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Carla Noello

Campinas-SP

2016

OBTENÇÃO DE EMULSÕES MULTICAMADAS DE ÓLEO DE

CHIA (Salvia Hispânica L.) ESTABILIZADAS POR CONCENTRADO

PROTEICO DE SORO DE LEITE/PECTINA

MICROENCAPSULADAS EM SPRAY DRYER

CARLA NOELLO

OBTENÇÃO DE EMULSÕES MULTICAMADAS DE ÓLEO DE CHIA

(Salvia Hispânica L.) ESTABILIZADAS POR CONCENTRADO

PROTEICO DE SORO DE LEITE/PECTINA MICROENCAPSULADAS

EM SPRAY DRYER

Dissertação apresentada à Faculdade de

Engenharia de Alimentos da Universidade

Estadual de Campinas como parte dos requisitos

exigidos para a obtenção do titulo de Mestra em

Engenharia de Alimentos.

Orientador: Profª Drª Míriam Dupas Hubinger

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO

FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA

ALUNA CARLA NOELLO E ORIENTADA PELA

PROFª DRª MÍRIAM DUPAS HUBINGER

Campinas-SP

2016

iv

BANCA EXAMINADORA

Profª Drª Míriam Dupas Hubinger

Orientadora – FEA/UNICAMP

Profª Drª Carolina Siqueira Franco Picone

Membro titular – UNICAMP

Profª Drª Izabela Dutra Alvim

Membro titular – ITAL/CAMPINAS

Profª Drª Carmem Sílva Fávaro Trindade

Membro suplente - FZEA/USP

Profª Drª Vera Maria Rodrigues

Membro suplente – Universidade de Passo Fundo(UPF)

A ata de defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida

acadêmica do aluno.

v

“Não se revolte e nem apresente resistência ao

enfrentar infortúnio pense que a árvore que se

verga ao vento durante a tempestade continuará

em pé no meio daquelas que foram arrancadas por

não terem se dobrado”.

Autor desconhecido

vi

Agradecimentos

Dedico este trabalho aos meus pais, Nélio

e Olivia, minha irmã Eduarda e ao meu

amor Leomar, por todo amor, incentivo e

apoio integral.

vii

Agradecimentos

AGRADECIMENTOS

Eu gostaria primeiramente de agradecer a Deus por me dar a possibilidade de estar realizando

todos os meus sonhos, por estar sempre ao meu lado me abençoando em cada passo da minha

caminhada.

Aos meus pais, Nélio e Olivia que estão sempre ao meu lado, me apoiando e incentivando em

todas as minhas decisões, mesmo que estas não nos permitam estarmos perto fisicamente, mas

estamos sempre unidos pelo amor incondicional.

À minha irmã Eduarda, por todos os momentos em que me apoiou e assumiu as

responsabilidades e dificuldades durante esses dois anos em que estive distante. Pelo

incentivo, companheirismo e amor. Ao meu cunhado Henrique que sempre esteve ao lado da

minha família dando apoio nos momentos que precisamos.

Ao meu amor Leomar, além de suportar a distância nesses dois anos esteve sempre ao meu

lado nos momentos mais difíceis, me apoiando e incentivando para realizar os meus sonhos.

Quero que saiba que o meu amor por você só se fortalece a cada dia.

À minha amiga Caroline, que nesses dois anos de muita convivência foi a minha segunda

família. Obrigada por estar ao meu lado em todos os momentos em que acreditava que nada

daria certo, por todo apoio, companheirismo, choros, risos e pelos momentos de muito

trabalho e também de descontração.

À amiga Fernanda, amizade desenvolvida no mestrado e que vou levar pelo resto da minha

vida. Obrigada por estar sempre presente em todos os momentos em que precisei, pelas

risadas, festas e todos os momentos em que vivenciamos.

Às amigas Larissa, Heloisa e Tanara, por todo apoio, amizade e contribuição na minha

adaptação em Campinas, pelas festas, risadas e momentos de descontração e também pelos

conselhos.

À amiga Gabriela, que conheci na metade do mestrado e que se tornou uma amiga muito

especial, obrigada por estar sempre disposta a ajudar e colaborar com a minha estadia em

Campinas.

viii

Agradecimentos

À professora Miriam Dupas Hubinger, pela orientação, compreensão e confiança no meu

trabalho.

Às colegas Ana Gabriela e Vanessa, pelo auxilio, conselhos e ensinamentos, sempre

contribuindo para a melhor realização deste trabalho, além da amizade e disponibilidade.

Às colegas de laboratório Vivian, Mariana, Renata, Fernando, Nirse e Eliana, pelos momentos

de muito trabalho e descontração.

Ao amigo Guilherme, por todos os ensinamentos e concelhos.

Ao apoio financeiro da FAPESP e ao CNPq pela bolsa de mestrado.

Aos funcionários, professores e alunos do Departamento de Engenharia de Alimentos e do

Laboratório de Engenharia de Processos pelo auxilio e disponibilidade que tornou possível a

realização deste trabalho.

À professora Carolina Siqueira Franco Picone, professora Izabela Dutra Alvim, Carmem

Fávaro Trindade e Vera Maria Rodrigues pelas contribuições para melhoria do meu trabalho,

por meio de sugestões, correções e por aceitarem participar da minha banca.

E, finalmente, a todas as pessoas que de forma direta ou indireta contribuíram para a

realização do meu trabalho.

Enfim,

Muito Obrigado!

ix

Resumo

RESUMO

O óleo da semente de chia possui elevado teor de ácido α-linolênico (60%) e ácido

linoleico (30%). A aplicação deste óleo em diferentes produtos é limitada devido ao seu

estado líquido, além da presença de insaturações que fazem com que seja facilmente oxidado

quando em contato com o oxigênio. Neste contexto, para facilitar a aplicação do óleo de chia

em produtos alimentícios e aumentar a sua proteção contra a oxidação, pretendeu-se neste

trabalho produzir emulsões estabilizadas por multicamadas e camada simples e realizar o

processo de secagem por spray drying, obtendo assim, um produto em pó com maiores

possibilidades de aplicações quando comparado com o óleo em estado líquido. Como agente

estabilizante foram utilizados concentrado proteico de soro de leite, uma proteína de caráter

catiônico quando em pH 3,8 e pectina, polissacarídeo de caráter aniônico, além de materiais

de parede como maltodextrina 10DE e amido modificado Hi-Cap® 100. As emulsões

estabilizadas por concentrado de soro de leite e pectina foram obtidas através da técnica de

estabilização por atração eletrostática de cargas opostas entre o concentrado proteico de soro

de leite e pectina. Para a definição do processo de homogeneização das emulsões foi realizado

um estudo de densidade energética, onde foram avaliados diferentes tempos e velocidades de

homogeneização em rotor-estator e diferentes níveis de pressão e número de passes em

homogeneizador de alta pressão, a fim de obter emulsões estáveis com menores gastos

energéticos. As emulsões foram caracterizadas em relação à densidade de carga superficial,

distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota, microscopia ótica, estabilidade e

comportamento reológico. Foi possível diminuir o gasto energético na obtenção de emulsões

estáveis estabilizadas por somente concentrado proteico de soro de leite e por concentrado

proteico de soro de leite e pectina em torno de 70% e 20%, respectivamente. As emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, adicionadas de maltodextrina

10DE e as emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite adicionadas de Hi-

Cap® 100 foram submetidas ao processo de secagem em spray dryer a 170

oC. As

micropartículas obtidas foram caracterizadas em relação ao conteúdo de umidade, atividade

de água, distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas, microestrutura e

estabilidade oxidativa, sendo esta avaliada pelo tempo de indução, realizada pelo método

Rancimat. As micropartículas obtidas apresentaram diâmetro médio entre 7,00 e 9,00 μm e

alta eficiência de encapsulação, acima de 99%. Foi observado pela análise de microestrutura

que as partículas constituídas de maltodextrina 10DE apresentaram superfície rugosa,

x

Resumo

diferentemente das partículas obtidas com Hi-Cap® 100 que mostraram aspecto liso, porém

em nenhuma das amostras foi verificada a presença de rachaduras. O processo de

encapsulação foi eficiente para o óleo de chia, pois as micropartículas apresentaram um maior

tempo de indução, quando comparadas ao óleo puro.

