). Nas condições otimizadas, (H2SO4 1,0% m/v e 85 minutos) foi alcançada uma EHH de 75% em frascos e de 76% em reator. Os resultados referentes à fermentabilidade do hidrolisado empregando a K. marxinuas Y-6373 demonstraram que independentemente da suplementação nutricional, a conversão de xilose em xilitol foi elevada ~ 0,87 g/g e superior a obtida em meio semidefinido contendo apenas xilose como fonte de carbono, porém os valores de produtividade volumétrica foram cerca de 6,5 vezes inferiores ~ 0,13 g/L.h, devido a baixa eficiência de utilização da xilose (XC) ~ 20%, após 72 h de cultivo. A fermentabilidade dos hidrolisados foi melhorada após o procedimento de destoxificação e os resultados variaram com o método empregado. Os melhores resultados foram obtidos em hidrolisado tratado com CaO (YP/S= 0,74 g/g; QP = 0,32 g/L.h e XC =92%). Neste trabalho, foi também demonstrado o efeito repressivo da glicose sobre a assimilação e conversão da xilose em xilitol por K. marxianus, uma vez que em meio semidefinido simulando as concentrações de xilose e glicose presentes no hidrolisado, os valores de XC e YP/S foram reduzidos em torno de 40%. De uma forma geral, conclui-se que a linhagem de K. marxianus selecionada neste estudo, apresenta grande potencial para a produção de xilitol em elevadas temperaturas, porém são ainda necessários estudos para otimizar as condições de produção de xilitol a partir de hidrolisados hemicelulósicos. / In this work the potential of thermotolerant strains of Kluyveromyces marxianus to produce xylitol from rice straw hemicellulosic hydrolyzed was evaluated. In addition, were also established conditions of diluted alkaline treatment (deacetylation) previously to the process of rice straw acid hydrolysis, aiming to decrease the toxicity of the hydrolysate . Initially, four yeast strains of K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y-2265 e Y-8287) were evaluated regarding to the xylitol production in a semi-defined medium, varying the temperature from 30 to 40 ºC. From these results, the strain Y-6373 was selected, due to high values of xylose conversion into xylitol (YP/S = 0.70 g/g) and volumetric productivity (QP = 0.60 g/L.h) at 40ºC. This strain was thus used in the fermentative tests employing the hemicellulosic hydrolysate obtained. The hemicellulosic hydrolysate of rice straw was prepared in two steps; firstly the rice straw was submitted to the alkaline treatment, which was carried out in Erlenmeyer flasks scale. In these experiments, the effects of temperature from 50 to 70 °C and NaOH load from 20 to 80 mg/g biomass on the removal of acetyl groups were evaluated. According to the model obtained, the maximum acetyl removal (97.2 ±3.4%) could be achieved by employing 70 ºC; 80 mg of NaOH/g of straw during 45 minutes. Under these conditions, the model predicted lignin and ashes removals of 41.3±4.3 and 62.3±5.3%, respectively, without significant loss of sugars. On a large scale (reactor of 50L), the alkaline treatment showed outcomes of acetyl removal near the ones predicted by the model. After, the deacetylating straw was submitted to acid hydrolysis process, varying the H2SO4 concentration from 0.5 to 1.5% w/v, and the residence time from 30 to 90 minutes, aiming to stablish the conditions that maximize the efficiency of hemicellulose hydrolysis (EHH). Under optimized conditions, (H2SO4 1.0% w/v and 85 minutes) 75% EHH was achieved in Erlenmeyers flasks and 76% in reactor. As regarding the hydrolysate fermentability employing K. marxinuas Y-6373, the results showed that, regardless of the nutritional supplementation, the conversion of xylose into xylitol was high ~ 0.87 g/g and superior in relation to the one obtained at a semidefined medium containing only xylose as a carbon source. Nevertheless, the values ofvolumetric productivity were approximately 6.5 times inferior ~ 0.13 g/L.h, due to the lowefficiency of xylose consumption (XC) ~ 20%, after 72h of cultivation. The hydrolysate fermentability was improved after detoxification and the results varied with the method employed. The best results were obtained on hydrolysate treated with CaO (YP/S= 0.74 g/g; QP = 0.32 g/L.h and XC = 92%). The glucose effect was further examined in semi-defined medium. The results showed that xylose assimilation and xylitol production by K. marxianus was repressed by glucose, since in a semi-defined media simulating the concentrations of xylose/glucose found in the hydrolyzed, the values of XC e YP/S were reduced in approximately 40%. Based on the results, was concluded that the strain of K. marxianus selected on this study, presents a great potential to produce xylitol at elevated temperatures. However, studies are still necessary to optimize the conditions of this bioconversion from the hemicellulosic hydrolysate.

