Dias, K. B.et al. 184
Vol. 4, N.3: pp. 184-191, August, 2013 ISSN: 2179-4804
Journal of Biotechnology and Biodiversity
Chitin and chitosan: Characteristics, uses and production current perspectives
Kleydiane Braga Dias1, Diego Pereira da Silva1, Layane Alves Ferreira1, Rodrigo Ribeiro Fidelis1, Jefferson da Luz Costa2, André Luís Lopes da Silva2, Gessiel Newton Scheidt 1*
ABSTRACT
Chitin and chitosan are polysaccharides found in nature, insolubles in water and organic solvents belonging to biomaterials. They are found in various sources such as algae, fungi, and the exoskeletons of arthropods. The first reports to be reported about in 1811 were chitin and chitosan on in 1859 and today are quite Relevant due to its wide range of applications including cosmetic field, environmental, food, pharmaceutical, dental and medical. The countries that top the ranking of the largest investments in research and production related to chitin and chitosan are Japan, followed by the United States, are together the leading researchers, producers and consumers of these polymers. Important features of these polysaccharides reinforce the need for further research for its use as biodegradability, biocompatibility and low toxicity. Thus, increasingly must invest in research on chitin and chitosan in order to provide a better quality of life using natural materials and without harm to the environment. Key-words: Biofilm, biodegradable, biopolymers polysaccharides, Cunninghamella elegans
Quitina e quitosana: Características, utilizações e
perspectivas atuais de produção
RESUMO
Quitina e quitosana são polissacarídeos encontrados na natureza, insolúveis em água e solventes orgânicos, pertencentes aos biomateriais. São encontrados em diversas fontes como algas, fungos e exoesqueleto de artrópodes. Os primeiros relatos a serem descritos a respeito de quitina foram em 1811 e sobre quitosana em 1859 e na atualidade são bastante importantes em virtude de sua ampla gama de aplicações, entre elas área de cosméticos, meio ambiente, alimentícia, farmacêutica, odontológica e médica. Os países que encabeçam o ranking dos maiores investimentos em pesquisas e produção relacionadas à quitina e quitosana são: Japão, seguido dos Estados Unidos, juntos são os maiores pesquisadores, produtores e consumidores destes polímeros. Características importantes destes polissacarídeos reforçam a necessidade de mais pesquisas voltadas para sua utilização, como biodegradabilidade, biocompatibilidade e baixa toxicidade. Assim, cada vez mais se deve investir em pesquisas com quitina e quitosana com o intuito de propiciar melhor qualidade de vida utilizando materiais naturais e sem agressão ao meio ambiente.
Palavras-chave: Biofilme, biodegradável, biopolímeros, polissacarídeos, Cunninghamella elegans .
*Autor para correspondência.
1Departamento de Ciências Agrárias e Tecnológicas; Universidade Federal do Tocantins; 77402-970; Gurupi - TO - Brasil, scheidt@uft.edu.br
2Departamento de Bioprocessos e Biotecnologia, Universidade Federal do Paraná; Curitiba - Brasil .
J. Biotec. Biodivers. v. 4, N.3: pp. 184-191, Aug. 2013
https://doi.org/10.20873/jbb.uft.cemaf.v4n3.dias
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INTRODUÇÃO
A quitina é um polissacarídeo amplamente
encontrado na natureza ficando atrás apenas da celulose. É formada por monômeros de β-(1-4) 2 - acetamido-2-deoxi-D-glicose(N- acetilglicosamina)
é insolúvel em água e solventes orgânicos e apresenta-se após a sua purificação como um pó
amarelado (Rinaudo, 2006; Nitschke, 2011). De acordo com Sales (2008), a quitina pode ser encontrada na parede celular de fungos e leveduras e em exoesqueletos de artrópodes, por exemplo, em caranguejos e camarões. A quitosana também é um polissacarídeo, encontrada de modo natural
em alguns fungos, de modo mais comum como produto da reação de desacetilação da quitina, tendo as suas características similares. A quitina e quitosana são polímeros atóxicos, biodegradáveis, biocompatíveis e produzidos por fontes naturais renováveis.