Palavras-chave: óleo de chia, emulsão multicamada, estabilidade oxidativa, spray dryer

xi

Abstract

ABSTRACT

Chia seed oil has a high content of α-linolenic acid (60%) and linoleic acid (30%). The

application of this oil in various products is limited due to its liquid state and to unsaturation

that is easily oxidized when in contact with oxygen. In this context, to facilitate the

implementation of chia oil in food products and increase their protection against oxidation,

the aim of this study was to produce emulsions stabilized by multilayer and single layer and

perform the drying process by spray drying, thereby obtaining a powdered product with

higher use possibilities compared to the liquid oil. Whey protein concentrate was used as

stabilizing agent, a protein with cationic character at pH 3.8 and pectin, a polysaccharide of

anionic character, as well as wall materials as maltodextrin 10DE and starch modified Hi-

CAP® 100. Emulsions stabilized by whey protein concentrate and pectin were obtained by

the stabilization technique of electrostatic attraction of opposite charges between the whey

protein concentrated and pectin. For the selection of the emulsion process homogenization,

energy density was measured at different times and mixing speeds of rotor-stator and different

levels of pressure and number of passes in the high-pressure homogenizer, to obtain stable

emulsions with lower energy consumption. The emulsions were characterized for surface

charge density, size distribution and average droplet size, optical microscopy, stability and

rheological behavior. It was possible to decrease the energy consumption from 70% and 20%,

respectively, for obtaining stable emulsions stabilized only with whey protein concentrate

(WPC) and WPC and pectin. Emulsions stabilized by whey protein concentrate and with

added pectin and maltodextrin 10DE and emulsions stabilized by whey protein concentrate

added with Hi-CAP® 100 were subjected to the drying process in spray dryer at 170 ° C.

Microparticles were characterized in relation to moisture content, water activity, size

distribution and average particle diameter, microstructure and oxidative stability, which was

evaluated by the induction time held by the Rancimat method. Microparticles had an average

diameter between 7.00 and 9.00 μm and high encapsulation efficiency, above 99%. The

particles produced with maltodextrin 10DE showed rough surface, unlike the particles

produced with Hi-CAP® 100 which presented smoothness, but none of the samples showed

the presence of cracks. Encapsulation process was effective for chia oil wherein the

microparticles showed a bigger induction period when compared to the pure oil.

Keywords: chia oil, multilayer emulsion, oxidative stability, spray dryer

xii

Lista de Figuras

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Sementes de chia (Salvia Hispanica L.). Fonte: Thinkstock/Getty Images .............. 25

Figura 2 Processo de formação de emulsões multicamadas (GUZEY e MCCLEMENTS,

2006a) .................................................................................................................................. 30

Figura 3 Representação esquemática da obtenção de emulsões utilizando dois métodos de

homogeneização. Fonte: McClements (2005). ...................................................................... 32

Figura 4 Representação esquemática do homogeneizador rotor-estator. Fonte: Maa e Hsu

(1996) .................................................................................................................................. 33

Figura 5 Três diferentes tipos de estrutura de microcápsulas. Fonte: Adaptado de LAKKIS

(2007) .................................................................................................................................. 35

Figura 6 Diagrama de fluxo das etapas de preparação das emulsões de óleo de chia em água

............................................................................................................................................ 44

Figura 7 Spray dryer Büchi utilizado nos processos de secagem .......................................... 50

Figura 8 Influência do pH sobre o potencial zeta das dispersões de WPC e pectina ............. 56

Figura 9 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC em diferentes

concentrações, (A) 0,5%, (B) 1% e (C) 2% homogeneizadas em alta pressão a 350 bar com 1

passagem ............................................................................................................................. 57



passagens ............................................................................................................................. 58

Figura 11 Distribuição de tamanho de gota das emulsões obtidas com diferentes

concentrações de WPC e passagens em homogeneizador de alta pressão. (A) emulsão

estabilizada com 0,5% de WPC, (B) emulsão estabilizada com 1,0% de WPC e (C) emulsão

estabilizada com 1,5% de WPC. Linha tracejada : 1 passe (pressão 350 bar) e linha continua:

3 passes (pressão 350 bar). ................................................................................................... 62



estabilizada com diferentes concentrações de WPC submetidas a 1 passagem em

homogeneizador de alta pressão e (B) emulsão estabilizada com diferentes concentrações de

WPC submetidas a 3 passagens em homogeneizador de alta pressão (--- 0,5%, ..... 1,0% e ___

2,0%) ................................................................................................................................... 63

Figura 13 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de

leite em diferentes concentrações e óleo de chia, homogeneizadas em alta pressão a 350 bar

com 1 passagem: 0,5% (A), 1,0% (B) e 2,0% (C), aumento de 100x .................................... 64



com 3 passes: 0,5% (A), 1,0% (B) e 2,0% (C), aumento de 100x.......................................... 65

Figura 15 Curva de escoamento das emulsões nas diferentes concentrações de WPC .......... 69

Figura 16 Curva de escoamento da fase inferior das emulsões nas diferentes concentrações de

WPC .................................................................................................................................... 70

Figura 17 Curva de viscosidade para as diferentes concentrações de WPC .......................... 71

xiii

Lista de Figuras

Figura 18 Curva de viscosidade da fase inferior das emulsões nas diferentes concentrações de

WPC .................................................................................................................................... 72

Figura 19 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de

soro de leite-pectina em diferentes concentrações de pectina: 0,25% (A), 0,5% (B) e 1,0% (C)

............................................................................................................................................ 74


concentrações de pectina ...................................................................................................... 76

Figura 21 Microscopia ótica das emulsões formada por WPC 0,5% e diferentes

concentrações de pectina: 0,25% (A), 0,5% (B) e 1,0% (C), aumento de 100x...................... 77

Figura 22 Curva de escoamento das emulsões estabilizadas por WPC-pectina nas diferentes


Figura 23 Curva de viscosidade das emulsões estabilizadas por WPC-pectina nas diferentes


Figura 24 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas nos diferentes tempos de

homogeneização em rotor estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C)

............................................................................................................................................ 83

Figura 25 Distribuição de tamanho de gotas das emulsões estabilizadas por WPC obtidas

com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em

rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm

em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000

rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ........................ 84

Figura 26 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com diferentes

tempos de homogeneização em rotor-estator: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator +

350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm em rotor-

estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000 rpm em

rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x.......... 85

Figura 27 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas nas diferentes velocidades de

homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm

(ES2.C) ................................................................................................................................ 87


com diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: ES2.A: 1 min/12.000 rpm

em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.B: 1 min/16.000

rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.C: 1

min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão....... 89


velocidades de homogeneização em rotor-estator: (A) ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-

estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES2.B: 1 min/16.000 rpm

em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES2.C: 1

min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão,

aumento de 100x .................................................................................................................. 90