A reação de desacetilação da beta-quitina assistida por ultra-som de alta intensidade foi estudada e os efeitos da amplitude e da duração da irradiação e da temperatura sobre a eficiência da reação e as características das quitosanas obtidas foram avaliadas. As espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho foram empregadas para a caracterização estrutural das amostras, enquanto que a difração de raios X e a microscopia eletrônica de varredura permitiram avaliar as suas características morfológicas. As titulações condutimétricas, as medidas de viscosidade e a cromatografia de exclusão por tamanho foram empregadas para as determinações de grau médio de acetilação e massas molares médias ponderal e viscosimétrica, respectivamente. As quitosanas do Conjunto I foram obtidas nos experimentos em que a amplitude (baixa, intermediária e alta) e a duração (30, 45 e 60 minutos) da irradiação foram variadas, enquanto aquelas do Conjunto II resultaram dos experimentos em que a temperatura (50, 60, 70 e 80ºC) e a amplitude (baixa, intermediária e alta) de irradiação foram variadas, sendo o tempo de irradiação fixado em 30 minutos. Os valores de grau médio de acetilação e a massa molar média viscosimétrica das amostras do Conjunto I variaram nos intervalos 7%<GA<25% e 1,0x105< v M <6,5x105 g/mol, respectivamente. Esses resultados revelam forte correlação entre a amplitude e o tempo de irradiação e as características estruturais das quitosanas, sendo os valores de GA e v M tanto menores quanto maiores a amplitude e a duração da irradiação. O intervalo de variação de GA das amostras do Conjunto II foi muito semelhante àquele das amostras do Conjunto I, porém quitosanas com massas molares mais elevadas foram obtidas no caso do Conjunto II (4,5x105< v M <7,1x105 g/mol). De acordo com os resultados desses experimentos, a temperatura exerce efeito mais importante do que o tempo de irradiação, principalmente sobre o caráter macromolecular das quitosanas obtidas. Independentemente do conjunto considerado (Conjunto I ou Conjunto II), os rendimentos (R) das reações foram elevados e variaram no intervalo 72%<R<90%, entretanto as análises de cromatografia de exclusão por tamanho revelaram que amostras do Conjunto II contêm produtos de baixa massa molar. Os resultados obtidos mostram que a desacetilação da beta-quitina assistida por ultrasom de alta intensidade se constitui em uma nova metodologia mais eficiente do que as convencionalmente empregadas nas indústrias e laboratórios de pesquisa para a produção de quitosanas. Assim, a escolha adequada dos parâmetros do processo permite a produção de quitosanas com massas molares elevadas (5,0-7,0 x 105 g/mol) e baixos graus de acetilação (<10%) em tempos mais curtos (30-60 minutos) e temperaturas mais baixas (<800C) do que as necessárias nos processos convencionais de desacetilação. / The deacetylation of beta-chitin assisted by high intensity ultrasound was studied and the effects of the irradiation amplitude and duration and of the temperature on the reaction efficiency as well as on the chitosan characteristics were evaluated. The nuclear magnetic ressonance and infrared spectroscopies were employed for the structural characterization while the X ray diffraction and the scanning electron microscopy allowed the evaluation of morphological characteristics. The average degree of acetylation was determined by titrimetry while the weight average molecular weight and the viscosity average molecular weight were determined by size-exclusion chromatography and viscometry, respectively. The chitosan samples pertaining to Group I were produced by carrying out the experiments in which the irradiation amplitude (low, intermediate and high) and the time (30, 45 and 60 minutes) were varied, while those of Group II resulted from experiments in which the temperature (50, 60, 70 e 800C) and the irradiation amplitude (low, intermediate and high) were varied, the irradiation time being fixed at 30 minutes. In Group I the values of average degree of acetylation and viscosity average molecular weight of the chitosans ranged as 7%<DA<25% and 1,0x105<Mv<6,5x105g/mol, respectively. These results evidenced a strong relationship between the irradiation amplitude and duration and the structural characteristics of chitosans, the values of DA and Mv being lower the higher the irradiaton amplitude and duration. The chitosans of Group II exhibited a DA range similar to that of the samples of Group I however the molecular weights of the chitosans were higher in Group II (4,5x105<Mv<7,1x105 g/mol). According to the results of such experiments, the temperature effect is more important than the irradiation duration effect, mainly on the macromolecular character of the chitosans. Regardless of the Group (Group I or II), the reaction yields (Y) were high and they were inserted in the range 72%<Y<90%. However, the size-exclusion chromatography analyses showed that the chitosans of Group II contained low molecular weight products. The results of this investigation showed that the high intensity ultrasound-assisted beta-chitin deacetylation is a novel process more efficient than those commonly used to produce chitosan in industries and in research laboratories. Thus, if the parameters process are adequately chosen, chitosans with high molecular weights (5,0-7,0 x 105 g/mol) and low average degrees of acetylation (<10%) are produced in shorter times and at lower temperatures than those tipically of the commonly used processes.