Os processos de obtenção a partir de fungos apresentam-se como uma alternativa, podendo ser
feito a extração simultânea dos dois polissacarídeos não havendo dependência de fatores estacionais. Além disso, a maioria dos
fungos possuem quitina e quitosana em sua parede
celular, a classe dos Zygomycetos possui em maior quantidade.
Em termos de aplicabilidade as oportunidades e áreas de inserção desses polímeros são amplas,
podendo ser utilizadas para aplicação na produ ção de medicamentos que auxiliam no combate a
obesidade, atuando como espojas de absorção de
gordura no estomago, nas indústrias alimentícias na confecção de fibras dietéticas, fungicida e
bactericida, recobrimento de frutas com biofilmes e no tratamento de efluentes como precursor da
floculação. Deste modo as grandes potencialidades de destes polímeros necessitam uma série
pesquisas que visam cada vez mais propiciar a
produção de bioprodutos que possam ser utilizadosnas mais diversas áreas.
O uso de polímeros naturais à base de quitina -
quitosana para aplicações diversificadas têm sido de vital importância para os avanços
biotecnológicos e apresentam várias vantagens como a sua fácil obtenção, biocompatível e biodegradável. Contudo os polissacarídeos, como uma classe de macromoléculas naturais, têm sua propensão extremamente bioativa, e são geralmente derivados de produtos agrícolas ou de
crustáceos (Azevedoet al., 2007).
O objetivo deste trabalho é realizar uma revisão bibliográfica sobre a as origens, utilização e
caracterização de quitina e quitosana e suas principais aplicações em bioprodutos nas diversas áreas da biotecnologia.
HISTÓRICO
Os relatos de isolamento da quitina pela primeira vez são do ano de 1811 pelo professor francês
Henri Braconnot quando trabalhava com fungos, denominando-a inicialmente como fungina (Matsui, 2007). Outro pesquisador, Odier, em 1823, denominou uma substância insolúvel que conseguiu isolar da carapaça de insetos de quitina. Odier também percebeu que esta mesma
substância encontrava-se na carapaça de caranguejos e suscitou que este poderia ser um material básico presente no exoesqueleto de insetos (Danczuk, 2007). E foi Payen quem detectou a presença de nitrogênio na quitina em 1823 (Antonino, 2007).
Um fato importante a ser destacado é que os pesquisadores daquela época, Odier e Children,
descrevem que o isolamento da quitina foi feito a partir de tratamentos múltiplos com uma solução de hidróxido de sódio concentrado. Mas, é
provável que o material obtido tenha sido
quitosana, pois, como se sabe, ao submeter quitina a meio alcalino concentrado promove- se
desacetilação, obtendo-se quitosana. Entretanto, relatos sobre quitosana só são descritos por Rouget
em 1859, tendo seu nome, quitosana, proposto por Hoppe-Seyler em 1894 quitina em razão de ter
quantidade de nitrogênio igual à quitina original (Antonino, 2007).
Até o início do século XX houve confusão entre
quitina, quitosana e celulose em virtude de serem muito semelhantes. A quitina foi objeto apenas de
pesquisa básica, enquanto a celulose era alvo de investimento científico e tecnológico em razão de
ser bastante explorada na área têxtil (Danczuk ,
2007). A intensificação de estudos e aplicação de quitina passou a ser observada somente por volta de 1970, quando percebeu-se o potencial vasto de
aplicação de suas duas formas, tanto original como desacetilada (Matsui, 2007). Já sua produção
industrial só ocorreu pela primeira vez em 1971 no Japão. Em 1986 o Japão já dispunha de quinze indústrias produzindo os dois polímeros comercialmente (Antonino, 2007).