Figura 30 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas com diferentes pressões de

homogeneização em alta pressão: 250 bar (ES3.A), 350 bar (ES3.B) e 450 bar (ES3.C) ....... 92

xiv

Lista de Figuras


com diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: ES3.A: 1 min/12.000 rpm em





níveis de pressão de homogeneização em alta pressão: (A) ES3.A: 1 min/12.000 rpm em

rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES3.B: 1 min/12.000

rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES3.C: 1


aumento de 100x .................................................................................................................. 95

Figura 33 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas em diferentes passagens de

homogeneização em alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens

(ES4.C) ................................................................................................................................ 97


com diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão: ES4.A: 1 min/12.000 rpm em





passagens em homogeneizador de alta pressão: (A) ES4.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator

+ 250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES4.B: 1 min/12.000 rpm em

rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES4.C: 1 min/12.000

rpm em rotor-estator + 250bar/7passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x

.......................................................................................................................................... 100

Figura 36 Curvas de escoamento das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com diferentes

níveis energéticos ............................................................................................................... 104

Figura 37 Curva de viscosidade versus taxa de deformação das emulsões estabilizadas por

WPC obtidas com diferentes níveis energéticos .................................................................. 105

Figura 38 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC-pectina obtidas em

diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/ 3 passagens

(EDS5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem

(ED5.D) ............................................................................................................................. 107

Figura 39 Distribuição de tamanho das gotas de emulsões estabilizadas por WPC-pectina

obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/3

passagens(ED5.A), 250 bar/3 passagens(ED5.B), 150 bar/1 passagem(ED5.C) e 250 bar/1

passagem(ED5.D) .............................................................................................................. 109

Figura 40 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC-pectina obtidas em

diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: (A)150 bar/ 3 passagens

(ED5.A), (B)250 bar/ 3 passagens (ED5.B), (C)150 bar/1 passagem (ED5.C) e (D)250 bar/ 1

passagem (ED5.D). aumento de 100x ................................................................................. 110

Figura 41 Curva de escoamento reológico das emulsões estabilizadas por WPC-pectina

obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/ 3

xv

Lista de Figuras

passagens (ED5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1

passagem (ED5.D) ............................................................................................................. 113


WPC-pectina btidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão:

150 bar/3 passagens(ED5.A), 250 bar/3 passagens(ED5.B), 150 bar/1 passagem(ED5.C) e

250 bar/1 passagem(ED5.D) .............................................................................................. 114

Figura 43 Avaliação da estabilidade de emulsões estabilizadas por WPC. (A) Maltodextrina

10 DE e (B) Hi-Cap® 100 ................................................................................................... 117

Figura 44 Avaliação da estabilidade de emulsões estabilizadas por WPC-pectina. (A)

Maltodextrina 10 DE e (B) Hi-Cap® 100 ............................................................................ 118

Figura 45 Distribuição de tamanho de gotas das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais................................................................................................................ 120

Figura 46 Microscopia ótica das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede

adicionais. Simples+HiCap (A) e Dupla+maltodextrina (B) ............................................... 121

Figura 47 Curva de escoamento das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede

adicionais ........................................................................................................................... 124

Figura 48 Curva de viscosidade versus taxa de deformação das emulsões obtidas com

diferentes materiais de parede adicionais ............................................................................ 124

Figura 49 Distribuição de tamanho das partículas estabilizadas por WPC e WPC-pectina . 128

Figura 50 Microestrutura externa das micropartículas estabilizadas por WPC adicionada de

Hi-Cap® 100 (A) e estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE (B) com

aumento de 2.000 vezes ..................................................................................................... 131



aumento de 7.000 vezes ..................................................................................................... 132

Figura 52 Microestrutura interna das micropartículas estabilizadas por WPC adicionada de

Hi-Cap®

100 (A) e estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE(B) com

aumento de 7000 vezes ...................................................................................................... 134

xvi

Lista de Tabelas

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composição da emulsão estabilizada por WPC-pectina ......................................... 43

Tabela 2 Ensaios realizados com diferentes níveis energéticos para obtenção de emulsão

estabilizada por WPC ........................................................................................................... 45

Tabela 3 Ensaios realizados com diferentes níveis energéticos para obtenção da emulsão

estabilizada por WPC-pectina .............................................................................................. 46

Tabela 4 Composição da emulsão estabilizada por WPC ..................................................... 47

Tabela 5 Características e especificações do óleo de semente de Chia ................................. 54

Tabela 6 Composição dos ácidos graxos do óleo de semente de chia (Salvia hispânica L.) .. 55

Tabela 7 Densidade de carga superficial das dispersões de maltodextrina 10DE, HiCap® 100,

WPC e pectina em pH 3,8 .................................................................................................... 56

Tabela 8 Diâmetro médio de gota, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) das emulsões obtidas com

diferentes concentrações de WPC e diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão

............................................................................................................................................ 60

Tabela 9 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por concentrado proteico

de soro de leite (WPC) em diferentes concentrações e passagens em homogeneizador de alta

pressão ................................................................................................................................. 66

Tabela 10 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais das emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite ao modelo da Lei da Potência, modelo

de Herschel-Bulkley(HB) e ao modelo Newtoniano ............................................................. 68

Tabela 11 Valores de viscosidade obtidos para as diferentes emulsões ................................ 71

Tabela 12 Tensão interfacial entre a fase oleosa e diferentes concentrações de WPC na fase

aquosa .................................................................................................................................. 72

Tabela 13 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões obtidas com

diferentes concentrações de pectina ...................................................................................... 75

Tabela 14 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-pectinaobtidas

com diferentes concentrações de pectina .............................................................................. 77

Tabela 15 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais das emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite ao modelo da Lei da Potência, modelo

de Herschel-Bulkley e ao modelo Newtoniano ..................................................................... 79

Tabela 16 Valores de viscosidade obtidos para as diferentes emulsões ................................ 80

Tabela 17 Diâmetro médio de gota, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) das emulsões estabilizadas

por WPC obtidas com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: 1 minuto

(ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C)................................................................. 83

Tabela 18 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com

diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B)

e 5 minutos (ES1.C) ............................................................................................................. 86


por WPC obtidas com diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: 12.000

rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C) .................................................... 88

xvii

Lista de Tabelas


diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm

(ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C) ............................................................................................. 91


por WPC obtidas com diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: 250 bar

(ES3.A), 350 bar (ES3.B) e 450 bar (ES3.C) ........................................................................ 93


diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: 250 bar(ES3.A), 350 bar (ES3.B) e

450 bar (ES3.C) ................................................................................................................... 96


por WPC obtidas com diferentes passagens no homogeneizador de alta pressão: 3 passagens

(ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens (ES4.C) ........................................................... 98


diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens

(ES4.B) e 7 passagens (ES4.C) .......................................................................................... 101

Tabela 25 Densidade energética total utilizada em cada etapa do estudo para obtenção de

emulsões estabilizadas por WPC ........................................................................................ 102

Tabela 26 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais ao modelo da

lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB) das emulsões estabilizadas por WPC e

obtidas nos diferentes níveis energéticos ............................................................................ 103

Tabela 27 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões estabilizadas

por WPC-pectina obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta

pressão: 150 bar/ 3 passagens (ED5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem

(ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem (ED5.D) ............................................................................ 108

Tabela 28 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-pectina



passagem (ED5.D) ............................................................................................................. 111


lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB) das emulsões estabilizadas por WPC-

pectina e obtidas nos diferentes níveis energéticos ............................................................. 112

Tabela 30 Densidade energética total utilizada em cada etapa do estudo para obtenção de

emulsões estabilizadas por WPC-pectina ............................................................................ 115


diferentes materiais de parede adicionais ............................................................................ 119

Tabela 32 Densidade de carga superficial das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais................................................................................................................ 122


lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB) das emulsões obtidas com diferentes

materiais de parede adicionais ............................................................................................ 123

