Desenvolvimento de filmes de quitosana insolúveis em meio ácido com actividade antioxidante

Abstract

A quitosana é um polissacarídeo constituído maioritariamente por resíduos de D-glucosamina e, em menor número, por resíduos de N-acetil-D-glucosamina com ligação β-1,4. A quitosana tem a capacidade de formar filmes com capacidade antioxidante mas que são solúveis em soluções ácidas. Neste trabalho procedeu-se ao desenvolvimento de uma metodologia para a produção de filmes com base em quitosana insolúveis em meio ácido e com capacidade antioxidante para poderem ser aplicados no processo de vinificação para a substituição da adição de SO2. Com este objectivo foi optimizada uma metodologia para ligação do ácido cafeico (Caf), composto fenólico com actividade antioxidante, por mecanismo radicalar com recurso a agentes oxidantes como persulfato de potássio (KPS) e o hexanitrocerato (IV) de amónio (CAN). A ligação de ácido cafeico aos filmes de quitosana e filmes híbridos de quitosana com (3-cloropropil)trimetoxissilano (CPTMS), com recurso tanto a KPS como a CAN, deu origem a filmes com baixa capacidade antioxidante. No entanto, a ligação de ácido cafeico à quitosana em solução aquosa de ácido acético 5%, utilizando CAN 60 mM, e posterior formação dos filmes, revelou ser a melhor metodologia para a produção de filmes com actividade antioxidante. Estes filmes foram neutralizados com NaOH e reduzidos com NaBH4 com o intuito de aumentar a sua actividade antioxidante. Os filmes de quitosana com ácido cafeico neutralizados apresentaram uma actividade 40% superior em relação aos filmes de quitosana. No entanto, a redução dos filmes não revelou ser vantajosa no incremento da actividade antioxidante. Como se pretendia que os filmes fossem insolúveis em meio ácido, procedeu- se à adição de genipin, um composto natural que tem a função de crosslinker, pois tem a capacidade de ligar simultaneamente duas cadeias de quitosana, evitando que o filme se solubilizasse em meio ácido. A adição do genipin permitiu obter filmes com uma perda de massa de apenas 5%, permitindo uma diminuição da solubilidade em cerca de 75% em relação aos filmes de quitosana com ácido cafeico. Os filmes de quitosana com ácido cafeico e genipin, para além da reduzida solubilidade, apresentaram também actividade antioxidante 80% superior à do filme de quitosana e 54% à do filme de quitosana com ácido cafeico. A actividade antioxidante superior e baixa solubilidade dos filmes de quitosana com ácido cafeico e genipin, produzidos segundo a metodologia desenvolvida neste trabalho, permite que possam ser testados em vinho como possíveis substitutos da adição de SO2.

Chitosan is a polysaccharide composed by D-glucosamine and, in a small number, by N-acetyl-D-glucosamine residues in β-1,4 linkages. This polysaccharide has the ability to form films with antioxidant capacity but that are soluble in acid solutions. In this work, a methodology was developed to produce chitosan films with antioxidant activity and insoluble in acid solutions in order to be applied in the vinification process as a substitute of sulfur dioxide With this aim, a methodology was optimized to link caffeic acid, a phenolic compound with antioxidant activity, to chitosan, by a radical mechanism using as oxidant agents, potassium persulfate (KPS) and ammonium hexanitrocerate (IV) (CAN). The linkage of caffeic acid to chitosan and (3- cloropropil)trimethoxysilane (CPTMS) hybrid films using both KPS and CAN gave origin to films with very low antioxidant activity. However, when the reaction of caffeic acid and chitosan was performed in aqueous solution of 5% acetic acid, using CAN 60 mM, the films formed presented antioxidant activity. In order to increase their antioxidant activity, these films were neutralized with NaOH and reduced with NaBH4. The neutralized films prepared with caffeic acid presented 40% higher activity than those prepared only with chitosan. However, the reduction of the films did not increment their antioxidant activity. In order to prepare films insoluble in acid medium, genipin, a natural compound with chitosan crosslinking capacity, was added. The use of genipin allowed to obtain films that only loss 5% of their mass in wine model solutions. When compared with the films of chitosan and caffeic acid, it represents a decrease of 75% in films solubility. These films prepared with chitosan, caffeic acid and genipin presented also an antioxidant capacity 80% higher than that observed for the films prepared only with quitosan and 54% than the films prepared with chitosan and caffeic acid. The higher antioxidant activity and lower solubility in acid solutions of the films prepared with chitosan, caffeic acid and genipin allows their use in wine as possible substitutes of sulfur dioxide.