ASPECTOS FÍSICOS, QUÍMICOS E BIOLÓGICOS DE QUITINA E QUITOSANA
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A quitina tem como características ser polímero natural, linear e insolúvel, sendo o segundo polímero mais abundante na natureza, perdendo
apenas para a celulose (FRANCO, 2005). Entretanto, os biopolímeros quitina e quitosana são
similares á celulose, tendo como única diferença o
substituinte no carbono 2 do anel glicopiranosídeo, isto é, enquanto na celulose há um grupo hidroxila
(OH), na quitina há um grupo ace toamida (NHCOCH3) e na quitosana há um grupo amino (NH2) (Danczuk, 2007).
Assim, a quitina é um polímero de cadeia linear constituído por unidades de N-acetil-2-dioxi-D - glicopiranose, unidas por ligações glicosídicas

β(1,4) (Nitschke, 2011). Algumas caract erísticas são ser biodegradável, ser insolúvel em água e em
alguns solventes orgânicos e não apresentar toxidade (Antonino, 2007). Por apresentar cadeias
polissacarídicas diferentes, a quitina apresenta
diferenças em relação à porcentagem e posição dos grupos acetamida na cadeia e em relação ao tamanho, sendo a única exceção conhecida à
quitina obtida a partir de algas diatomáceas em que as unidades monoméricas são iguais.
A quitina se une em microfibrilas de forma espontânea, sendo as microfibrilas unidas por meio de pontes de hidrogênio. A partir de análise
utilizando difração de raios X, percebe-se o polimorfismo da quitina, tendo três estruturas cristalinas: a, b e c (Silva, 2007) ou α, β e γ
(Antonino, 2007), sendo que as três formas diferem por número de cadeias por célula, grau de hidratação e tamanho das unidades (Silva, 2007).
Como pode ser vista na Figura 1 .

Figura 1- Estrutura química da quitina (Spin-Neto , 2008) .
A α-quitina é a forma mais abundante e mais estável, sendo encontrada no exoesqueleto dos artrópodes onde confere maior rigidez, nessa forma as cadeias poliméricas apresentam-se em disposição antiparalela. Na β-quitina a disposição
é paralela e encontrada nas lulas apresentando
flexibilidade e resistência. Já a γ-quitina aprese nta um misto das duas posições. Se desejado, podem -
se converter as formas β e γ na forma α por meio de tratamento químico adequado, entretanto esta transformação é irreversível (Matsui, 2007). Como
é exemplificado na Figura 2 .
α-quitina β-quitina γ- quitina
Figura 2- Estruturas polimórficas da quitina (Antonino , 2007) .
Segundo Streit (2004), a quitosana é um copolímero biodegradável formado a partir de
unidades β(1,4)-2-amino-2-desoxi-D -
glucopiranose e β(1,4)-2-acetamido-2-desoxi-D - glicopiranose, sendo derivada da quitina. Prepara - se a quitosana através de soluções muito
concentradas de hidróxido de sódio (NaOH, 40 -
50%), o que promove a sua degradação. Nesta reação de hidrólise são removidos todos ou
somente alguns grupos acetila da qui tina, ocorrendo à liberação de grupos amino que ajudam na natureza catiônica da quitosana resultante. São
empregados alguns parâmetros na reação de
desacetilação que podem influenciar na distribuição da massa molar, que são:
concentração, tempo, temperatura e outras condições da atmosfera (Oliveira, 2006).
A quitosana tem três tipos de grupos funcionais reativos, que são dois grupos hidroxil (um
primário e um secundário) e um grupo amino, nas
posições C-2, C-3 e C-6 respectivamente (Figura 3), sendo que os grupos amino livres tem importante papel em relação à solubilidade da
quitosana. O grau de desacetilação apresenta- se
como uma característica muito importante, rotulando o polímero como quitínico ou
quitosânico. Deste modo, à medida que aumenta o grau de desacetilação, aumenta também a solubilidade da quitosana em meio aquoso, atribuindo carga positiva a quitosana, o que favorece as reações com polímeros aniônicos e em
superfícies com carga negativa (Torres, 2009).