Tabela 34 Conteúdo de umidade (%b.u.) e atividade de água (aw) das micropartículas

estabilizadas por WPC e WPC-pectina ............................................................................... 126

Tabela 35 Diâmetro médio das micropartículas estabilizadas por WPC e WPC-pectina ..... 127

xviii

Lista de Tabelas

Tabela 36 Eficiência de encapsulação das micropartículas estabilizadas por WPC e WPC-

pectina ............................................................................................................................... 129

Tabela 37 Tempo de indução obtido pelo método Rancimat para as micropartículas

estabilizadas por WPC-pectina e por WPC e o óleo de chia como controle ......................... 135

xix

Sumário

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ............................................................................ 21

2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 23

2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................ 23

2.2 Objetivos específicos .................................................................................................. 23

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................... 25

3.1 Chia (Salvia Hispanica L.) .......................................................................................... 25

3.1.1 Óleo de chia ......................................................................................................... 26

3.2 Emulsões .................................................................................................................... 27

3.2.1 Emulsão multicamada ou camada por camada ...................................................... 28

3.3 Avaliação de densidade energética na obtenção de emulsões ...................................... 32

3.3.1 Técnicas de homogeneização................................................................................ 32

3.4 Microencapsulação por spray dryer ............................................................................. 34

3.4.1 Agentes Encapsulantes ......................................................................................... 36

3.4.2 Oxidação .............................................................................................................. 38

4 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................ 39

4.1 Materiais .................................................................................................................... 39

4.1.1 Óleo de chia - Ativo ............................................................................................. 39

4.1.2 Agentes estabilizantes e material de parede .......................................................... 39

4.2 Métodos...................................................................................................................... 39

4.2.1 Caracterização do óleo de Chia (Salvia hispânica L.) ........................................... 39

4.2.2 Análise da densidade de carga superficial dos agentes estabilizantes e materiais de

parede para definição de pH de trabalho das emulsões .................................................. 41

4.2.3 Ensaios Preliminares ............................................................................................ 42

4.2.4 Obtenção das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite -

pectina .......................................................................................................................... 43

4.2.5 Obtenção das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite .... 46

4.2.6 Caracterização das emulsões formadas ................................................................. 47

4.2.7 Secagem por atomização ...................................................................................... 49

4.2.8 Eficiência de encapsulação ................................................................................... 50

4.2.9 Caracterização das partículas obtidas no processo de secagem .............................. 51

4.2.10 Estabilidade oxidativa ........................................................................................ 52

4.3 Análise de resultados .................................................................................................. 53

xx

Sumário

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................................... 54

5.1 Caracterizaçao do óleo de semente de chia (Salvia Hispânica L.)................................ 54

5.2 Densidade de Carga superficial ................................................................................... 55

5.3 Ensaios preliminares ................................................................................................... 57

5.3.1 Caracterização das emulsões simples produzidas com diferentes concentrações de

WPC ............................................................................................................................. 57

5.3.2 Caracterização das emulsões dupla camada produzidas com diferentes

concentrações de pectina ............................................................................................... 73

5.4 Estudo da densidade energética ................................................................................... 81

5.4.1 Avaliação da densidade energética na obtenção de emulsões estabilizadas por

concentrado proteico de soro de leite............................................................................. 81


concentrado proteico de soro de leite-pectina .............................................................. 106

5.5 Caracterização das emulsões para o processo de secagem ......................................... 116

5.5.1 Estabilidade........................................................................................................ 116

5.5.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota ............................................. 118

5.5.3 Microscopia ótica ............................................................................................... 121

5.5.4 Densidade de carga superficial ........................................................................... 121

5.5.5 Comportamento reológico .................................................................................. 122

5.6 Processo de Secagem ................................................................................................ 126

5.6.1 Conteúdo de umidade e atividade de água .......................................................... 126

5.6.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas .................................... 127

5.6.3 Eficiência de encapsulação ................................................................................. 129

5.6.4 Morfologia das partículas ................................................................................... 129

5.6.5 Estabilidade oxidativa ........................................................................................ 135

6 CONCLUSÃO ............................................................................................................... 138

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................................ 140

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 141

21

Introdução e Justificativa

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

A semente de chia (Salvia hispânica L.) é conhecida devido ao seu elevado valor

nutricional e seu consumo pode trazer benefícios à saúde. Corresponde a uma semente

originária do sul do México, é composta basicamente de óleo, fibra e proteínas. O óleo da chia

é rico em ácidos graxos poli-insaturados fonte de ômega 3, por isso vem sendo amplamente

utilizado como enriquecedor em produtos de origem animal e de panificação (MARTÍNEZ-

CRUZ e PAREDES-LÓPEZ, 2014). Nos últimos anos, o aumento da demanda por produtos

alimentícios nutritivos e saudáveis tem feito com que a indústria alimentícia enfoque com

muito mais atenção sua pesquisa e desenvolvimento em produtos desta natureza

(ABERKANE, ROUDAUT e SAUREL, 2014).

O óleo de chia é constituído por aproximadamente 59,9 a 63,2% de ácido α-linolênico

e 18,9 a 20,1% de ácido linoleico, ácidos graxos poli-insaturados (PUFAs) ômega 3 e 6. A

principal razão da inserção de alimentos ricos em ω-3 PUFAs na dieta é devido ao corpo

humano não possuir a enzima responsável pela produção deste composto (GUIOTTO et al.,

2014; PORRAS-LOAIZA et al., 2014).

Em sua forma original, o óleo de chia é encontrado no estado líquido, o que limita sua

aplicação em processos industriais. O elevado teor de ácidos graxos poli-insaturados presentes

neste óleo faz com que ele apresente baixa estabilidade oxidativa quando em sua forma “in

natura”. O contato deste produto com oxigênio, luz, umidade e calor resulta no aumento do

processo oxidativo (RODEA-GONZÁLEZ et al., 2012). O processo de secagem em spray

drying é uma boa alternativa para conversão de líquidos em pós e inclusive pode ser utilizado

na microencapsulação destes líquidos. O processo de microencapsulação consiste no

envolvimento de um material ativo, podendo ser liquido ou sólido, em um material de parede

formando uma partícula, a qual oferece elevada proteção contra agentes externos (umidade,

luz, calor e oxigênio) e possibilidade de liberação controlada do ativo (GHARSALLAOUI et

al., 2007).

A qualidade das partículas e a melhor proteção do ativo se devem aos agentes

encapsulantes utilizados no processo. A seleção do material e possível combinação afetam

tanto as propriedades da emulsão quanto as partículas secas (ABERKANE, ROUDAUT e

SAUREL, 2014). As substâncias microencapsuladas obtidas podem ser mais facilmente

22

Introdução e Justificativa

aplicadas em produtos alimentícios e são altamente estáveis quando comparadas com o

produto em sua estrutura original.

Visando aumento da estabilidade oxidativa do óleo de chia e maiores possibilidades de

aplicação do produto, o presente trabalho visa à produção de emulsões de óleo de chia

estabilizadas com concentrado proteico de soro de leite e pectina e posterior

microencapsulação em spray drying.

