Notícia
João Eduardo Justi
- Publicado em
03-04-2025
13:00
Antimicrobiano natural pode substituir o ácido sulfúrico nas usinas
Você já ouviu falar em quitosana? A quitosana é um polímero com propriedades bioadesivas, biodegradáveis e potencialmente antimicrobianas, amplamente utilizada em diferentes áreas. Na agricultura, é empregada no combate a pragas e na preservação de produtos agrícolas; na indústria, na fabricação de revestimentos e embalagens biodegradáveis; e no setor farmacêutico, na produção de curativos e no encapsulamento de medicamentos.
Um estudo conduzido no Campus de Araras da UFSCar revelou que a quitosana também pode atuar como um antimicrobiano natural na produção de bioetanol, substituindo o ácido sulfúrico, que atualmente é utilizado para controlar contaminações bacterianas no processo industrial. O mais inovador é que essa pesquisa desenvolveu um método que aproveita o melaço de cana como matéria-prima para a extração da quitina - precursora da quitosana - a partir de resíduos de camarão. Dessa forma, a quitosana pode ser produzida diretamente na usina, alinhando-se ao conceito de economia circular.
"A ideia surgiu quando me propus a estudar novos antimicrobianos, a partir de fontes naturais, para aplicação na indústria do bioetanol. Nessa indústria, para combater a contaminação por bactérias, utiliza-se ácido sulfúrico, que é forte e corrosivo, com potencial de causar acidentes graves durante a sua manipulação. Como há relatos da utilização da quitosana na indústria do vinho para combater contaminantes bacterianos, pensei que talvez pudesse ser uma alternativa também para a produção de bioetanol em substituição ao ácido sulfúrico", conta Sandra Regina Ceccato Antonini, professora do Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Socioeconomia Rural (DTAiSeR) da UFSCar e responsável pelo projeto.
Para os testes, ao invés de comprar a quitosana, a pesquisadora se propôs a produzir o material a partir de resíduos de camarão. O trabalho foi conduzido por Ligianne Din Shirahigue, que à época era estudante de pós-doutorado, sob orientação de Antonini. "Nos inspiramos em um artigo que tinha acabado de ser publicado, em que os autores haviam utilizado uma bactéria produtora de ácido lático, para a fase de bioextração da quitina a partir de resíduos de camarão. Assim, por meio da fermentação lática, com a produção de ácido e enzimas proteolíticas pela bactéria, foi possível extrair a quitina dos resíduos e depois convertê-la em quitosana", relembra a professora.
Nesse momento da pesquisa, elas apresentaram a produção de quitosana, de alto peso molecular, utilizando a primeira etapa biológica e a segunda química (desacetilação da quitina em quitosana). A quitosana obtida tinha atividade antimicrobiana contra bactéria contaminante da fermentação etanólica e pouco efeito sobre a levedura agente da fermentação.
"Prosseguindo os trabalhos, passamos então a substituir o meio de cultura utilizado na fase de fermentação lática, que é um meio rico porém caro, por um subproduto da produção de açúcar, o melaço de cana. E conseguimos fazer a substituição com a mesma eficiência. Em seguida, alteramos o processo de desacetilação para produzir uma quitosana de baixo peso molecular, que é normalmente mais antimicrobiana, e de novo tivemos bons resultados. Testamos a quitosana em uma simulação de processo industrial, em escala de bancada, e a quitosana substituiu o ácido sulfúrico com a mesma eficiência quanto à redução da população bacteriana", descreve Antonini.
Avanços
De acordo com Antonini, extrair quitina por processo biológico - fermentação lática - não é novo. O que é novidade é o uso de melaço de cana em substituição aos meios de cultura semissintéticos e caros. "Além disso, o processo de desacetilação pode ser manejado para produzir quitosana de alto, médio ou baixo peso molecular, dependendo da finalidade. De uma forma geral, quitosana de baixo peso molecular tem maior atividade antimicrobiana, como a que produzimos no processo descrito. Mas conseguimos mostrar que mesmo com essa quitosana é possível produzir filmes e microesferas para outras finalidades, como filmes para embalagens e microesferas para encapsular substâncias, a exemplo de antibióticos ou extratos naturais", completa ela.
Inclusive, o mesmo grupo da UFSCar desenvolveu pesquisa utilizando a quitosana de melaço para cobrir embalagens de papel para café especial. "Tivemos resultados muito bons quanto à melhoria nas características da embalagem quanto na qualidade sensorial do café embalado por ela", destaca Antonini.
Outra novidade é, justamente, a possibilidade de utilização da quitosana na indústria do bioetanol como antimicrobiano. "Estamos agora trabalhando na formulação de um produto e pretendemos testar em escala maior para ver a viabilidade e eficiência do uso. Já fomos contatados por três empresas do setor, uma delas propondo parceria para testar o produto. Mas ainda há um caminho a ser percorrido para a formulação de um produto estável que possa atender às especificidades da indústria do bioetanol", adianta a pesquisadora.
Importância ambiental e econômica dos resultados
"Ainda não fizemos uma avaliação econômica do uso da quitosana na indústria do bioetanol. Estamos concentrados na viabilidade técnica. Em termos ambientais, haverá um ganho substancial pela substituição de um insumo químico perigoso e não-amigável ambientalmente, como o ácido sulfúrico. Além disso, a produção da quitosana envolve o uso de dois resíduos, de camarão e o melaço. A etapa de desacetilação ainda é química, utilizando uma base forte, mas há pesquisas que indicam a possibilidade de usar desacetilação biológica com o uso de enzimas fungicas. É uma outra frente de pesquisa que merece atenção", conclui Antonini.
