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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Associative interactions of chitosan with anionic polymers and lipid matrices : Interações associativas da quitosana com polímeros aniônicos e matrizes lipídicas
Title Alternative: Interações associativas da quitosana com polímeros aniônicos e matrizes lipídicas
Author: Rabelo, Renata Santos, 1989-
Advisor: Hubinger, Miriam Dupas, 1957-
Abstract: Resumo: A quitosana (CHI) é um polissacarídeo catiônico, que tem aplicações potenciais na indústria de alimentos como agente antioxidante e antimicrobiano. Porém, a capacidade de interagir fortemente com outros componentes da matriz alimentícia limita a sua aplicação em alimentos. Para que a inserção da CHI em formulações alimentícias possa ser feita, é importante levar em consideração a natureza das interações moleculares envolvidas em sua associação com outras moléculas. Nesta tese, diferentes tipos de titulação (calorimétrica e turbidimétrica), e medidas de potencial zeta, análises térmicas, químicas e reológicas foram utilizadas para investigar as interações moleculares que atuam na formação e estabilidade de sistemas a base de CHI. Especificamente, foram investigadas as interações associativas da CHI na complexação com três diferentes polissacarídeos aniônicos (goma Arábica (GA), alginato de sódio (ALG) e k-carragena (CRG)), e no recobrimento de carreadores lipídicos nanoestruturados, que são nanopartículas sólidas lipídicas. As melhores condições para a complexação dos polímeros e para o recobrimento dos carreadores lipídicos nanoestruturados, bem como características do comportamento térmico de ambos os sistemas foram avaliadas. Observou-se que na complexação da CHI com polissacarídeos aniônicos, o pH, a força iônica, a proporção e a concentração total de polímero foram os principais fatores que influenciaram a separação de fase do sistema. O polissacarídeo sulfatado (CRG) interagiu mais fortemente com a CHI do que os polissacarídeos carboxilados (ALG e GA), e o aumento da força iônica (0 - 100 mM NaCl) resultou em uma redução significativa (p menor ou igual 0,05) da constante de associação (Ka) dos complexos GA:CHI e CRG:CHI. Diferentes proporções de polímero resultaram em variações nos módulos viscoelásticos, G' e G", que seguiram uma tendência paralela à estequiometria de carga dos complexos GA:CHI, ALG:CHI e CRG:CHI. Na condição onde a estequiometria de carga dos complexos foi alcançada, o sistema ALG:CHI, cujos polímeros individuas não gelificam, formou géis fracos no resfriamento, e a extensão da faixa de temperatura de gelificação da CRG foi observada. Os complexos GA:CHI não gelificaram sob nenhuma das condições avaliadas. No recobrimento dos carreadores lipídicos nanoestruturados, a deposição eletrostática da CHI na superfície das partículas promoveu a inversão do potencial zeta das mesmas. A estabilidade de curto e longo prazo dos carreadores lipídicos nanoestruturados foi atribuída a efeitos estéricos e a repulsão eletrostática promovida pelo recobrimento das partículas com CHI. No aquecimento dos carreadores lipídicos nanoestruturados recobertos, interações hidrofóbicas foram favorecidas a temperaturas entre 50-70 ºC, o que preveniu a expulsão do lipídio, e consequentemente a sepação de fase do sistema. Os resultados obtidos para os sistemas avaliados servem de base para o planejamento racional de formulações alimentícias contendo CHI, e incluem observações para o processamento térmico adequado desses alimentos

Abstract: Chitosan (CHI) is a cationic polysaccharide that has potential applications in the food industry as an antioxidant and antimicrobial agent. However, the ability to interact strongly with other components of the food matrix limits its application in foods. In order to insert CHI into food formulations, it is important to take into account the nature of the molecular interactions involved in its association with other molecules. In this thesis, different types of titration (calorimetric and turbidimetric), and zeta-potential measurements, thermal, chemical and rheological analysis were used to investigate the molecular interactions that act in the formation and stability of CHI-based systems. Specifically, the associative interactions of CHI in the complexation with three different anionic polysaccharides (gum Arabic (GA), sodium alginate (ALG) and k-carrageenan (CRG)) and in the coating of nanostructured lipid carriers were investigated. The best conditions for the complexation of the polymers and for the coating of the nanostructured lipid carriers, as well as characteristics of the thermal behavior of both systems were evaluated. It was observed that in the complexation with the anionic polysaccharides, the pH, ionic strength, proportion and total polymer concentration were the main factors that influenced the phase separation of systems. The sulfated polysaccharide (CRG) interacted more strongly with CHI than the carboxylated polysaccharides (ALG and GA), and the increase in the ionic strength (0 - 100 mM NaCl) resulted in a significant reduction (p0.05) of binding constant (Ka) of the GA:CHI and CRG:CHI complexes. The different polymer proportions resulted in variations in the viscoelastic modulus, G' and G", which followed a trend parallel to the charge stoichiometry of the GA:CHI, ALG:CHI and CRG:CHI complexes. In the condition where the charge stoichiometry of the complexes was reached, the ALG:CHI complex, whose individual polymers did not gel, formed weak gels in the cooling, and the extent of the gel temperature range of the CRG was observed. GA:CHI complexes did not gel under any of the conditions evaluated. In the coating of the nanostructured lipid carriers, the electrostatic deposition of the CHI on the surface of the particles promoted the inversion of the zeta potential of the same. The short and long term stability of the nanostructured lipid carriers was attributed to steric effects and the electrostatic repulsion promoted by the coating of particles with CHI. In heating the coated nanostructured lipid carriers, hydrophobic interactions were favored at temperatures between 50-70 ºC, which prevented the expulsion of the lipid, and consequently the phase separation of the system. The results obtained for the systems evaluated serve as a basis for the rational planning of food formulations containing CHI, and include observations for the appropriate thermal processing of these foods
Subject: Separação de fase
Interações moleculares
Nanopartículas lípidicas solidas
Complexo polieletrolítico
Deposição eletrostática
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: RABELO, Renata Santos. Associative interactions of chitosan with anionic polymers and lipid matrices : Interações associativas da quitosana com polímeros aniônicos e matrizes lipídicas . 2019. 1 recurso online ( 187 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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