Quitosana é um polímero de baixa toxicidade, biodegradável e biocompatível, obtido pela desacetilação heterogênea de quitina, que é um polissacarídeo encontrado abundantemente na biomassa. Em meios aquosos de acidez moderada, a quitosana também exibe comportamento de polieletrólito catiônico, reunindo, assim, características que favorecem a sua aplicação em diversas áreas, dentre elas, agricultura, medicina, indústrias alimentícia e de cosméticos. As principais limitações ao uso da quitosana em grande escala estão relacionadas à dificuldade em conciliar os custos de produção e a obtenção de quitina/quitosana com características uniformes e presença reduzida de impurezas. De modo geral, os métodos físicos e químicos propostos na literatura favorecem a obtenção de quitosanas mais desacetiladas e com distribuição mais uniforme de unidades, no entanto, são pouco viáveis, principalmente do ponto de vista econômico, para aplicações em escala industrial. Neste trabalho, as alomorfas &alpha;- e &beta;-quitina foram extraídas da biomassa, i. e., cefalotórax de Macrobrachium rosenbergii e gládios de Loligo plei e L. sanpaulensis, respectivamente, e usadas como matérias-primas para obtenção de quitosana empregando diferentes procedimentos. Assim, diferentes metodologias de desacetilação de quitina foram executadas, a saber, a desacetilação heterogênea, a desacetilação precedida pela execução de ciclos térmicos (método FPT) e a desacetilação assistida por ultra-som. Também foi realizado um estudo cinético da reação de desacetilação assistida por ultra-som. Com base nos resultados de %GA das amostras de quitina e de quitosana, os quais foram obtidos por espectroscopia de RMN 1H, análise elementar e titulação condutimétrica, pôde ser observado que o uso de ultra-som favoreceu o processo de desacetilação. Além disso, os resultados do estudo cinético da reação assistida por ultra-som a 100°, 110° e 120°C indicaram que o domínio cinético da reação foi abreviado para tempos inferiores a 30 min e que o patamar de velocidade constante corresponde a uma desacetilação mais completa (GA< 20%) do que aquele atingido com o uso do método de desacetilação heterogênea (20% < %GA < 45%). Estas conclusões estão de acordo com as caracterizações por difração de raios X, as quais revelaram a progressiva destruição dos domínios cristalinos à medida que os produtos foram mais desacetilados. Dessa forma, a desacetilação assistida por irradiação de ultra-som de alta potência possibilitou, de um modo mais simples e rápido, a obtenção de quitosanas com características semelhantes às obtidas após o emprego do método FPT, sendo que este último é relatado na literatura como o método mais eficiente para produção de quitosanas extensivamente desacetiladas. É proposto que a irradiação de ultra-som de alta potência contribuiu para aumentar acentuadamente a área superficial das partículas de quitina, propiciando pleno acesso do hidróxido de sódio aos grupos acetamida do polímero e promovendo a sua desacetilação homogênea. / Chitosan is a low toxicity, biodegradable and biocompatible polymer which is obtained by deacetylating chitin, an abundant polysaccharide. The applications of chitosan in several areas, such as agriculture, food and cosmetic industries, are favored by its cationic polyelectrolyte character, conferred by dissolving chitosan in moderately acid aqueous media. The main limitation to the widespread use of chitosan concerns the compromise between the production costs and the accomplishment of uniform characteristics and reduced amount of impurities. However, the physical and chemical methods currently proposed to deacetylate chitin which allow the production of chitosan with such characteristics are not feasible for large scale production. In this work, the allomorphs &alpha;- and &beta;-chitin were extracted from the biomass, i. e., the cephalothoraxes of Macrobrachium rosenbergii and squid pens from Loligo plei and L. sanpaulensis, respectively, and then they were used as raw materials to produce chitosan. Thus, different methods for deacetylating chitin were used, such as the heterogeneous deacetylation, the freeze - pump out - thaw method (FPT method) and the ultrasound assisted deacetylation. Also, the kinetics of the ultrasound assisted chitin deacetylation was studied. From the values of average degree of acetylation (%DA) of chitin and chitosan samples, which were determined by 1H NMR spectroscopy, elemental analysis and conductimetry, it was observed that the ultrasound treatment favored the deacetylation of chitin. Moreover, the study on the kinetics of the ultrasound assisted chitin deacetylation at 100°, 110° and 120°C showed that the kinetics domain was shortened to times lower than 30 min as compared to the heterogeneous reaction. Additionally, the plateau of constant DA attained at this time corresponds to a more efficient deacetylation (DA< 20%) as compared to the heterogeneous deacetylation (20% < DA < 45%). Accordingly, the X-rays diffraction experiments revealed the progressive destruction of the crystalline domains as the deacetylation reaction progressed. This work showed that the ultrasound assisted chitin deacetylation is a faster and simpler process to produce chitosan as compared to the methods currently used. Moreover, it allows the preparation of chitosans with characteristics similar to those produced by applying the FPT method, a process reported as the most efficient ever developed to promote the deacetylation of chitin, and it allows that in a simpler and faster manner as well. It is proposed that as a consequence of the ultrasound irradiation the superficial area of the chitin particles increased dramatically, increasing the accessibility to the acetamida groups and promoting a nearly homogeneous deacetylation of chitin.

