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.

A principal reação de derivatização da quitina é a hidrólise dos grupos acetamido, que gera o polímero conhecido como quitosana. O foco do presente estudo é desenvolver um processo eficiente, reprodutivo e versátil para produção de quitosanas com características controladas. Nesse sentido, o processo de desacetilação de quitina assistida por irradiação do ultrassom de alta intensidade, denominado processo DAIUS, foi estudado. Para o desenvolvimento do estudo proposto, as seguintes etapas foram realizadas: i) extração, fracionamento e caracterização de beta-quitina extraída de gládios de lulas; ii) estudo quimiométrico visando determinar as variáveis mais importantes do processo DAIUS; iii) estudo quimiométrico visando a otimização do processo DAIUS empregando gráficos de superfícies de resposta e iv) estudo cinético da desacetilação de beta-quitina via processo DAIUS. A caracterização das quitosanas, obtidas pelo processo DAIUS com o auxílio do planejamento fatorial de experimentos revelou que a intensidade da irradiação de ultrassom é a variável menos importante durante a desacetilação da beta-quitina, e que a temperatura e o tempo de reação são as variáveis que mais afetam a despolimerização da beta-quitina. Desse estudo resultaram quitosanas com elevados <span style=\"text-decoration: overline\">GD (92%) e <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (5,42x105g/mol), enquanto o parâmetro de acetilação (PA) apresentou valores próximos de 1,0, que corresponde ao padrão randômico ideal de distribuição de unidades GlcN e GlcNAc, sugerindo que o processo DAIUS ocorre homogeneamente. A análise dos gráficos de superfícies de resposta permitiu observar que o aumento da temperatura e do tempo de sonicação gera quitosanas mais desacetiladas, porém com menores massas molares. Esta análise também permitiu avaliar os efeitos do processo DAIUS sobre <span style=\"text-decoration: overline\">GD, <span style=\"text-decoration: overline\">Mv e PA, sendo que nesse estudo quitosanas com elevada <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (9,83x105g/mol) foram obtidas, porém o aumento da temperatura e do tempo de sonicação resultou em quitosanas mais despolimerizadas, e também mais desacetiladas. A seleção das principais variáveis do processo DAIUS, temperatura de reação e do tempo de sonicação, permitiu uma melhor compreensão da variação do <span style=\"text-decoration: overline\">GD e da <span style=\"text-decoration: overline\">Mv, e permitiu a obtenção de quitosanas que apresentaram valores de PA&asymp;1,0, correspondente ao padrão randômico ideal de distribuição de unidades GlcN e GlcNAc. O estudo da cinética da desacetilação da beta-quitina via processo DAIUS revelou a ocorrência de duas etapas bem distintas quantos às suas velocidades, sendo a primeira, atuante nos primeiros 20 minutos, mais rápida (k=29,4 min-1 103) quando comparada com a segunda etapa (k=7,6 min-1 103). As quitosanas geradas no desenvolvimento do estudo cinético do processo DAIUS foram analisadas por difração de raios X, revelando que durante o processo DAIUS ocorre perda de água do retículo cristalino da beta-quitina, fato atribuído à cavitação gerada pela irradiação de ultrassom de alta intensidade. Assim, é proposto que o fenômeno da cavitação, que resulta em importantes alterações morfológicas, reduzindo as dimensões médias das partículas e aumentando sua rugosidade e uniformidade, também atue no interior do retículo cristalino da beta-quitina, resultando na expulsão de moléculas de água e facilitando o acesso do hidróxido de sódio aos grupamentos acetamido da beta-quitina mesmo nos domínios cristalinos. A utilização do ultrassom de alta intensidade na desacetilação de beta-quitina coloca em destaque a obtenção de quitosanas com características controladas. / The main reaction of chitin is the hydrolysis of its acetamido groups, which generates a polymer known as chitosan. The focus of the present study is the development of an efficient, reproductive and versatile process for chitosan production with controlled characteristics. In this sense, the chitin deacetylation assisted by high intensity ultrasound irradiation, called USAD process, was studied. The development of the proposed study was carried out in four steps: i) the extraction, fractionation and characterization of beta-chitin, extracted from squid pens; ii) the chemometric approach, aiming to determine the most important variables of the USAD process; iii) the chemometric approach aiming to the USAD process optimization, employing response surface and iv) the deacetylation kinetics studies of beta-chitin via USAD process. The characterization of the chitosans obtained by the USAD process, supported by factorial design, showed that the intensity of the ultrasound irradiation is the least important variable in the beta-chitin