A formação de emulsões estabilizadas por multicamadas consiste na deposição

eletrostática de polímeros de diferentes cargas. Neste processo ocorre a interação entre o

complexo proteína-polissacarídeo, onde uma camada de emulsificante é recoberta por uma ou

mais camadas de polieletrólito que o rodeiam, garantindo uma melhor proteção e estabilidade

das gotículas formadoras da emulsão (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

Na literatura são encontrados trabalhos utilizando a técnica de microencapsulação em

spray drying de emulsões formadas por multicamada (KLINKESORN et al., 2005;

SERFERT, SCHRODER, MESCHER, LAACKMANN, SHAIKH, et al., 2013;

CARVALHO, SILVA e HUBINGER, 2014). Entretanto, são poucos os trabalhos que relatam

a obtenção de micropartículas a partir de sistemas emulsionados pelo principio de deposição

eletrostática com a formação de camadas sobre a gota de óleo em comparação aos métodos

convencionais de preparo de emulsões com a formação de única camada. Desta forma,

verifica-se a importância de avaliar o processo de obtenção de emulsões estabilizadas com

concentrado proteico de soro de leite e emulsões de óleo de chia estabilizadas com

concentrado proteico de soro de leite/pectina. Além disso, avaliar a interação entre diferentes

tipos de materiais de parede, no processo de obtenção das emulsões e formação de

micropartículas em spray drying.

23

Objetivos

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

O presente trabalho teve por objetivo estudar a formação de emulsões estabilizadas

pelo principio de interação eletrostática entre o concentrado proteico de soro de leite e pectina

e compará-las com emulsões estabilizadas somente por concentrado proteico de soro de leite,

tendo como agente ativo o óleo de chia (Salvia hispânica L.). Além disso, avaliar o

comportamento dessas emulsões após a secagem por spray drying com a formação de

micropartículas. Como materiais de parede foram utilizados amido modificado Hi-Cap®

100

e maltodextrina 10DE na forma pura.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Avaliar a melhor concentração de agentes estabilizantes para produzir emulsões óleo em

água, estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, sendo a fase oleosa

composta de óleo de chia.

Adicionar maltodextrina 10DE e amido modificado Hi-Cap® 100 nas emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina e somente por

concentrado proteico de soro de leite a fim de agregar teor de sólidos para posterior

processo de secagem em spray drying.

Estudar vários níveis de densidade energética na produção de emulsões estabilizadas por

concentrado proteico de soro de leite – pectina e somente por concentrado proteico de

soro de leite e definir as melhores condições para a obtenção destas emulsões.

Avaliar as emulsões obtidas em cada etapa da variação da densidade energética em

relação à estabilidade, distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas, microscopia

ótica, densidade de carga superficial, comportamento reológico e tensiômetria.

Comparar as emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, e

somente por concentrado proteico de soro de leite.

Produzir micropartículas através da secagem das emulsões em spray drying e

caracterização em relação às propriedades físico-químicas e morfológicas, como umidade,

24

Objetivos

atividade de água, distribuição de tamanho e diâmetro médio das partículas e

microestrutura.

Estudar a influência da emulsão estabilizada por concentrado proteico de soro de leite-

pectina e somente por concentrado proteico de soro de leite na eficiência do processo de

encapsulação e na estabilidade oxidativa das micropartículas.

25

Revisão Bibliográfica

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 CHIA (SALVIA HISPANICA L.)

Chia (Salvia hispânica L.) é uma planta herbácea anual, que floresce nos meses do

verão, pertencente à Família Lameaceae, nativa do sul do México e norte da Guatemala.

Muitas áreas de terra eram destinadas ao cultivo da semente de chia, que juntamente com o

milho, feijão e amaranto, era um componente essencial na dieta de muitas civilizações pré-

colombianas das Américas, incluindo as populações maias e astecas. Após sua descoberta,

essa semente foi uma grande mercadoria, sendo utilizada como alimento e medicamento e

começou a ser muito valorizada como fonte de óleo para uso medicinal (MARTÍNEZ-CRUZ

e PAREDES-LÓPEZ, 2014).

Figura 1 Sementes de chia (Salvia Hispanica L.). Fonte: Thinkstock/Getty Images

A semente de chia é cultivada em solos arenosos, argilosos e áridos que possuem boa

drenagem, devido a sua baixa produtividade em solos muito molhados. Segundo o Canal

Agro Paraguai (CAP, 2013), o cultivo da chia é realizado em países como a Austrália,

México, Guatemala, Argentina, Bolívia, Equador e recentemente no Paraguai, Brasil, Chile e

Peru. Em 2012 a área cultivada no mundo foi aproximadamente 10.000 hectares, sendo a

produção estimada em 5.000 toneladas, gerando uma produção média de 500 kg/ha.

As sementes de chia são caracterizadas pelo formato oval e tamanho pequeno quando

comparadas com outros tipos de sementes; possuem cor que varia do marrom ao bege, sendo

26


que algumas possuem algumas manchas pretas e outras também podem ser de coloração

branca ou acinzentada (AYERZA, 1995; COATES e AYERZA, 1996). A chia possui uma

quantidade significativa de óleo, aproximadamente 40% do peso total da semente, sendo que

cerca de 60% deste óleo é composto de ácido α-linolênico (família ômega 3). Possui também

alta quantidade de fibra dietética e proteínas, 30% e 19% do peso total, respectivamente,

sendo ambos importantes na dieta humana. Além disso, essa semente contém antioxidantes

naturais, vitaminas e minerais (OLIVOS-LUGO, VALDIVIA-LOPEZ e TECANTE, 2010).

Nos dias atuais, a semente de chia vem se popularizando devido às suas propriedades

nutricionais, sendo muito utilizada na sua forma “in natura” ou na forma de óleo em dietas

para perda de peso, embora ainda seja pouco aplicada pela indústria de alimentos. A semente

de chia pode ser utilizada como suplemento nutricional na fabricação de barras de cereais,

biscoitos e também como enriquecedor nutricional em vários alimentos (GOMÉZ, 2008).

Em 2009, a semente de chia foi aprovada pelo Parlamento Europeu e pelo Conselho

Europeu como novo alimento, e não possui histórico de efeitos alergênicos ou adversos

causados pelo seu consumo “in natura” ou trituradas (REGULAMENTO(CE), 2009).

3.1.1 Óleo de chia

A chia tem atraído o interesse de vários estudos em virtude, principalmente, de seu

elevado conteúdo de óleo, rico em ácidos graxos poli-insaturados, pertencentes a família dos

ácidos graxos poli-insaturados ômega-3 e 6(ω-3 e ω-6 PUFA) que desempenham papel

fundamental na prevenção de doenças (COATES e AYERZA, 1996).

Ácidos graxos poli-insaturados ômega-3 (ω-3 PUFA) são um termo genérico referente

a um conjunto de lipídios que possui uma insaturação, ou dupla ligação, com a primeira dupla

ligação posicionada no terceiro carbono, ou seja, na posição ω-3 das cadeias hidrocarbonadas.

Os ácidos graxos poli-insaturados ômega-6 (ω-6 PUFA) possuem uma insaturação, com a

primeira dupla ligação posicionada no sexto carbono. Os ácidos graxos α-linolênico (ALA),

docosahexaenóico (DHA) e eicosapentaenóico (EPA) são exemplos de ω-3 PUFA. Esses

ácidos graxos ω-3 PUFA não são produzidos pelo organismo humano, devido à ausência de

enzimas que possuem habilidade de inserir dupla ligação na posição ω-3, logo, é muito

importante consumir na dieta alimentos ricos em ω-3 PUFA (OLIVEIRA, LUZIA e RONDÓ,

2012; KAUSHIK et al., 2014)

Porras-Loaiza, et al. (2014) em um estudo sobre a composição da semente de chia,

observaram que ela possui ácidos graxos de alta qualidade, sendo formada de 59,9-63,2% de

27


ácido α-linolênico e 18,9-20,1% de ácido linoleico. A alta concentração de ácidos graxos poli-

insaturados proporciona a diminuição da estabilidade oxidativa e vida de prateleira do óleo de

chia. Ixtaina, Nolasco e Tomás, (2012) verificaram que a estabilidade do óleo de chia puro é

muito baixa e com a adição de antioxidantes, esta estabilidade aumenta consideravelmente.