Neste trabalho, amostras de beta-quitina extraída de gládios de lulas foram submetidas ao processo DAIUS, desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade, visando à produção de quitosanas extensivamente desacetiladas e de massa molar elevada. Para isso, os parâmetros do processo, a saber, diâmetro do reator, tempo de pulsação da irradiação do ultrassom e tempo de pré-condicionamento visando o intumescimento das partículas de beta-quitina, foram variados utilizando um planejamento fatorial fracionário (23-1). Desse planejamento resultou a execução de quatro experimentos e a triplicata do ponto central. A beta-quitina de partida e as quitosanas obtidas foram caracterizadas por espectroscopia de RMN 1H, espectroscopia da região do infravermelho, difração de raios X, viscosimetria capilar, microscopia eletrônica de varredura e termogravimetria. O parâmetro de acetilação (PA) das quitosanas obtidas foi determinado a partir dos espectros de RMN 1H de modo a permitir a avaliação do tipo de distribuição das unidades GlcNAc e GlcN predominante nas cadeias. As quitosanas apresentaram parâmetro de acetilação variando no intervalo 0,61&lt;PA&lt;0,82, indicando o predomínio da distribuição randômica das unidades GlcNAc e GlcN. A determinação da solubilidade das quitosanas foi baseada na turbidez de suas soluções, sendo todas solúveis em pH &lt; 5, exceto a amostra QT2 que foi insolúvel. A beta-quitina apresentou maior estabilidade térmica em comparação com as quitosanas, devido à maior porcentagem de unidades GlcNAc nas suas cadeias. As características morfológicas da beta-quitina e das quitosanas foram determinadas pelo emprego da microscopia eletrônica de varredura, foi observado que as partículas das quitosanas apresentaram certa rugosidade aparente devido à ocorrência de um acentuado processo de descamação da superfície do polímero. A partir dos espectros no infravermelho foi possível identificar e diferenciar as bandas características, tanto da beta-quitina quanto das quitosanas. Os valores de grau médio de acetilação e de massa molar viscosimétrica média das amostras de quitosana variaram nos intervalos 42%&lt;<span style=\"text-decoration: overline\">GA&lt;62% e 1,25x105g.mol-1&lt;<span style=\"text-decoration: overline\">Mv&lt;2,93x105g.mol-1, respectivamente. Esses resultados revelam que o processo DAIUS foi eficiente na conversão de beta-quitina em quitosana, e que foram produzidas quitosanas com elevada massa molar viscosimétrica média, entretanto o intervalo de variação dos parâmetros do processo não resultou em variação importante do grau médio de acetilação das quitosanas produzidas. / In this project, &beta;-chitin samples extracted from squid pens were submitted to the USAD, ultrasound assisted deacetylation process aiming the production of extensively deactylated high molar mass chitosans. For that process parameters, as, diameter of the reactor, ultrasound irradiation pulsing time and pre-conditioning time seeking the swelling of the &beta;-chitin particles, they have been varied using a fractional factorial design (23-1). From this design resulted the performance of four experiments and the central point triplicate. The &beta;-chitin pattern and the obtained chitosans were characterized by 1H NMR spectroscopy, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, capillary viscometry, scanning electron microscopy and thermogravimetry. The parameter of acetylation (PA) of the obtained chitosans was determined from the 1H NMR spectra, allowing the assessment to the distribution pattern of GlcNAc and GlcN units predominant in the chains. The chitosans presented parameter of acetylation ranging as 0,61&lt;PA&lt;0,82, indicating the predominance of random distribution of GlcNAc and GlcN units. The determination of the chitosans solubility was based on the turbidity of its solutions, all being soluble in pH &lt; 5, exept for QT2 sample that was insoluble. The &beta;-chitin showed higher thermal stability in comparisson to the chitosans, probably due to the higher content of GlcNAc units in their chains. The morphological characteristics of &beta;-chitin and chitosans were characterized by scanning electron microscopy, It was observed that the chitosans particles presented certain rugosity apparently due to the occurrence of a strong process of scaling of the polymer surface. From the infrared spectra it was possible to identify and to distinguish the characteristic bands either of the &beta;-chitin as the chitosans. The values of the average degree of acetylation and viscosity average molar mass from the chitosans samples vary in the intervals 42%&lt;<span style=\"text-decoration: overline\">GA&lt;62% e 1,25x105g.mol-1&lt;<span style=\"text-decoration: overline\">Mv&lt;2,93x105g.mol-1, respectively. These outcomes reveal that the USAD process was effective converting &beta;-chitin in chitosan and there were generated chitosans with high viscosity average molar mass, however the process parameters variation interval did not result in an important average degree of acetylation variation from the generated chitosans.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:51:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6668_1.pdf: 4537343 bytes, checksum: b1d354c9c6adf844dce72f2664ac6688 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Novos compósitos biocompatíveis à base de Pontos Quânticos de CdTe funcionalizados com o biopolímero quitosana, com elevada luminescência e promissoras possibilidades de aplicações biológicas foram obtidos. Adicionalmente, um novo compósito metálico foi sintetizado com o precursor polimérico nanoparticulado, para fins de obtenção de um novo material passível de aplicação em terapia fotodinâmica. A otimização de alguns parâmetros físico-químicos da quitosana tais como solubilização em meio aquoso neutro e diminuição da viscosidade intrínseca como recurso para a síntese do material polimérico particulado, constituiu-se numa das etapas inicias do presente trabalho. Reações de desacetilação e hidrólise oxidativa foram realizadas, além da sistematização da relação entre a concentração da quitosana e de seu agente reticulante, em busca de uma configuração adequada para a obtenção de partículas com menores diâmetros e elevada carga superficial, o que potencializa a aplicabilidade biológica das mesmas. A partir daí foram obtidos seus compósitos metálicos