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Figura 3 - Estrutura química da quitosana (Spin-Neto , 2008) .
As propriedades biológicas da quitosana estão no fato de serem biocompatíveis e biodegradáveis, sendo degradada por várias enzimas proteolíticas.
Além disso, outras atividades biológicas são características deste polímero como: ativi dade
antioxidante, permitindo complexação com metais e antimicrobiana; anti- colesterolémica,
promovendo interação eletrostática com ácidos
gordos no aparelho digestivo; analgésica, removendo prótons da área inflamada e aumentando o pH e coagulante, sendo apta a parar
hemorragias (Maricato, 2010).
FONTES DE QUITINA E QUITOSANA
A quitina tem vasta distribuição na natureza
constituindo como o principal elemento do exoesqueleto de invertebrados marinhos, podendo
ser encontrada na estrutura de celenterados,
anelídeos, moluscos e artrópodes. Relatos apontam que toda quitina comercial produzida na atualidade provém de carapaças de camarões e caranguejos,
resultantes de resíduos da indústria pesqueira
grande quantidade de quitina nesses crustáceos e de ser a fonte tradicional, algumas limitações são encontradas, como problemas sazonais, poluição
causada pelo descarte de seus resíduos e custos elevados de produção (Silva, 2007) .
Uma alternativa a estes empecilhos de produção é
a extração de quitosana de fungos que contem grandes quantidades deste polímero em sua parede
celular, extraindo tanto de quitina como quitosana
em produção intensiva e em larga escala, independentemente de fatores sazonais (Fai et al.,
2008).
De modo geral a maioria dos fungos possui quitina
em suas estruturas da parede celular, destacando a classe Zygomycetos, divisão Zygomycotina e mais
especificamente, a ordem Mucorales que possui
maiores quantidade deste polimero (Francoet al. , 2005). Alguns exemplos que podem ser citados como estudos com Rhizopusarrhizus (SILVA,
2007), Mucorrouxii, Gongronellabutleri e Rhizopusmicrosporusvar.oligosporus (Streit ,
2004) e Cunninghamellaelegans (Franco, 2004).
A parede celular dos Zygomycetos é composta de
quitina e quitosana simultaneamente, com o objetivo de promover funções de suporte, além de
proteção. Apesar disso, a fonte mais comum é a
desacetilação da quitina proveniente do exoesqueleto de crustáceos, mesmo sendo um
processo que agride e degrada a cadeia polimérica de quitosana (Streit, 2004) .
(Matsui, 2007; Antonino, 2007). A Tabela 1 mostra as principais fontes de extração de quitina:
OBTENÇÃO QUITOSANA
DE
QUITINA
E
Tabela 1. fontes de extração de quitina.
AnimaisMarinhos Inseto Microrganismo s s
Anelídeos Escorpiõe Algas Verdes s
Moluscos Aranhas Leveduras Celenterados Formigas Fungos
Lagosta Besouros Esporos Camarão Algas Marrons
Caranguejo
Krill
Fonte:Fontes de quitina e quitosana adaptadode (BrangeL, 2011) .
O Brasil possui grande potencial hídrico que favorece a indústria de processamento de crustáceos. Somente a produção de camarão, por
exemplo, estima-se que seja de 22 mil toneladas por ano (Assis, 2008). Entretanto, apesar da
A obtenção da quitina baseia-se em três etapas: desproteinização, desmineralização e despigmentação. No processo de desproteinização
há a utilização de solventes como Na2CO3 , Na2SO3, Na2S, NaHCO3, Na3PO4, NaHSO4 , Ca(OH)2, Ca(HSO3), K2CO3, KOH, porém o mais utilizado é o NaOH (Antonino, 2007). Já os
minerais são retirados a partir de concentrações diversas de ácidos como HCl em sua maioria, mas também de H2SO3, HCOOH, H2SO3 e HNO3. Por
fim, os pigmentos encontrados nos crustáceos são
retirados por extração utilizando acetona ou etanol depois de passar pelo processo de desmineralização, ou então submete-os a
tratamentos com NaHSO3, NaClO, H2O2, KMnO4 , Na2S2O4 ou SO2. Após este processo, caracteriza - se a quitina a partir de seu grau de acetilação (GA)
ou desacetilação (1-GA) (Matsui, 2007).