Como o óleo de chia é rico em ácidos graxos poli-insaturados, apresenta instabilidade

na presença de oxigênio, luz, umidade e calor que pode ser melhorada através de

microencapsulação, sem a necessidade de adição de antioxidades sintéticos (RODEA-

GONZÁLEZ et al., 2012).

3.2 EMULSÕES

As emulsões são formadas basicamente por dois líquidos imiscíveis, sendo a maioria

das vezes óleo e água. Estes dois líquidos são misturados sob agitação constante, e essas duas

fases tendem a formar gotículas dispersas de um dos líquidos no interior do outro

(OLIVEIRA et al., 2004). São inúmeras as possibilidades de aplicações das emulsões,

incluindo higiene pessoal, produtos e cuidados para a casa e produtos alimentícios

(SADOVOY et al., 2013).

A formação das emulsões pode acontecer de duas maneiras, óleo-em-água (O/W), a

qual consiste em gotículas de óleo dispersas em um meio aquoso, como cremes, bebidas e

molhos, ou emulsões do tipo água-em-óleo (W/O), onde as gotículas de água estão dispersas

em meio oleoso, como margarina e manteiga. O líquido que forma as gotículas é normalmente

referido como a fase dispersa ou descontínua, enquanto que o líquido circundante é referido

como a fase dispersão ou contínua (MCCLEMENTS, 2005).

Os diferentes tipos de emulsões podem ser obtidos em diferentes condições. A

emulsão convencional, também conhecida como macroemulsão, possui gotículas com

diâmetros médios entre 0,5 a 100 µm. Esse tipo de emulsão é termodinamicamente instável e

tendem a ser turva ou opaca. A nanoemulsão pode ser considerada uma emulsão convencional

que contém gotículas muito pequenas, isto é, diâmetros médios entre 10 e 100 nm, não possui

turbidez e é considerada termodinamicamente instável devido às fases de óleo e de água

separadas terem uma energia livre mais baixa do que as fases de óleo e de água emulsionadas,

como ocorre nas emulsões convencionais (MASON et al., 2006). Uma microemulsão é um

sistema termodinamicamente estável (ou seja, forma-se espontaneamente em determinado

28


tempo), as gotículas formadas possuem diâmetros entre 100 e 1000nm e são geralmente

translucidas (SOLANS et al., 2005; WINDHAB et al., 2005).

Convencionalmente, emulsões do tipo óleo em água são formadas por

homogeneização das fases oleosa e aquosa na presença de um ou mais componentes

emulsificantes e estabilizantes (MCCLEMENTS, 2007). Os agentes emulsificantes possuem

propriedade de diminuir a tensão interfacial entre o óleo e a água. Os estabilizantes conferem

estabilidade às emulsões por longo período de tempo, um exemplo são os polissacarídeos que

modificam a viscosidade da fase contínua (DICKINSON, 2003; MCCLEMENTS, 2007).

Segundo McClements (2010) o estudo das emulsões proporciona uma fundamental

compreensão da relação entre as propriedades das gotículas dentro de uma emulsão, como a

concentração, dimensão, carga, estado físico e características das interações interfaciais, e

suas propriedades físico-químicas, como estabilidade, propriedades ópticas, reologia, e

distribuição molecular.

Recentemente, tem havido um crescente interesse na indústria de alimentos em

melhorar ou ampliar o desempenho funcional de alimentos utilizando novas estruturas de

emulsões. Segundo McClements (2010) são várias as emulsões que podem ser desenvolvidas

e muito utilizadas pela indústria de alimentos e outros setores industriais, incluindo

nanoemulsões, emulsões multicamadas, partículas lipídicas sólidas e partículas de hidrogel.

3.2.1 Emulsão multicamada ou camada por camada

As emulsões óleo/água formadas a partir de camadas simples possuem baixa

estabilidade e podem estar mais susceptíveis à oxidação; logo, a formação de emulsões a

partir do complexo proteína-polissacarídeo apresenta-se como uma interessante alternativa

para obtenção de emulsões mais estáveis. Esse complexo consiste em uma camada de

emulsificante envolvido por uma ou mais camadas de polieletrólito, garantindo assim uma

melhor proteção e estabilidade das gotas de óleo encapsuladas. Essa técnica é conhecida como

deposição eletrostática camada por camada ou emulsão multicamada (GUZEY e

MCCLEMENTS, 2006a).

Sistemas emulsionados obtidos através da técnica de multicamada têm atraído grande

interesse, devido a sua versatilidade em obter gotas com tamanho e composição variadas e

estabilidade melhorada. Esses sistemas devem apresentar proteção para substâncias

encapsuladas e mecanismos de liberação controlada. Além disso, a formação passo a passo

desses sistemas emulsionados multicamadas, permite a introdução de múltiplas

29


funcionalidades, proporcionando assim uma ampla aplicação devido à sua estrutura e função

(JOHNSTON et al., 2006; ANTIPINA et al., 2014).

Os emulsificantes são responsáveis por adsorver na superfície das gotículas recém-

formadas e reduzir a tensão interfacial, o que previne a ruptura e coalescência da gota. Além

disso, ocorre a formação de uma camada protetora em torno das gotículas, responsável pela

proteção de quaisquer agregações que podem ocorrer através de interações repulsivas. Os

emulsificantes diferem em custo, disponibilidade, compatibilidade com outros ingredientes e

facilidade de aplicação; devido a isso não existe um único emulsificante que pode ser aplicado

em qualquer produto alimentar. São vários os fatores que devem ser observados no momento

de escolha de um emulsificante, como as condições ambientais no processo de fabricação,

armazenagem e utilização e também o tipo e concentração dos outros ingredientes que

formam a emulsão (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

É importante o conhecimento dos princípios físico-químicos que regulam a formação e

as propriedades dessas interfaces multicamadas, pois estabelecem as condições ideais e

necessárias para a produção dessas emulsões com as propriedades desejáveis. Outro fator que

é muito importante no processo de formação das emulsões multicamadas é controlar

cuidadosamente a composição do sistema e as condições de preparação, a fim de que as

gotículas multicamadas formadas sejam estáveis (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b).

O processo de obtenção de multicamadas inicia-se com uma emulsão de óleo em água

com adição de um emulsificante iônico. Esta emulsão primária é então misturada com uma

solução contendo moléculas de biopolímero de carga oposta, que serão adsorvidas nas

superfícies das gotículas através da atração eletrostática formando uma segunda emulsão. A

emulsão secundária é adicionada de outra solução de biopolímero, estando este com carga

oposta ao anterior, e assim por diante. Desse modo as gotículas de óleo são revestidas de

múltiplas camadas, como mostra a Figura 2. Com isso uma gotícula multicamadas é obtida,

cuja espessura pode variar de poucos nanometros a vários micrometros, de acordo com os

polieletrólitos envolvidos, número de ciclos de deposição e as condições do meio

(MCCLEMENTS, 2010; ANTIPINA et al., 2014).