e semicondutores. Os resultados apresentados indicam que o processo de desacetilação e despolimerização mostraram-se eficientes, fornecendo material com alto grau de desacetilação, atingindo valores superiores a 99% e viscosidades reduzidas com relação ao material comercial de partida. Nanopartículas de quitosana com diâmetro médio de 18 nm e potencial zeta de 36,58 mV foram obtidas em meio livre de ácido. Os compósitos metálicos se apresentaram como sistemas core-shell e exibiram tendências à aglomeração e precipitação em regime coloidal enquanto que os compósitos semicondutores apresentaram boa estabilidade ótica e coloidal, ampliando suas perspectivas de aplicabilidade para os fins mencionados acima. Um novo compósito semicondutor foi sintetizado, utilizando-se a quitosana em sua forma salina como cloridrato de quitosana. A utilização desse compósito luminescente para fins de marcação in vitro de células de cultura de Cândida Albicans e melanona foi realizada. Fatores relativos à obtenção do nanomaterial polimérico, bem como o tratamento químico inicial, e seus compósitos foram apresentados e discutidos

Submitted by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-03-08T12:52:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação_Ana Gracy Oliveira Ribeiro.pdf: 2992880 bytes, checksum: 4e6d8270e0e303c6c4fbf6cedd9d38a6 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-03-08T12:52:21Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação_Ana Gracy Oliveira Ribeiro.pdf: 2992880 bytes, checksum: 4e6d8270e0e303c6c4fbf6cedd9d38a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-08T12:52:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação_Ana Gracy Oliveira Ribeiro.pdf: 2992880 bytes, checksum: 4e6d8270e0e303c6c4fbf6cedd9d38a6 (MD5) Previous issue date: 2017-07-17 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The exoskeleton of crustaceous is one of the main sources of chitin, a biopolymer precursor of chitosan. This work aimed the extraction of chitin from the residues of the Dilocarcinus pagei crab collected in the city of Itacoatiara (AM), and eventually converted to chitosan and also the analysis of the physicochemical properties of the obtained materials. The demineralization step used acid solutions of different concentrations and under different reaction times, in which the condition using acid solution of 0.50 mol L-1 and reaction time of 30 minutes exhibited greater mass loss. Removal of the organic content occurred through the contact of the demineralised remnant with 1.0 mol L-1 NaOH solutions at 70 ° C for different time lengths, where a larger mass loss was observed for the 24-hour period. Chitin was obtained by exposing the deproteinized material to a 0.14 mol L-1 NaClO solution for 8 hours. From the analysis of the final yield of each stage, it was found that the residues of the Amazonian crab is constituted by 78.4 5% CaCO3 and 21.55 % organic matter. Of the organic fraction, 51.93 % (10.99 % of the initial mass of the residues) consists of proteins and lipids, whereas 48.07 % (10.56 % of the initial mass of the residues) consists of an association of chitin and pigments. From this association, 23.95 % (2.53 % of the initial mass of the residues) is formed by pigments and 76.05 % (8.03% of the initial mass of the residues) is formed by chitin. The content of chitin found is similar to that found in the literature for other species of crab. According to X-ray diffraction and thermogravimetric analysis, it was verified that the chitin obtained has diffraction patterns characteristic of the α-chitin crystallographic phase and the obtained chitosan has semi-crystalline structure. The thermal decomposition profile is characteristic of biopolymers, with the existence of non oxidative and oxidative events of mass loss. It was found through Infrared spectroscopy that the degree of deacetylation of the obtained chitosan samples after chitin treatment with 10.0 mol L-1 NaOH solution at 105 º for 60, 90 e 120 minute were between 68.45 % and 81.92 %. / Os exoesqueletos de crustáceos são uma das principais fontes de obtenção de quitina, um biopolímero precursor da quitosana. Este trabalho teve como principal objetivo a extração de quitina do resíduo dos caranguejos Dilocarcinus pagei coletados no município de Itacoatiara (AM) e posterior conversão em quitosana, além de analisar as propriedades físicas e químicas dos materiais obtidos. O tratamento de desmineralização foi realizado empregando soluções de HCl de diferentes concentrações e por diferentes períodos de tempo, no qual o tratamento utilizando a solução ácida de 0,50 mol L-1 e tempo de reação de 30 minutos exibiu maior perda de massa. A remoção do conteúdo orgânico ocorreu através do contato do remanescente desmineralizado com soluções de NaOH de 1,0 mol L-1 à 70 °C por diferentes períodos de tempo, onde foi observado maior perda de massa para o período de 24 horas. A obtenção da quitina ocorreu através da exposição do material desproteinizado com uma solução de NaClO 0,14 mol L-1 por um período de 8 horas. A partir da análise do rendimento final de cada etapa, encontrou-se que os resíduos do caranguejo amazônico são constituídos por 78,45 % de CaCO3 e 21,55 % de matéria orgânica. Da fração orgânica, 51,93 % (10,99 % da massa inicial dos resíduos) é constituída por proteínas e lipídeos, enquanto 48,07 % (10,56 % da massa inicial dos resíduos) é constituída por uma associação de quitina e pigmentos. Dessa associação, 23,95 % (2,53 % da massa inicial dos resíduos) é formada por pigmentos e 76,05 % (8,03 % da massa inicial dos resíduos) é formada por quitina. O conteúdo encontrado de quitina é similar ao encontrado na literatura para outras espécies de caranguejo. Através das técnicas de difração de raios X e análise termogravimétrica, constatou-se que a quitina obtida possui padrões de difração característicos da fase cristalográfica α-quitina e a quitosana obtida possui uma estrutura semicristalina. O perfil de decomposição térmica é característico de biopolímeros, com a existência de eventos não oxidativos e oxidativos de perda de massa. Constatou-se com auxílio da técnica de espectroscopia vibracional na região do infravermelho que o grau de desacetilação das quitosanas obtidas após processamento da quitina em solução 10,0 mol L-1 de NaOH a 105 ºC pelos tempos de 60, 90 e 120 minutos foi de 68,45 % a 81,92 %.