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Para se obter a quitosana de forma tradicional, efetua-se a desacetilação da quitina. Neste processo, os grupamentos acetamido ( -
NHCOCH3) são transformados em grupamentos
amino (-NH2). Quando há remoção dos grupos acetamido, os grupos amino liberados auxiliam na
natureza catiônica da quitosana obtida, que se apresenta como uma mistura de polímeros de
tamanhos variados (Oliveira, 2006). Já na
obtenção da quitosana fúngica, em razão de haver contato com pH alcalino, há remoção de
componentes celulares, inclusive proteínas. Após este processo, separa-se a quitosana de outros
componentes estruturais, quitina e β-glucana. Uma vantagem em se extrair quitosana a partir de
fungos é que esse processo produz menos resíduos
que o tradicional, além de provocar menos agressões à quitosana (Streit, 2004).
APLICAÇÕES DE QUITINA E QUITOSANA
Em razão de suas características e propriedades tão relevantes, os polissacarídeos quitina e quitosana abrangem uma grande área de aplicação (Matsui,
2007). Algumas das características que tornam esses polímeros alvos de interesse são, por exemplo, solubilidade em soluções de ácidos
orgânicos com pH menor que seis e insolubilidade em água, álcool, acetona e ácidos concentrados
(Dallan, 2005), e ainda propriedades
antimicrobianas, biocompatibilidade e biodegradabilidade (Assis et al., 2005). A tabela 2
mostra algumas aplicações do uso de quitina e quitosana .
Tabela 2. Aplicações de quitina e quitosana . Área
Utilização
Indústria de Alimentos
Aditivos alimentares Nutrição animal
Embalagens
Farmacêutica
Agente cicatrizante Aditivo
Liberação controlada de drogas Controle de colesterol Lente de contato
Biomédica
Biomembranas artificiais Sutura cirúrgica
Cosmética
Umectante Fungicida Bactericida
Indústria Têxtil Tratamento de Superfície
Biotecnologia
Imobilização de enzimas células Separação de proteínas
Cromatografia Antibactericida
Fonte: Antonino, ( 2007).
Uma aplicação que se pode citar é no tratamento
apresentaram
potencial
relevante
de
de efluentes industriais, o que se apresenta como uma alternativa viável para problemas ambient ais (Oliveira, 2006).
Franco et al. (2004), realizaram uma pesquisa utilizando quitina e quitosana extraídas da parede celular do fungo Cunninghamella elegans e perceberam que a taxa de biossorção era
dependente da concentração do metal, mas que para os devidos fins, quitina e quitosana
biorremediação de metais pesados em ambientes poluídos.
Outra aplicação na produção de fármacos nas formas de comprimidos, hidrogéis, filmes, microesferas e nanopartículas e também no tratamento de queimaduras, onde esses polímeros atuam formando filmes permeáveis ao oxigênio e à
água; onde este biofime cicatrizante é degradado por uma enzima presente na pele denominada
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lisozima, não havendo a necessidade de retirada, evitando novas lesões à nova pele sintetizada (Maricato, 2010). Outra aplicação da quitosana é
na área odontológica, onde pode apresentar-se na
forma de gel pra tratamento de bolsas periodontais, defeitos infra-ósseos e sítios
fechados; terapia periodontal não cirúrgica e em sítios cirúrgicos (Spin-Neto, 2008). Na
oftalmologia, podem ser utilizados na recuperação
de tecidos que passaram por cirurgias intraoculares, com a vantagem de ser
biodegradável não precisando ser removido em casos de comprometimento da córnea (Shi & Tan,
2004 ).
