PT807127E

PT807127E - Processo para a preparacao de biopolimeros cationicos de baixa viscosidade

Info

Publication number: PT807127E
Application number: PT96901769T
Authority: PT
Inventors: Rolf Wachter; Bettina Tanabe
Original assignee: Cognis Deutschland Gmbh
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2000-05-31
Also published as: DE59603860D1; ES2141469T3; WO1996023817A1; EP0807127B1; DE19503465A1; AU4621696A; DK0807127T3; EP0807127A1

Description

/

DESCRIÇÃO

"PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE BIOPOLÍMEROS CATIÓNICOS DE BAIXA VISCOSIDADE"

Camoo da invenção A presente invenção refere-se a um processo para a preparação de biopolímeros catíónicos de baixa viscosidade por tratamento de produtos conhecidos de desacetilação da quitina, assim como à utilização dos biopolímeros para a preparação de produtos cosméticos e/ou farmacêuticos.

Estado da técnica

Os quitosanos representam biopolímeros e são incluídos no grupo dos hidrocolóides. Do ponto de vista químico trata-se de quitinas parcialmente desacetiladas com diversos pesos moleculares, que contêm o componente monomérico (I) — idealizado. Ao contrário da maior parte dos hidrocolóides, que, na gama dos valores de pH biológicos, estão carregados negativamente, os quitosanos representam, nestas condições, biopolímeros catiónicos. Os quitosanos carregados positivamente podem ter reacções recíprocas com superfícies carregadas com sinal contrário e, por conseguinte, são utilizados em produtos cosméticos para os cuidados do cabelo e do corpo, mas também como espessantes em misturas tensoactivas. ch2oh HO NH2 CH-0 / \

CH-CH / \

CH-O-CH

CH-CE CH-0 / ch2oh HO NH2 (I)

As revisões da literatura sobre este tema são, por exemplo, as de B. Gesslein.et al., em HAPPI 27, 57 (1990), O. Skaugrud em Drug Cosm. Ind. 148. 24 (1991) e E. Onsoyen et al., em Seifen-Õle-Fette-Wachse 117. 633 (1991).

Para a preparação dos quitosanos parte-se da quitina, de preferência dos restos de cascas de crustáceos, que existem em grande quantidade como matéria prima barata. A quitina, neste caso, habitualmente é primeiro desproteinada por adição de bases, é desmineralizada por adição de ácidos minerais e, por fim, é desacetilada por adição de bases fortes, podendo os pesos moleculares estar repartidos por um vasto espectro. Os respectivos processos para a preparação de quitosano — microcristalino — encontram-se descritos, por exemplo, no documento WO 91/05808 (Firextra Oy) e na Patente EP-B1 0382150 (Hoechst).

Os biopolímeros do tipo descrito possuem, no entanto, vários inconvenientes: são dificilmente solúveis, formam suspensões turvas, em ácidos orgânicos aquosos têm um consistência de gel, frequentemente de viscosidade demasiado alta, e são sensíveis à contaminação microbiana. O complexo problema da presente invenção consistia, por conse-quência, em se descobrir um processo aperfeiçoado para a preparação de biopolímeros catiónicos que fosse desprovido dos inconvenientes apontados.

Descricão da invenção O objecto da presente invenção é um processo para a preparação de biopolímeros catiónicos de baixa viscosidade, com um peso molecular médio de cerca de 10 000 até cerca de 2 000 000 e, de preferência, com um teor de cinzas de menos do que 0,3% em peso, no qual (a) se tratam cascas frescas de crustáceos com ácidos minerais aquosos diluídos, \

(b) se trata o primeiro produto intermédio desmineralizado resultante com soluções aquosas de hidróxidos alcalinos, (c) se trata de novo o segundo produto intermédio levemente desproteinado resultante com ácidos minerais aquosos diluídos, (d) se trata, por fim, o terceiro produto intermédio descalcificado resultante com um hidróxido alcalino aquoso concentrado e, nestas condições, se desacetila até um teor de 0,15 até 0,8 mol de acetamida e em especial 0,2 até 0,25 mol por mol de unidade monomérica, e (e) se submete o quarto produto intermédio desacetilado a um tratamento subsequente a uma temperatura no intervalo de 50 até 100°C e eventualmente a uma pressão de 1,5 até 3,0 bar.

Surpreendentemente, descobriu-se que se podem obter biopolímeros catiónicos que, dissolvidos em ácidos orgânicos, possuem uma viscosidade vantajosamente baixa se se submeterem os produtos de desacetilação de quitina conhecidos, provenientes de animais marinhos, a um tratamento térmico posterior, eventualmente a pressão elevada.