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial de linhagens termotolerantes da espécie Kluyveromyces marxianus para produção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz. Foi também objetivo deste trabalho estabelecer condições de tratamento alcalino diluído (desacetilação) previamente ao processo de hidrólise ácida da palha de arroz com vistas à obtenção de um hidrolisado com menor toxicidade. Numa primeira etapa do trabalho, foram avaliadas 4 cepas de K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y- 265 e Y-8287) quanto a produção de xilitol em meio semidefinido variando a temperatura de 30 a 40 °C. Com base nos resultados obtidos, foi selecionada a linhagem Y-6373, que apresentou os maiores valores de conversão de xilose em xilitol (YP/S = 0,70 g/g) e produtividade volumétrica (QP = 0,60 g/L.h) na temperatura de 40 °C. Esta linhagem foi então utilizada nos ensaios fermentativos a partir dos hidrolisados obtidos. Para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, a palha de arroz foi primeiramente submetida a um tratamento alcalino, em escala de frascos Erlenmeyer, onde se avaliou o efeito da temperatura (50 - 70 °C) e da carga de NaOH (20 - 80 mg/g de biomassa) sobre a remoção de grupos acetil. De acordo com o modelo obtido, a máxima remoção de acetil (97,2 ± 3,4%) pôde ser alcançada empregando 70 °C; 80 mg de NaOH /g de palha por 45 min. Nestas condições do processo, o modelo previu remoções de lignina e de cinzas de 41,3 ± 4,3 e 62,3 ± 5,3%, respectivamente, sem perda significativa das frações açucaradas. Em maior escala (reator de 50L), o tratamento alcalino mostrou resultados de remoção de acetil próximos aos previstos pelo modelo. Com a palha desacetilada, foram então realizados ensaios de hidrólise ácida variando a concentração de H2SO4 (0,5 - 1,5% m/v) e tempo de residência (30 - 90 min) visando estabelecer as condições que maximizem a eficiência de hidrólise da hemicelulose (EHH). Nas condições otimizadas, (H2SO4 1,0% m/v e 85 minutos) foi alcançada uma EHH de 75% em frascos e de 76% em reator. Os resultados referentes à fermentabilidade do hidrolisado empregando a K. marxinuas Y-6373 demonstraram que independentemente da suplementação nutricional, a conversão de xilose em xilitol foi elevada ~ 0,87 g/g e superior a obtida em meio semidefinido contendo apenas xilose como fonte de carbono, porém os valores de produtividade volumétrica foram cerca de 6,5 vezes inferiores ~ 0,13 g/L.h, devido a baixa eficiência de utilização da xilose (XC) ~ 20%, após 72 h de cultivo. A fermentabilidade dos hidrolisados foi melhorada após o procedimento de destoxificação e os resultados variaram com o método empregado. Os melhores resultados foram obtidos em hidrolisado tratado com CaO (YP/S= 0,74 g/g; QP = 0,32 g/L.h e XC =92%). Neste trabalho, foi também demonstrado o efeito repressivo da glicose sobre a assimilação e conversão da xilose em xilitol por K. marxianus, uma vez que em meio semidefinido simulando as concentrações de xilose e glicose presentes no hidrolisado, os valores de XC e YP/S foram reduzidos em torno de 40%. De uma forma geral, conclui-se que a linhagem de K. marxianus selecionada neste estudo, apresenta grande potencial para a produção de xilitol em elevadas temperaturas, porém são ainda necessários estudos para otimizar as condições de produção de xilitol a partir de hidrolisados hemicelulósicos. / In this work the potential of thermotolerant strains of Kluyveromyces marxianus to produce xylitol from rice straw hemicellulosic hydrolyzed was evaluated. In addition, were also established conditions of diluted alkaline treatment (deacetylation) previously to the process of rice straw acid hydrolysis, aiming to decrease the toxicity of the hydrolysate . Initially, four yeast strains of K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y-2265 e Y-8287) were evaluated regarding to the xylitol production in a semi-defined medium, varying the temperature from 30 to 40 ºC. From these results, the strain Y-6373 was selected, due to high values of xylose conversion into xylitol (YP/S = 0.70 g/g) and volumetric productivity (QP = 0.60 g/L.h) at 40ºC. This strain was thus used in the fermentative tests employing the hemicellulosic hydrolysate obtained. The hemicellulosic hydrolysate of rice straw was prepared in two steps; firstly the rice straw was submitted to the alkaline treatment, which was carried out in Erlenmeyer flasks scale. In these experiments, the effects of temperature from 50 to 70 °C and NaOH load from 20 to 80 mg/g biomass on the removal of acetyl groups were evaluated. According to the model obtained, the maximum acetyl removal (97.2 ±3.4%) could be achieved by employing 70 ºC; 80 mg of NaOH/g of straw during 45 minutes. Under these conditions, the model predicted lignin and ashes removals of 41.3±4.3 and 62.3±5.3%, respectively, without significant loss of sugars. On a large scale (reactor of 50L), the alkaline treatment showed outcomes of acetyl removal near the ones predicted by the model. After, the deacetylating straw was submitted to acid hydrolysis process, varying the H2SO4 concentration from 0.5 to 1.5% w/v, and the residence time from 30 to 90 minutes, aiming to stablish the conditions that maximize the efficiency of hemicellulose hydrolysis (EHH). Under optimized conditions, (H2SO4 1.0% w/v and 85 minutes) 75% EHH was achieved in Erlenmeyers flasks and 76% in reactor. As regarding the hydrolysate fermentability employing K. marxinuas Y-6373, the results showed that, regardless of the nutritional supplementation, the conversion of xylose into xylitol was high ~ 0.87 g/g and superior in relation to the one obtained at a semidefined medium containing only xylose as a carbon source. Nevertheless, the values ofvolumetric productivity were approximately 6.5 times inferior ~ 0.13 g/L.h, due to the lowefficiency of xylose consumption (XC) ~ 20%, after 72h of cultivation. The hydrolysate fermentability was improved after detoxification and the results varied with the method employed. The best results were obtained on hydrolysate treated with CaO (YP/S= 0.74 g/g; QP = 0.32 g/L.h and XC = 92%). The glucose effect was further examined in semi-defined medium. The results showed that xylose assimilation and xylitol production by K. marxianus was repressed by glucose, since in a semi-defined media simulating the concentrations of xylose/glucose found in the hydrolyzed, the values of XC e YP/S were reduced in approximately 40%. Based on the results, was concluded that the strain of K. marxianus selected on this study, presents a great potential to produce xylitol at elevated temperatures. However, studies are still necessary to optimize the conditions of this bioconversion from the hemicellulosic hydrolysate.