deacetylation, and the temperature and reaction time are the variables that most affect the beta-chitin depolymerization. From this study, chitosans with high <span style=\"text-decoration: overline\">DD (92%) and <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (5.42 x105g/mol) were produced, with acetylation parameter (AP) values close to 1.0, which corresponds to an ideal random pattern of distribution of GlcNAc and GlcN units, suggesting that the USAD process occurs homogeneously. The analysis of response surfaces allowed to observe that the increase of temperature and sonication time generates more deacetylated chitosans, but with lower average molecular weights. This analysis also allowed us to evaluate the effects of USAD process in <span style=\"text-decoration: overline\">DD, <span style=\"text-decoration: overline\">Mv, and AP variations: chitosans with high <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (9.83x105g/mol) were obtained, but the increase of temperature and sonication time resulted in more degraded and more deacetylated chitosans. The selection of the main USAD process variables, temperature and sonication time, allowed a better understanding of <span style=\"text-decoration: overline\">DD and <span style=\"text-decoration: overline\">Mv variation, and allowed to obtain chitosan with PA&asymp;1.0, which corresponds to an ideal random pattern of distribution of GlcNAc and GlcN units. The study of beta-chitin deacetylation kinetics via USAD process revealed the occurrence of two stages: the first step, active in the first 20 minutes, is faster (k = 29.4 min-1 103) when compared with the second one (k = 7.6 min-1 103). The chitosans generated in the kinetic study of the USAD process were analyzed by X-ray diffraction, which revealed some water loss in the crystalline structure during the USAD process, which is attributed to the cavitation generated by irradiation of high intensity ultrasound. Thus, it is suggested that the phenomenon of cavitation, which results in significant morphological changes by reducing average particle size and increase uniformity and roughness, also act within the crystalline structure of beta-chitin, resulting in the expulsion of water molecules and facilitating the access of sodium hydroxide to beta-chitin acetamido groups even in the crystalline domains. The use of high intensity ultrasound in deacetylation of beta-chitin highlight the production of chitosans with controlled characteristics.

A principal reação de derivatização da quitina é a hidrólise dos grupos acetamido, que gera o polímero conhecido como quitosana. O foco do presente estudo é desenvolver um processo eficiente, reprodutivo e versátil para produção de quitosanas com características controladas. Nesse sentido, o processo de desacetilação de quitina assistida por irradiação do ultrassom de alta intensidade, denominado processo DAIUS, foi estudado. Para o desenvolvimento do estudo proposto, as seguintes etapas foram realizadas: i) extração, fracionamento e caracterização de beta-quitina extraída de gládios de lulas; ii) estudo quimiométrico visando determinar as variáveis mais importantes do processo DAIUS; iii) estudo quimiométrico visando a otimização do processo DAIUS empregando gráficos de superfícies de resposta e iv) estudo cinético da desacetilação de beta-quitina via processo DAIUS. A caracterização das quitosanas, obtidas pelo processo DAIUS com o auxílio do planejamento fatorial de experimentos revelou que a intensidade da irradiação de ultrassom é a variável menos importante durante a desacetilação da beta-quitina, e que a temperatura e o tempo de reação são as variáveis que mais afetam a despolimerização da beta-quitina. Desse estudo resultaram quitosanas com elevados <span style=\"text-decoration: overline\">GD (92%) e <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (5,42x105g/mol), enquanto o parâmetro de acetilação (PA) apresentou valores próximos de 1,0, que corresponde ao padrão randômico ideal de distribuição de unidades GlcN e GlcNAc, sugerindo que o processo DAIUS ocorre homogeneamente. A análise dos gráficos de superfícies de resposta permitiu observar que o aumento da temperatura e do tempo de sonicação gera quitosanas mais desacetiladas, porém com menores massas molares. Esta análise também permitiu avaliar os efeitos do processo DAIUS sobre <span style=\"text-decoration: overline\">GD, <span style=\"text-decoration: overline\">Mv e PA, sendo que nesse estudo quitosanas com elevada <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (9,83x105g/mol) foram obtidas, porém o aumento da temperatura e do tempo de sonicação resultou em quitosanas mais despolimerizadas, e também mais desacetiladas. A seleção das principais variáveis do processo DAIUS, temperatura de reação e do tempo de sonicação, permitiu uma melhor compreensão da variação do <span style=\"text-decoration: overline\">GD