Material a utilizar

Como material a utilizar interessam as cascas de crustáceos, de preferência de caranguejos, de camarão, de camarão pequeno ou de "krilt'. Tendo em consideração a contaminação por endotoxinas e a estabilização antimicrobiana dos produtos finais, revelou-se vantajoso utilizar o material de partida recém-capturado. Isto pode significar, na prática, por exemplo, que os camarões recém-capturados sejam libertos das suas cascas ainda a bordo do navio e aquelas sejam congeladas até à sua reutilização. Como é natural, é igualmente possível congelar toda a captura e prosseguir o tratamento em terra. 4

Desmineralização A desmineralização, como primeiro passo do processo de acordo com a invenção, é particularmente importante, visto que, por esta via, são eliminadas endotoxinas, a desproteinação é substancialmente facilitada e, por fim, constitui a base para a preparação de biopolímeros especialmente pobres em cinzas. A desmineralização é realizada por tratamento das cascas com ácidos minerais aquosos, de preferência com ácido clorídrico diluído, a uma temperatura no intervalo de 15 até 25°C, de preferência a cerca de 20°C, e a um valor de pH de 0,3 até 0,7, de preferência a cerca de 0,5.

Desproteinação A desproteinação é conseguida por tratamento do produto intermédio desmineralizado com soluções aquosas de hidróxidos alcalinos, de preferência com solução de hidróxido de sódio. Este passo é, de preferência, realizado a uma temperatura no intervalo de 50 até 95°C, em especial de 70 a 80°C, e a um pH de 12 até 14.

Descalcificação A descalcificação compara-se, na sua realização, ao passo de desmineralização. Neste caso o produto intermédio, entretanto desproteinado, é também tratado com ácidos minerais aquosos a uma temperatura no intervalo de 15 até 25°C, de preferência a cerca de 20°C, e a um pH de 0,3 até 0,7, de preferência cerca de 0,5. Revelou-se ser vantajoso secar o produto intermédio descalcificado, antes da desacetilação subsequente, até um teor de água residual de 5 até 25% em peso — referido ao produto não desidratado.

Desacetilacão A desacetilação é realizada mediante a utilização de bases concentradas, por exemplo, soda cáustica ou potassa cáustica concentradas, igualmente a uma temperatura no intervalo de 50 até 95°C, em especial de 70 até 98°C, e a um pH de 12 até 14. A degradação é prolongada até à obtenção de um 5

biopolímero com um teor de 0,15 até 0,25 mol de acetamida, de preferência 0,16 até 0,2 mol por mol de componente monomérico. O grau de desacetilação pode ser estabelecido essencialmente através do tempo de reacção, que habitualmente se situa em 1 a 10 horas e de preferência de 2 até 5 horas. Revelou-se ainda vantajoso lavar os produtos intermédios até à neutralidade, antes de cada novo passo do processo.

Tratamento posterior de temoeratura/pressão

Os biopolímeros catiónicos susceptíveis de obtenção de acordo com os passos (a) a (d) do processo representam geles que, na forma de soluções a 2% em peso, por exemplo, em ácido glicólico ou ácido acético, possuem viscosidades segundo Brookfield no intervalo de 20 000 até 30 000 mPa-s. Através de um tratamento posterior a temperaturas elevadas e eventualmente a uma pressão mais alta, a viscosidade pode ser reduzida até ao ponto de se obterem produtos pouco viscosos, com uma viscosidade segundo Brookfield no intervalo de 100 até 2000 mPa-s. Tipicamente, o tratamento térmico posterior tem lugar, por exemplo, numa caldeira com agitação, a temperaturas no intervalo de 50 até 100°C e de preferência 80 até 95°C. Para o tratamento térmico posterior sob pressão recomenda-se a utilização de uma autoclave. No trabalho em autoclave estabelece-se em regra, em função da temperatura, uma pressão autógena no intervalo de 1,5 a 3,0 bar e de preferência cerca de 2 bar. Além-dos biopolímeros catiónicos, podem igualmente ser tratadas em autoclave as soluções em ácidos orgânicos, como por exemplo, ácido acético ou ácido glicólico.

Aplicabilidade industrial

Os biopolímeros catiónicos susceptíveis de obtenção de harmonia com o processo de acordo com a invenção dissolvem-se em ácidos orgânicos, como por exemplo, ácido acético ou ácido glicólico, na forma de soluções límpidas e, por exemplo, na forma de soluções a 2% em peso, distinguem-se por uma viscosidade segundo Brookfield que se situa no intervalo de 100 até 2000 6

mPa-s e de preferência de 200 até 500 mPa-s. Prestam-se, por conseguinte, para a preparação de produtos cosméticos, como por exemplo, produtos para os cuidados da pele e dos cabelos, e, em especial, produtos que são formulados na forma de "sprayá' (aerossóis). Se o tratamento térmico posterior for realizado em autoclaves sob pressão, são obtidos produtos esterilizados que se prestam também, de excelente forma, para a produção de produtos farmacêuticos.

Os exemplos que se seguem servirão para elucidar mais pormenorizadamente o objecto da invenção, sem a limitarem aos mesmos.