Quitosana é um polímero de baixa toxicidade, biodegradável e biocompatível, obtido pela desacetilação heterogênea de quitina, que é um polissacarídeo encontrado abundantemente na biomassa. Em meios aquosos de acidez moderada, a quitosana também exibe comportamento de polieletrólito catiônico, reunindo, assim, características que favorecem a sua aplicação em diversas áreas, dentre elas, agricultura, medicina, indústrias alimentícia e de cosméticos. As principais limitações ao uso da quitosana em grande escala estão relacionadas à dificuldade em conciliar os custos de produção e a obtenção de quitina/quitosana com características uniformes e presença reduzida de impurezas. De modo geral, os métodos físicos e químicos propostos na literatura favorecem a obtenção de quitosanas mais desacetiladas e com distribuição mais uniforme de unidades, no entanto, são pouco viáveis, principalmente do ponto de vista econômico, para aplicações em escala industrial. Neste trabalho, as alomorfas &alpha;- e &beta;-quitina foram extraídas da biomassa, i. e., cefalotórax de Macrobrachium rosenbergii e gládios de Loligo plei e L. sanpaulensis, respectivamente, e usadas como matérias-primas para obtenção de quitosana empregando diferentes procedimentos. Assim, diferentes metodologias de desacetilação de quitina foram executadas, a saber, a desacetilação heterogênea, a desacetilação precedida pela execução de ciclos térmicos (método FPT) e a desacetilação assistida por ultra-som. Também foi realizado um estudo cinético da reação de desacetilação assistida por ultra-som. Com base nos resultados de %GA das amostras de quitina e de quitosana, os quais foram obtidos por espectroscopia de RMN 1H, análise elementar e titulação condutimétrica, pôde ser observado que o uso de ultra-som favoreceu o processo de desacetilação. Além disso, os resultados do estudo cinético da reação assistida por ultra-som a 100°, 110° e 120°C indicaram que o domínio cinético da reação foi abreviado para tempos inferiores a 30 min e que o patamar de velocidade constante corresponde a uma desacetilação mais completa (GA< 20%) do que aquele atingido com o uso do método de desacetilação heterogênea (20% < %GA < 45%). Estas conclusões estão de acordo com as caracterizações por difração de raios X, as quais revelaram a progressiva destruição dos domínios cristalinos à medida que os produtos foram mais desacetilados. Dessa forma, a desacetilação assistida por irradiação de ultra-som de alta potência possibilitou, de um modo mais simples e rápido, a obtenção de quitosanas com características semelhantes às obtidas após o emprego do método FPT, sendo que este último é relatado na literatura como o método mais eficiente para produção de quitosanas extensivamente desacetiladas. É proposto que a irradiação de ultra-som de alta potência contribuiu para aumentar acentuadamente a área superficial das partículas de quitina, propiciando pleno acesso do hidróxido de sódio aos grupos acetamida do polímero e promovendo a sua desacetilação homogênea. / Chitosan is a low toxicity, biodegradable and biocompatible polymer which is obtained by deacetylating chitin, an abundant polysaccharide. The applications of chitosan in several areas, such as agriculture, food and cosmetic industries, are favored by its cationic polyelectrolyte character, conferred by dissolving chitosan in moderately acid aqueous media. The main limitation to the widespread use of chitosan concerns the compromise between the production costs and the accomplishment of uniform characteristics and reduced amount of impurities. However, the physical and chemical methods currently proposed to deacetylate chitin which allow the production of chitosan with such characteristics are not feasible for large scale production. In this work, the allomorphs &alpha;- and &beta;-chitin were extracted from the biomass, i. e., the cephalothoraxes of Macrobrachium rosenbergii and squid pens from Loligo plei and L. sanpaulensis, respectively, and then they were used as raw materials to produce chitosan. Thus, different methods for deacetylating chitin were used, such as the heterogeneous deacetylation, the freeze - pump out - thaw method (FPT method) and the ultrasound assisted deacetylation. Also, the kinetics of the ultrasound assisted chitin deacetylation was studied. From the values of average degree of acetylation (%DA) of chitin and chitosan samples, which were determined by 1H NMR spectroscopy, elemental analysis and conductimetry, it was observed that the ultrasound treatment favored the deacetylation of chitin. Moreover, the study on the kinetics of the ultrasound assisted chitin deacetylation at 100°, 110° and 120°C showed that the kinetics domain was shortened to times lower than 30 min as compared to the heterogeneous reaction. Additionally, the plateau of constant DA attained at this time corresponds to a more efficient deacetylation (DA< 20%) as compared to the heterogeneous deacetylation (20% < DA < 45%). Accordingly, the X-rays diffraction experiments revealed the progressive destruction of the crystalline domains as the deacetylation reaction progressed. This work showed that the ultrasound assisted chitin deacetylation is a faster and simpler process to produce chitosan as compared to the methods currently used. Moreover, it allows the preparation of chitosans with characteristics similar to those produced by applying the FPT method, a process reported as the most efficient ever developed to promote the deacetylation of chitin, and it allows that in a simpler and faster manner as well. It is proposed that as a consequence of the ultrasound irradiation the superficial area of the chitin particles increased dramatically, increasing the accessibility to the acetamida groups and promoting a nearly homogeneous deacetylation of chitin.