e da <span style=\"text-decoration: overline\">Mv, e permitiu a obtenção de quitosanas que apresentaram valores de PA&asymp;1,0, correspondente ao padrão randômico ideal de distribuição de unidades GlcN e GlcNAc. O estudo da cinética da desacetilação da beta-quitina via processo DAIUS revelou a ocorrência de duas etapas bem distintas quantos às suas velocidades, sendo a primeira, atuante nos primeiros 20 minutos, mais rápida (k=29,4 min-1 103) quando comparada com a segunda etapa (k=7,6 min-1 103). As quitosanas geradas no desenvolvimento do estudo cinético do processo DAIUS foram analisadas por difração de raios X, revelando que durante o processo DAIUS ocorre perda de água do retículo cristalino da beta-quitina, fato atribuído à cavitação gerada pela irradiação de ultrassom de alta intensidade. Assim, é proposto que o fenômeno da cavitação, que resulta em importantes alterações morfológicas, reduzindo as dimensões médias das partículas e aumentando sua rugosidade e uniformidade, também atue no interior do retículo cristalino da beta-quitina, resultando na expulsão de moléculas de água e facilitando o acesso do hidróxido de sódio aos grupamentos acetamido da beta-quitina mesmo nos domínios cristalinos. A utilização do ultrassom de alta intensidade na desacetilação de beta-quitina coloca em destaque a obtenção de quitosanas com características controladas. / The main reaction of chitin is the hydrolysis of its acetamido groups, which generates a polymer known as chitosan. The focus of the present study is the development of an efficient, reproductive and versatile process for chitosan production with controlled characteristics. In this sense, the chitin deacetylation assisted by high intensity ultrasound irradiation, called USAD process, was studied. The development of the proposed study was carried out in four steps: i) the extraction, fractionation and characterization of beta-chitin, extracted from squid pens; ii) the chemometric approach, aiming to determine the most important variables of the USAD process; iii) the chemometric approach aiming to the USAD process optimization, employing response surface and iv) the deacetylation kinetics studies of beta-chitin via USAD process. The characterization of the chitosans obtained by the USAD process, supported by factorial design, showed that the intensity of the ultrasound irradiation is the least important variable in the beta-chitin deacetylation, and the temperature and reaction time are the variables that most affect the beta-chitin depolymerization. From this study, chitosans with high <span style=\"text-decoration: overline\">DD (92%) and <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (5.42 x105g/mol) were produced, with acetylation parameter (AP) values close to 1.0, which corresponds to an ideal random pattern of distribution of GlcNAc and GlcN units, suggesting that the USAD process occurs homogeneously. The analysis of response surfaces allowed to observe that the increase of temperature and sonication time generates more deacetylated chitosans, but with lower average molecular weights. This analysis also allowed us to evaluate the effects of USAD process in <span style=\"text-decoration: overline\">DD, <span style=\"text-decoration: overline\">Mv, and AP variations: chitosans with high <span style=\"text-decoration: overline\">Mv (9.83x105g/mol) were obtained, but the increase of temperature and sonication time resulted in more degraded and more deacetylated chitosans. The selection of the main USAD process variables, temperature and sonication time, allowed a better understanding of <span style=\"text-decoration: overline\">DD and <span style=\"text-decoration: overline\">Mv variation, and allowed to obtain chitosan with PA&asymp;1.0, which corresponds to an ideal random pattern of distribution of GlcNAc and GlcN units. The study of beta-chitin deacetylation kinetics via USAD process revealed the occurrence of two stages: the first step, active in the first 20 minutes, is faster (k = 29.4 min-1 103) when compared with the second one (k = 7.6 min-1 103). The chitosans generated in the kinetic study of the USAD process were analyzed by X-ray diffraction, which revealed some water loss in the crystalline structure during the USAD process, which is attributed to the cavitation generated by irradiation of high intensity ultrasound. Thus, it is suggested that the phenomenon of cavitation, which results in significant morphological changes by reducing average particle size and increase uniformity and roughness, also act within the crystalline structure of beta-chitin, resulting in the expulsion of water molecules and facilitating the access of sodium hydroxide to beta-chitin acetamido groups even in the crystalline domains. The use of high intensity ultrasound in deacetylation of beta-chitin highlight the production of chitosans with controlled characteristics.