30


Figura 2 Processo de formação de emulsões multicamadas (GUZEY e MCCLEMENTS,

2006a)

O processo de formação de sistemas emulsionados multicamadas apresenta um

elevado custo operacional, devido à utilização de ingredientes extras, como as proteínas, e

também devido ao processamento, aonde são utilizados processos de mistura,

homogeneização, centrifugação entre outros. O elevado custo de produção é aceitável devido

às características do produto obtido, sendo este pouco propício à oxidação e muito mais

estável quando comparado com um produto obtido por camada simples. O seu alto custo

também pode ser compensado no aumento do custo do produto final, devido à melhoria da

funcionalidade ou aumento da vida de prateleira (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

Um dos principais fatores que podem dificultar o uso do processo de multicamadas é a

tendência de agregação das partículas. Para que isto não ocorra é necessário controlar as

condições de preparo e composição das emulsões. A quantidade de polieletrólito deve ser

suficiente para saturar as superfícies das gotas, o processo de adsorção das gotículas deve ser

rápido para não ocorrer colisões entre essas gotículas, e também a quantidade de polieletrólito

não deve ser demasiada, para que não ocorra a floculação (MCCLEMENTS, 2010).

Na literatura são encontrados vários trabalhos aplicando a metodologia de sistemas

emulsionados multicamadas com compostos ativos dispersos na fase oleosa. Diversos autores

estudaram diferentes combinações de proteína-polissacarídeo e avaliaram as emulsões

obtidas. Alguns autores estudaram a combinação de lecitina/quitosana (OGAWA, DECKER e

MCCLEMENTS, 2003), concentrado proteico de soro de leite/pectina (MOREAU et al.,

31


2003; MAO et al., 2014; SALMINEN e WEISS, 2014), β-lactoglobulina/pectina (GUZEY,

KIM e MCCLEMENTS, 2004; GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b; KATSUDA et al., 2008;

BENJAMIN et al., 2012), caseinato de sódio/k-carragena (PERRECHIL e CUNHA, 2013),

caseinato de sódio/pectina (SURH, DECKER e MCCLEMENTS, 2006), alfa-

lactoalbumina/conjugado de quitosana e caseinato de sódio/conjugados de quitosana (WEI e

GAO, 2016) e lactoferrina/polissacarídeos solúveis de soja e lactoferrina/ pectina (ZHAO et

al., 2014). Estudos obtendo emulsões formadas por camada tripla também foram realizados,

como por exemplo, β-lactoglobulina/pectina/quitosana (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b),

sulfato de sódio/quitosana/pectina (AOKI, DECKER e MCCLEMENTS, 2005),

lecitina/quitosana/pectina (OGAWA, DECKER e MCCLEMENTS, 2004).

A microencapsulação de emulsões multicamadas em spray drying também tem sido

estudada, pois converte dispersões liquidas em pós e resulta no aumento da estabilidade das

micropartículas obtidas. Podem-se citar algumas combinações de agentes encapsulantes

como: lecitina/quitosana (KLINKESORN et al., 2005; SHAW, MCCLEMENTS e DECKER,

2007; SERFERT, SCHRODER, MESCHER, LAACKMANN, SHAIKH, et al., 2013;

CARVALHO, SILVA e HUBINGER, 2014; KWAMMAN e KLINKESORN, 2015), β-

lactoglobulina/pectina (SERFERT, SCHRODER, MESCHER, LAACKMANN, RATZKE, et

al., 2013) e isolado proteico de ervilha/pectina (GHARSALLAOUI et al., 2010;

GHARSALLAOUI, ROUDAUT, et al., 2012).

Gharsallaoui, et al. (2012) estudaram emulsões estabilizadas por concentrado proteico

de ervilha/pectina de alto grau de metoxilação e somente com concentrado proteico de ervilha

e como ativo foi utilizado substâncias voláteis pertencentes ao aroma de morango (acetato de

etila, butirato de acetato e etil hexanoato), os autores obtiveram como resultados uma maior

retenção de compostos voláteis nas emulsão estabilizada por concentrado proteico de ervilha/

pectina, devido a maior eficiencia na estabilidade das emulsões e na proteção dos voláteis

após o processo de secagem. Klinkesorn, et al. (2005) avaliaram a estabilidade oxidativa de

partículas de óleo de atum secas em spray drying, obtidas a partir de emulsões estabilizadas

por lecitina/quitosana, os autores observaram que essas partículas apresentaram alta

estabilidade oxidativa quando comparadas com o óleo de atum em seu estado original.

32


3.3 AVALIAÇÃO DE DENSIDADE ENERGÉTICA NA OBTENÇÃO DE EMULSÕES

O processo de obtenção de emulsões é realizado basicamente pela homogeneização de

dois líquidos imiscíveis resultando numa mistura estável. São vários os métodos de

homogeneização que podem ser utilizados neste processo como o rotor-estator, alta pressão e

ultrassom, entre outros, sendo os citados os métodos mais utilizados.

O processo de homogeneização é realizado com o intuito de produzir emulsões com

gotas muito pequenas para que estas apresentem uma maior estabilidade, este processo é

realizado por métodos que envolvem alta energia como os citados anteriormente (JAFARI,

SEID MAHDI et al., 2008).

3.3.1 Técnicas de homogeneização

O processo de obtenção de emulsões mais eficiente normalmente é realizado em duas

partes; primeiramente é obtida uma emulsão grosseira a partir da fase oleosa e aquosa,

chamada de homogeneização primária, utilizando rotor estator, onde a emulsão apresenta um

elevado tamanho de gota. Após este processo é realizada a redução das gotas utilizando, por

exemplo, sistemas de alta pressão ou ultrassom, processo chamado de homogeneização

secundária (MCCLEMENTS, 2005; JAFARI, SEID MAHDI et al., 2008). Na Figura 3 está

representado um esquema da obtenção de emulsoes através da utilização dos dois princípios

de homogeneização: rotor-estator e alta pressão.

Figura 3 Representação esquemática da obtenção de emulsões utilizando dois métodos de

homogeneização. Fonte: McClements (2005).

33


3.3.1.1 Rotor Estator

A técnica de homogeneização realizada em rotor-estator consiste na alimentação de um

líquido com fases separadas em um moinho coloidal, onde este líquido flui nos espaçamentos

existentes entre um disco rotativo (rotor) e um disco estático (estator). O equipamento é

constituído de um rotor de forma concêntrica alojado dentro do estator que possui algumas

ranhuras onde, à medida que o rotor gira, ele gera uma pressão mais baixa para realizar a

circulação do líquido de dentro para fora do conjunto gerando assim o processo de

emulsificação do líquido (MAA e HSU, 1996). A representação esquemática do equipamento

está na Figura 4.

Figura 4 Representação esquemática do homogeneizador rotor-estator. Fonte: Maa e Hsu

(1996)

Segundo Maa e Hsu (1996), o tamanho das gotas das emulsões é reduzido devido a duas

forças principais que ocorrem no processo de homogeneização, uma delas é o choque

mecânico que acontece contra parede, devido à alta aceleração do fluido e outra é o

cisalhamento que ocorre entre o rotor e o estator.

A densidade energética gasta no processo de homogeneização em rotor-estator é definida

na equação 1, onde a intensidade de homogeneização é definida pela potência e o tempo em

que a emulsão permanece em cisalhamento no equipamento (KARBSTEIN e SCHUBERT,

1995).

𝐸𝑣,𝑅𝐸 =𝑃𝑥𝑇

𝑉 (1)

Onde Ev,RE é a densidade energética em dispositivo rotor estator, P é a potência mecânica

do dispositivo (W), T é o tempo de homogeneização e V é o volume de liquido que foi

submetido ao processo.

