Preparation of water-soluble chitosan via polyphenol conjugation and carboxymethylation: Characterization, antioxidant, and antibacterial properties

O deterioramento dos alimentos é uma batalha constante entre o desejo da natureza de decair e o nosso desejo de preservar. Duas forças primárias impulsionam essa deterioração: o crescimento de bactérias nocivas e a oxidação lenta que torna as gorduras rançosas e as cores opacas. Por décadas, cientistas buscaram no quitosano, um material natural derivado das carapaças de crustáceos, um potencial escudo contra essas forças. O quitosano é biodegradável e possui propriedades inerentes que podem inibir o crescimento microbiano e retardar a oxidação. No entanto, em seu estado natural, este material possui uma limitação significativa: ele não se dissolve bem em água, especialmente quando o ambiente é neutro, o que restringe seu uso em muitas aplicações alimentares baseadas em líquidos ou revestimentos. Para tornar este material promissor verdadeiramente útil, os pesquisadores precisavam encontrar uma maneira de torná-lo solúvel e, simultaneamente, aumentar sua capacidade de combater o deterioramento.

Uma equipe de cientistas da Universidade Prince of Songkhla, na Tailândia, partiu para resolver este problema transformando o quitosano derivado de uma fonte diferente: as canetas de lula. Diferente das carapaças duras e ricas em minerais de caranguejos e camarões, as canetas de lula são um subproduto macio e flexível da indústria de pescados que frequentemente são descartadas. Os pesquisadores primeiro converteram essas canetas em quitosano puro e, em seguida, aplicaram duas estratégias químicas distintas para melhorar o material. A primeira abordagem envolveu a fixação de moléculas de epigalocatequina galato, um poderoso antioxidante encontrado no chá verde, diretamente às cadeias de quitosano. A segunda abordagem envolveu a adição de grupos carboximetila, que são pequenas unidades químicas que atuam como pequenas alças para ajudar o material a interagir com a água. O objetivo era ver qual método, ou se uma combinação de ambos, poderia criar um material solúvel em água que fosse também um combatente superior contra bactérias e oxidação.

Os resultados mostraram que ambos os métodos transformaram o material com sucesso, mas alcançaram isso através de mecanismos diferentes. Quando os pesquisadores fixaram as moléculas de chá verde ao quitosano, o material resultante tornou-se altamente solúvel em água, sendo que a versão contendo a maior quantidade de moléculas de chá verde dissolveu-se quase completamente. Mais importante, esta modificação aumentou dramaticamente a capacidade do material de neutralizar radicais livres prejudiciais e quelar íons metálicos que podem desencadear o deterioramento. O material com o maior número de fixações de chá verde também se tornou um agente antibacteriano significativamente mais forte, particularmente contra um patógeno alimentar perigoso conhecido como Listeria monocytogenes, reduzindo a quantidade de material necessária para interromper o crescimento bacteriano por uma margem considerável. Os pesquisadores descobriram que as moléculas de chá verde não apenas se assentavam na superfície; elas tornaram-se parte da estrutura, fornecendo sítios químicos extras que poderiam doar elétrons e átomos de hidrogênio para deter a oxidação em seu curso.

A segunda estratégia, a adição dos grupos carboximetila, também melhorou o material, embora com um foco diferente. À medida que os pesquisadores aumentavam a quantidade desses grupos fixados ao quitosano, a capacidade do material de se dissolver em água aumentava constantemente, atingindo quase noventa e oito por cento de solubilidade na versão mais fortemente modificada. Esta modificação também melhorou a capacidade do material de combater a oxidação, mas apenas de formas específicas. Tornou-se melhor em neutralizar certos tipos de radicais e em ligar-se a íons metálicos, mas não melhorou a capacidade do material de reduzir íons de ferro, um tipo específico de atividade antioxidante na qual a versão de chá verde se destacou. Além disso, embora o material carboximetil fosse mais solúvel, sua capacidade de matar bactérias foi, na verdade, mais fraca do que a do quitosano original, não modificado. Isso sugere que, embora a adição desses grupos ajude o material a misturar-se com a água, pode interferir ligeiramente na carga elétrica natural que ajuda o quitosano a atacar as paredes celulares bacterianas.

Ao comparar as duas abordagens, o estudo destaca que não existe uma única modificação "melhor"; em vez disso, a escolha ideal depende da necessidade específica. A versão modificada com moléculas de chá verde emergiu como o material bioativo mais potente e completo, oferecendo a proteção mais forte contra a oxidação e o crescimento bacteriano. A versão carboximetila, embora menos potente em matar bactérias, provou ser uma excelente maneira de fazer o material dissolver-se facilmente em água, o que é um requisito crítico para muitas aplicações industriais. Os pesquisadores confirmaram estas alterações estruturais usando técnicas de imagem avançadas que permitiram ver as novas ligações químicas e a presença das moléculas de chá verde dentro do material. Em última análise, este trabalho demonstra que um subproduto da indústria de lulas pode ser transformado em uma ferramenta versátil e solúvel em água para a preservação de alimentos, oferecendo um caminho sustentável para reduzir o desperdício de alimentos e melhorar a segurança alimentar sem depender de produtos químicos sintéticos.