Um estudo conduzido no Campus de Araras da UFSCar revelou que a quitosana também pode atuar como um antimicrobiano natural na produção de bioetanol, substituindo o ácido sulfúrico, que atualmente é utilizado para controlar contaminações bacterianas no processo industrial. O mais inovador é que essa pesquisa desenvolveu um método que aproveita o melaço de cana como matéria-prima para a extração da quitina - precursora da quitosana - a partir de resíduos de camarão. Dessa forma, a quitosana pode ser produzida diretamente na usina, alinhando-se ao conceito de economia circular.
"A ideia surgiu quando me propus a estudar novos antimicrobianos, a partir de fontes naturais, para aplicação na indústria do bioetanol. Nessa indústria, para combater a contaminação por bactérias, utiliza-se ácido sulfúrico, que é forte e corrosivo, com potencial de causar acidentes graves durante a sua manipulação. Como há relatos da utilização da quitosana na indústria do vinho para combater contaminantes bacterianos, pensei que talvez pudesse ser uma alternativa também para a produção de bioetanol em substituição ao ácido sulfúrico", conta Sandra Regina Ceccato Antonini, professora do Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Socioeconomia Rural (DTAiSeR) da UFSCar e responsável pelo projeto.
Para os testes, ao invés de comprar a quitosana, a pesquisadora se propôs a produzir o material a partir de resíduos de camarão. O trabalho foi conduzido por Ligianne Din Shirahigue, que à época era estudante de pós-doutorado, sob orientação de Antonini. "Nos inspiramos em um artigo que tinha acabado de ser publicado, em que os autores haviam utilizado uma bactéria produtora de ácido lático, para a fase de bioextração da quitina a partir de resíduos de camarão. Assim, por meio da fermentação lática, com a produção de ácido e enzimas proteolíticas pela bactéria, foi possível extrair a quitina dos resíduos e depois convertê-la em quitosana", relembra a professora.
Nesse momento da pesquisa, elas apresentaram a produção de quitosana, de alto peso molecular, utilizando a primeira etapa biológica e a segunda química (desacetilação da quitina em quitosana). A quitosana obtida tinha atividade antimicrobiana contra bactéria contaminante da fermentação etanólica e pouco efeito sobre a levedura agente da fermentação.
"Prosseguindo os trabalhos, passamos então a substituir o meio de cultura utilizado na fase de fermentação lática, que é um meio rico porém caro, por um subproduto da produção de açúcar, o melaço de cana. E conseguimos fazer a substituição com a mesma eficiência. Em seguida, alteramos o processo de desacetilação para produzir uma quitosana de baixo peso molecular, que é normalmente mais antimicrobiana, e de novo tivemos bons resultados. Testamos a quitosana em uma simulação de processo industrial, em escala de bancada, e a quitosana substituiu o ácido sulfúrico com a mesma eficiência quanto à redução da população bacteriana", descreve Antonini.
Avanços
De acordo com Antonini, extrair quitina por processo biológico - fermentação lática - não é novo. O que é novidade é o uso de melaço de cana em substituição aos meios de cultura semissintéticos e caros. "Além disso, o processo de desacetilação pode ser manejado para produzir quitosana de alto, médio ou baixo peso molecular, dependendo da finalidade. De uma forma geral, quitosana de baixo peso molecular tem maior atividade antimicrobiana, como a que produzimos no processo descrito. Mas conseguimos mostrar que mesmo com essa quitosana é possível produzir filmes e microesferas para outras finalidades, como filmes para embalagens e microesferas para encapsular substâncias, a exemplo de antibióticos ou extratos naturais", completa ela.
Inclusive, o mesmo grupo da UFSCar desenvolveu pesquisa utilizando a quitosana de melaço para cobrir embalagens de papel para café especial. "Tivemos resultados muito bons quanto à melhoria nas características da embalagem quanto na qualidade sensorial do café embalado por ela", destaca Antonini.
Outra novidade é, justamente, a possibilidade de utilização da quitosana na indústria do bioetanol como antimicrobiano. "Estamos agora trabalhando na formulação de um produto e pretendemos testar em escala maior para ver a viabilidade e eficiência do uso. Já fomos contatados por três empresas do setor, uma delas propondo parceria para testar o produto. Mas ainda há um caminho a ser percorrido para a formulação de um produto estável que possa atender às especificidades da indústria do bioetanol", adianta a pesquisadora.
Importância ambiental e econômica dos resultados
"Ainda não fizemos uma avaliação econômica do uso da quitosana na indústria do bioetanol. Estamos concentrados na viabilidade técnica. Em termos ambientais, haverá um ganho substancial pela substituição de um insumo químico perigoso e não-amigável ambientalmente, como o ácido sulfúrico. Além disso, a produção da quitosana envolve o uso de dois resíduos, de camarão e o melaço. A etapa de desacetilação ainda é química, utilizando uma base forte, mas há pesquisas que indicam a possibilidade de usar desacetilação biológica com o uso de enzimas fungicas. É uma outra frente de pesquisa que merece atenção", conclui Antonini.