Exemplos I. Exemolos de preparação

Exemplo de comparação Cl: (a) 1000 g de cascas de camarão recém-descascado (teor de cinzas 31,8% em peso, referido ao produto seco) foram secas e foram tratadas durante um período de tempo de 12 horas a 18°C com 3000 ml de ácido clorídrico diluído 1 molar, a um valor de pH de 0,5. Em seguida o produto desmineralizado foi lavado até à neutralidade; o teor de cinzas — referido ao peso em seco — era de 0,79% em peso. (b) O produto desmineralizado de (a) foi misturado com solução de hidróxido de sódio a 5% em peso, na proporção ponderai de 1:3, e foi agitado a 70°C durante 2 horas. Em seguida o produto desproteinado foi mantido 18 horas a 30°C. O material resultante foi de novo lavado até à neutralidade; 0 teor de cinzas — referido ao peso em seco — era de 0,6% em peso. (c) O produto desproteinado de (b) foi de novo misturado com ácido clorídrico 1 molar na proporção ponderai de 1:3. O preparado foi agitado ao de leve a 18°C durante cerca de 1,5 horas e em seguida foi lavado até à neutralidade. O produto descalcificado, de coloração levemente rósea, possuía um teor de cinzas — referido ao peso em seco — de 0,08% em 7 7

Λ.Α if- peso, e, antes do processamento subsequente, foi substancialmente liberto da água aderente por expressão. (d) O produto descalcificado de (c) foi misturado, na relação ponderai de 1:4, com solução aquosa a 65% em peso de hidróxido de sódio e foi mantido 4 horas a 95°C. Em seguida o quitosano resultante foi lavado com água até à neutralidade, foi liofilizado e triturado. Foi assim obtido um pó de cor rosa pálido, que se dissolveu em ácido acético a 1% em peso. O grau de acetilação, de acordo com a análise por 1H-RMN, era de 0,17 mol de acetamida/mol de componente monomérico. Os resultados das medições de viscosidade são apresentados no quadro 1.

Exemplo 1: 100 g do gel do biopolímero catiónico de Cl, dissolvido a 1% em peso em ácido glicólico, foram transferidos para um balão de três tubuladuras e foram tratados, durante um período de 24 horas, a uma temperatura elevada de 90°C. Os resultados das medições de viscosidade são apresentados no quadro 1.

Exemplo 2: 100 g do biopolímero catiónico de Cl foram transferidos para uma autoclave e foram tratados, durante um período de 20 minutos, a uma temperatura elevada de 120°C e a uma pressão autógena de 2 bar. Os resultados das medições de viscosidade são apresentados no quadro 1. II. Medições de viscosidade A determinação da viscosidade foi realizada num viscosímetro Brookfield RVT a 20°C (fuso 5, 10 rpm). C, <3*, „Λ ·**

I

8

Quadro 1 viscosidades de geles a 2% em peso

Expl.0 viscosidade mPa-s 1 200 2 1500 Cl 25 000

Lisboa, g „ hâR. 2000

Maria Silvina Ferreira Agente Oficial do Propriedade industria! R, Casiitho. t 1070 LIS80A Tç!§i§, 3351339-33546 13

Claims

1

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a preparação de biopolímeros catiónicos de baixa viscosidade, com um peso molecular médio de cerca de 10 000 até cerca de 2 000 000, no qual (a) se tratam cascas frescas de crustáceos com ácidos minerais aquosos diluídos, (b) se trata o primeiro produto intermédio desmineralizado resultante com soluções aquosas de hidróxidos alcalinos, (c) se trata de novo o segundo produto intermédio levemente desproteinado resultante com ácidos minerais aquosos diluídos, (d) se trata, por fim, o terceiro produto intermédio descalcificado resultante com um hidróxido alcalino aquoso concentrado e, nestas condições, se desacetila até um teor de 0,15 até 0,8 mol de acetamida por mol de unidade monomérica, e (e) se submete o quarto produto intermédio desacetilado a um tratamento subsequente a uma temperatura no intervalo de 50 até 100°C e eventualmente a uma pressão de 1,5 até 3,0 bar.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar como ácido mineral ácido clorídrico diluído.

3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por se utilizar como solução de hidróxido alcalino uma solução de hidróxido de sódio.

4. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por se realizarem os passos (a) e (c) a uma temperatura no intervalo de 15 a 25°C e a um pH de 0,3 até 0,7.

5. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por se realizarem os passos (b) e (d) a uma temperatura no intervalo de 50 a 95°C e a um pH de 12 até 14.

6. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por se secar o produto intermédio descalcificado do passo (c), antes da desacetilação, até um teor de água residual de 5 até 25% em peso.

7. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado por se lavarem os produtos intermédios até à neutralidade, antes de cada novo passo do processo.

8. Utilização dos biopolímeros catiónicos de acordo com o processo de acordo com as reivindicações 1 a 7 para a preparação de produtos cosméticos e/ou farmlcêuticos. Usboa^ _ MAR< 2000