A reação de desacetilação da beta-quitina assistida por ultra-som de alta intensidade foi estudada e os efeitos da amplitude e da duração da irradiação e da temperatura sobre a eficiência da reação e as características das quitosanas obtidas foram avaliadas. As espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho foram empregadas para a caracterização estrutural das amostras, enquanto que a difração de raios X e a microscopia eletrônica de varredura permitiram avaliar as suas características morfológicas. As titulações condutimétricas, as medidas de viscosidade e a cromatografia de exclusão por tamanho foram empregadas para as determinações de grau médio de acetilação e massas molares médias ponderal e viscosimétrica, respectivamente. As quitosanas do Conjunto I foram obtidas nos experimentos em que a amplitude (baixa, intermediária e alta) e a duração (30, 45 e 60 minutos) da irradiação foram variadas, enquanto aquelas do Conjunto II resultaram dos experimentos em que a temperatura (50, 60, 70 e 80ºC) e a amplitude (baixa, intermediária e alta) de irradiação foram variadas, sendo o tempo de irradiação fixado em 30 minutos. Os valores de grau médio de acetilação e a massa molar média viscosimétrica das amostras do Conjunto I variaram nos intervalos 7%<GA<25% e 1,0x105< v M <6,5x105 g/mol, respectivamente. Esses resultados revelam forte correlação entre a amplitude e o tempo de irradiação e as características estruturais das quitosanas, sendo os valores de GA e v M tanto menores quanto maiores a amplitude e a duração da irradiação. O intervalo de variação de GA das amostras do Conjunto II foi muito semelhante àquele das amostras do Conjunto I, porém quitosanas com massas molares mais elevadas foram obtidas no caso do Conjunto II (4,5x105< v M <7,1x105 g/mol). De acordo com os resultados desses experimentos, a temperatura exerce efeito mais importante do que o tempo de irradiação, principalmente sobre o caráter macromolecular das quitosanas obtidas. Independentemente do conjunto considerado (Conjunto I ou Conjunto II), os rendimentos (R) das reações foram elevados e variaram no intervalo 72%<R<90%, entretanto as análises de cromatografia de exclusão por tamanho revelaram que amostras do Conjunto II contêm produtos de baixa massa molar. Os resultados obtidos mostram que a desacetilação da beta-quitina assistida por ultrasom de alta intensidade se constitui em uma nova metodologia mais eficiente do que as convencionalmente empregadas nas indústrias e laboratórios de pesquisa para a produção de quitosanas. Assim, a escolha adequada dos parâmetros do processo permite a produção de quitosanas com massas molares elevadas (5,0-7,0 x 105 g/mol) e baixos graus de acetilação (<10%) em tempos mais curtos (30-60 minutos) e temperaturas mais baixas (<800C) do que as necessárias nos processos convencionais de desacetilação. / The deacetylation of beta-chitin assisted by high intensity ultrasound was studied and the effects of the irradiation amplitude and duration and of the temperature on the reaction efficiency as well as on the chitosan characteristics were evaluated. The nuclear magnetic ressonance and infrared spectroscopies were employed for the structural characterization while the X ray diffraction and the scanning electron microscopy allowed the evaluation of morphological characteristics. The average degree of acetylation was determined by titrimetry while the weight average molecular weight and the viscosity average molecular weight were determined by size-exclusion chromatography and viscometry, respectively. The chitosan samples pertaining to Group I were produced by carrying out the experiments in which the irradiation amplitude (low, intermediate and high) and the time (30, 45 and 60 minutes) were varied, while those of Group II resulted from experiments in which the temperature (50, 60, 70 e 800C) and the irradiation amplitude (low, intermediate and high) were varied, the irradiation time being fixed at 30 minutes. In Group I the values of average degree of acetylation and viscosity average molecular weight of the chitosans ranged as 7%<DA<25% and 1,0x105<Mv<6,5x105g/mol, respectively. These results evidenced a strong relationship between the irradiation amplitude and duration and the structural characteristics of chitosans, the values of DA and Mv being lower the higher the irradiaton amplitude and duration. The chitosans of Group II exhibited a DA range similar to that of the samples of Group I however the molecular weights of the chitosans were higher in Group II (4,5x105<Mv<7,1x105 g/mol). According to the results of such experiments, the temperature effect is more important than the irradiation duration effect, mainly on the macromolecular character of the chitosans. Regardless of the Group (Group I or II), the reaction yields (Y) were high and they were inserted in the range 72%<Y<90%. However, the size-exclusion chromatography analyses showed that the chitosans of Group II contained low molecular weight products. The results of this investigation showed that the high intensity ultrasound-assisted beta-chitin deacetylation is a novel process more efficient than those commonly used to produce chitosan in industries and in research laboratories. Thus, if the parameters process are adequately chosen, chitosans with high molecular weights (5,0-7,0 x 105 g/mol) and low average degrees of acetylation (<10%) are produced in shorter times and at lower temperatures than those tipically of the commonly used processes.