Potencialmente eficaz na absorção e remoção de gordura no organismos, os polímeros diminuem os níveis de triglicerídeos no sangue e o colesterol ao
absorver as gorduras. Sua atuação baseia-se na dissolução no sistema digestivo formando um gel
de carga positiva; assim, ao entrar em contato com as gorduras ingeridas, que são de carga negativa,
formam um complexo que posteriormente é eliminado intacto pelo organismo que não absorve essas gorduras (Streit, 2004).
Em outro caso, para manter a qualidade dos alimentos oferecidos tem-se substituído os aditivos químicos pelos polímeros quitina e quitosana, que
apresentam baixa toxicidade, sendo seguras e benéficas para os seres humanos (Fai, 2008). São importantes para manter a qualidade dos
alimentos, retardar a perda de água e o amadurecimento, além de não alterar o sabor e ter baixo custo (Maricato,2010). Desse modo, existem algumas aplicações na indústria alimentícia, tais
como: clarificação de sucos, aromas, recuperar
subprodutos; atuando como agente antimicrobiano, estabilizante, emulsificante e antioxidante (Assis , 2008).
CENÁRIO ATUAL
O Japão e Estados Unidos são considerados os principais paises produtores e consumidores desses
polímeros, entretanto, outros países já mostraram interesse e passaram a desenvolver pesquisas e
produção dos polímeros. No Brasil ainda existem poucas publicações na área .
A produção comercial destes polímeros concentram-se na Polônia, Noruega, Índia e Austrália além de Estados Unidos e Japão. O preço é elevado, cerca de US$ 7,5/10g, entretanto a
produção mundial só vem aumentando a cada ano, em decorrência ao grande potencial de aplicação observado (Streit, 2004). Em virtude da grande
aplicação destes polissacarídeos, considera- os como os materiais do século XXI, isso é dos motivos pelo quais o Japão aplica tantos
investimentos em âmbitos científicos e
tecnológicos (Danczuk, 2007). Pelas vantagens apresentadas por esses polímeros, tais como:
biodegradabilidade, abundância na natureza e menor custo, acreditam-se que estes biopolímeros
tomarão o espaço ainda ocupado por outros
materiais, e isso em um curto espaço de tempo (Matsui, 2007).
CONCLUSÕES
São inúmeras as vantagens no investimento em pesquisas voltadas aos polímeros quitina e quitosana. Estes polissacarídeos podem ser utilizados em diversas aplicações tecnológicas, tanto as que são conhecidas quanto às quais ainda não estão elucidadas e que ainda necessitam de pesquisas aprofundadas. Outro fator importante a
ser observado é que em comparação com outros
materiais, estes polímeros apresentam um custo menor de produção, por utilizar materiais mais baratos e não necessariamente importados. Além
disso, a disponibilidade de fontes para extração
destes polissacarídeos é enorme como se pode observar, facilitando ainda mais sua manipulação.
Um fator importantíssimo que não pode ser deixado de lado é o fato da baixa toxidade
apresentada por quitina e quitosana, o que viabiliza ainda mais as pesquisas, na área médica
ou alimentícia, por exemplo. Desse modo, os
benefícios obtidos a partir da extração, produção e comercialização devem ser levados em conta e as
pesquisas devem aumentar a cada dia mais, pois é um potencial que não se pode deixar de lado, e sim
ser estudado e aprofundado para trazer soluções para os problemas existentes e melhorar a
qualidade de vida das gerações atuais e futuras. REFERÊNCIAS
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Recebido: 08/05/201 3 Received: 05/08/201 3
Aprovado: 29/07 /2013 Approved: 07/29/201 3
J. Biotec. Biodivers. v. 4, N.3: pp. 184-191, Aug. 201 3