Propriedades de filmes de quitosano: influência do grau de acetilação e da massa molecular do biopolímero

Abstract

As características estruturais do quitosano dependem de diversos factores, incluindo a origem da quitina de onde é obtido e o método utilizado para essa obtenção. O objectivo deste trabalho foi estudar a influência de duas características estruturais do quitosano, o grau de acetilação e a massa molecular, consideradas como as mais importantes para as propriedades filmogénicas deste biopolímero. Neste trabalho extraiu-se quitina a partir de estiletes de pota (Illex argentinus) sob condições alcalinas. O quitosano foi preparado por desacetilação da quitina num rácio 1:20 (m/v) em 40% NaOH sobre atmosfera de azoto usando diferentes tempos de reacção. Quitosanos com diferentes massas moleculares (Mv;1512-14.04 kDa) foram produzidos por reacção com ácido nitroso, usando diferentes concentrações do agente oxidante. Os quitosanos obtidos foram analisadas por FT-IR, raios-X e RMN- 13C. O estudo do comportamento reológico e da solubilidade dos diferentes quitosanos foi realizado em dois solventes diferentes: ácido acético0.1 mol/L e ácido acético 0.5 mol/L/ cloreto de sódio 0.25 mol/L. Os resultados obtidos mostram que o GA e a Mv influenciam as propriedades dos quitosanos em solução. Prepararam-se filmes de quitosano, com diferentes graus de acetilação e diferentes massas moleculares, por evaporação do solvente (ácido acético 0.1 mol/L) e neutralização com solução diluída de NaOH. Estudaram-se diferentes propriedades dos filmes assim obtidos, incluindo a morfologia, propriedades mecânicas, grau de inchamento, permeabilidade ao vapor de água e opacidade. Os resultados obtidos mostram que as diferentes características do quitosano influenciaram as propriedades dos filmes. A capacidade do filme para se deformar (% de elongação) aumentou à medida que decresce o grau de acetilação. A permeabilidade ao vapor de água e o grau de inchamento aumentam à medida que o grau de acetilação aumenta. A massa molecular, na gama analisada, influencia significativamente o módulo de Young e a elongação das membranas, diminuindo à medida que diminui a massa molecular. A absorção de água e a permeabilidade ao vapor de água aumentam à medida que aumenta a massa molecular. Os valores de permeabilidade obtidos revelam que os filmes de quitosano transmitem moderadamente o vapor de água, quando comparados com polímeros sintéticos e com filmes de proteínas.

The structural characteristics of chitosan depend on several factorssuch as the origin from where the chitin is extracted and the extraction methods. The main objective of this work was to study the influence of two structural characteristics of chitosan: the degree of acetylation (DA) and the molecular weight (Mw), considered the most important for the filmogenic properties of this biopolymer. In this work the chitin was extracted from shortfin squid pens (Illex argentinus) under alkaline conditions. The chitosan was prepared by deacetylation of chitin in a ratio of 1:20 (w/v) in 40% NaOH, under nitrogen atmosphere, using different reaction times. Chitosans with different molecular weight (MW) were produced by reaction with nitrous acid, using different concentrations of this agent. The chitosans were analyzed by FT-IR, 13C-NMR and X-ray diffraction. The solubility and the rheological properties of the different chitosans were evaluated in two different solvents: acetic acid 0.1mol/L and acetic acid 0.5 mol/L/sodium chloride 0.25 mol/L. The results show that the DA and the MW strongly influence the solution properties of the chitosan. Chitosan films were prepared with different degrees of acetylation and different molecular weight by a casting technique using acetic acid (0.1 mol/L) as solvent and neutralizing with dilute NaOH. The properties of the films like the morphology, mechanical properties, swelling index, water vapor permeability (WVP) and opacity were studied. The results obtained show that all film properties were affected by the different chitosan characteristics. The acetylation of the amino group of the glucosamine units was found to have a significant influence on the tensile properties. The film's ability to stretch (% of elongation) increases as the degree of acetylation decreases. The WVP and the swelling index increases as the DA increases. The MW, within the range analyzed, showed a significant influence on the Young's modulus and elongation of the membranes; the higher the molecular weight the higher was the elongation and the rigidity of the membranes (Young’s modulus). The WVP and the swelling index were also affected by the MW; both properties increase as the MW increases. The values of WVP determined for the chitosan membranes show that they moderately transmit water vapor when compared to synthetic and proteins membranes.