34


3.3.1.2 Alta pressão

Emulsões com pequeno diâmetro médio de gotas normalmente são obtidas após

submetidas ao processo de homogeneização em alta pressão, este método é utilizado em

emulsões que já sofreram uma pré-homogeneização, ou seja, é uma homogeneização

secundária que resulta na quebra das gotas já formadas (MCCLEMENTS, 2005)

O processo de homogeneização em equipamentos de alta pressão consiste na

alimentação de uma emulsão pré-homogeneizada na entrada da válvula do homogeneizador; o

equipamento, através de uma bomba, transfere a emulsão para dentro de uma câmara, passa

por uma válvula muito estreita e devido à atuação de forças cisalhantes resulta na diminuição

das gotas. O processo de homogeneização em alta pressão pode ser realizado em dois

estágios, ou seja, existem equipamentos que possuem duas válvulas, onde a emulsão é forçada

a passar por dois orifícios muito estreitos; a primeira válvula ou primeiro estágio é a que

possui elevada pressão sendo esta a responsável pela maior quebra das gotas; já o segundo

estagio, ou seja, a segunda válvula é a de menor pressão que possui a função de quebrar

qualquer aglomerado que tenha sido formado durante a passagem no primeiro estágio

(PHIPPS, 1985; STANG e SCHUBERT, 2001; MCCLEMENTS, 2005).

A densidade energética gasta no processo de homogeneização em alta pressão é

equivalente à pressão de homogeneização aplicada ao produto na válvula de restrição. A

equação utilizada para o calculo da densidade energética está apresentado na equação 2

(KARBSTEIN e SCHUBERT, 1995).

𝐸𝑣,𝐴𝑃 = 𝑝𝐻 (2)

Onde, Ev,AP é a densidade energética em homogeneizador de alta pressão e pH é a

pressão de homogeneização utilizada no processo.

3.4 MICROENCAPSULAÇÃO POR SPRAY DRYER

A microencapsulação na indústria de alimentos surgiu há mais de 60 anos, com o

objetivo de melhorar e ampliar a aplicação de diversos ingredientes (DESAI e PARK, 2005).

A partir daí, muitos pesquisadores e muitas indústrias de alimentos vem estudando e

aprimorando esta técnica para que se torne cada vez mais utilizada. Os principais objetivos da

microencapsulação são: proteger o núcleo do processo de degradação devido ao contato com

o ambiente externo, manter as características originais do material encapsulado, controle da

35


liberação do núcleo, mascarar o sabor, aumentar a solubilidade do material e melhorar a

condição de aplicação do produto microencapsulado (LAKKIS, 2007)

O processo de microencapsulação é definido como uma tecnologia de envolvimento

de partículas em uma membrana, resultando na formação de cápsulas muito pequenas que

liberam o seu conteúdo em condições específicas controladas. A membrana responsável pela

formação da partícula é obtida através de um agente encapsulante, denominada de parede ou

material de cobertura. O material encapsulado é denominado material de recheio ou núcleo,

que pode ser sólido ou liquido. O tamanho das micropartículas formadas varia de 1 a 1000

µm, mas comumente são inferiores a 200 µm (DESAI e PARK, 2005).

As micropartículas obtidas no processo de microencapsulação podem se formar de três

maneiras. Sistema tipo “reservatório”, onde o material de recheio fica coberto por uma parede

inerte, chamado também de mononucleados ou microcápsulas. O segundo sistema são as

chamadas “matriz”, onde o recheio fica disperso no material de parede, também conhecidas

como microesferas. E por fim o sistema gerado pela combinação dos dois tipos anteriores,

onde uma matriz multinucleada fica envolvida por um material de parede, também é chamado

de “combinado” (Figura 5)(LAKKIS, 2007).

Figura 5 Três diferentes tipos de estrutura de microcápsulas. Fonte: Adaptado de LAKKIS

(2007)

As micropartículas podem ser obtidas por três métodos: métodos químicos, físico-

químicos e métodos físicos. O processo de secagem por spray dryer é um método físico, que

consiste na pulverização de um produto em finas gotas formando uma névoa. Desde o

momento de sua formação, essa névoa entra em contato com uma corrente de ar quente (120 a

250 ºC) que atua como fluido aquecedor e transportador de umidade. O fluxo de ar quente que

entra em contato com as gotículas pode ser concorrente ou contra-corrente, responsável

também pelo arraste das partículas até o recipiente coletor. (BARBOSA-CÁNOVAS, MA e

BARLETTA, 1997; JAFARI, S. M. et al., 2008).

36


A técnica de secagem por spray dryer é frequentemente aplicada em processos nos

quais se deseja aumentar a estabilidade de ingredientes alimentares. São várias as propriedades

que podem ser modificadas no processo de microencapsulação, como a composição de

ingredientes, mecanismo de liberação, tamanho das partículas, forma física final e custos.

Essa variação das propriedades possibilita a obtenção de inúmeros produtos com

características diferentes (DESAI e PARK, 2005; JAFARI, S. M. et al., 2008).

A qualidade do produto final obtido na secagem por spray dryer é dependente da

natureza dos materiais de parede e condições de secagem. A seleção do material de parede

afeta tanto as propriedades da emulsão quanto as características das micropartículas após o

processo de secagem e no período de armazenamento. Devido a isso a avaliação dos

diferentes materiais de paredes que podem ser utilizados no processo é de importância

relevante (ABERKANE, ROUDAUT e SAUREL, 2014).

3.4.1 Agentes Encapsulantes

No processo de encapsulação são inúmeros os produtos que podem ser usados como

agentes encapsulantes, porém esses compostos apresentam algumas limitações para ser

aplicados em alimentos. Fatores como pH, aquecimento, desidratação e congelamento afetam

a estabilidade desses agentes. Sendo assim, os agentes encapsulantes devem possuir

propriedades emulsificantes, estabilizantes e não deve ser reativo com o material ativo, sendo

assim pode ser utilizado em processos de encapsulação (AZEREDO, 2005).

Os agentes encapsulantes mais comumente utilizados pela indústria alimentícia são a

goma arábica, maltodextrinas, amido modificado e suas possíveis misturas. Esses agentes são

utilizados quando se deseja um material solúvel em água. Outros tipos de materiais também

vêm sendo muito utilizados como os polissacarídeos (alginato, gomas, pectina) e proteínas

(proteínas do soro de leite, proteína da soja, caseinato de sódio, quitosana). Devido às

limitações de processo, diversos estudos estão sendo desenvolvidos para encontrar métodos

alternativos para a melhoria das propriedades funcionais das partículas produzidas. Uma das

alternativas que vem sendo muito estudada é a utilização de complexos proteína-

polissacarídeo, que apresentam boa atividade de superfície e maior proteção contra fatores

externos (DESAI e PARK, 2005; GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

O concentrado proteico de soro de leite é obtido do soro de leite, um subproduto da

indústria láctea. O soro de leite representa a porção aquosa obtida no processo de produção do

queijo, ou seja, é a porção restante após a retirada da coalhada. O soro de leite bruto é

37


composto basicamente de 94 a 95% de água, 3,8 a 4,2% de lactose, 0,8 a 1,0% proteínas e 0,7

a 0,8% de minerais (PAGNO et al., 2009).

As proteínas do soro de leite são normalmente obtidas por processos de concentração

por membrana, onde são realizadas diversas etapas para assim obter o concentrado proteico de

soro de leite. A concentração de proteínas no soro de leite é muito baixa, mas as suas

propriedades funcionais de emulsificação, gelificação, espessamento, capacidade de ligação

com água e elevado valor nutricional fazem dessa proteína um excelente produto para

aplicação em produtos alimentícios (LIZARRAGA et al., 2006; PAGNO et al., 2009). O

concentrado proteico de soro de leite possui caráter aniônico e catiônico dependendo da sua

faixa de pH, o seu ponto isoelétrico se encontra na faixa de pH de 4,5 a 5,2, sendo que abaixo

do pH 4,5 apresenta-se carregado positivamente (RODRIGUES et al., 2014).

Flores, Singh e Kong, (2014) estudaram a microencapsulação em spray dryer de

extrato obtido do bagaço de mirtilo, utilizando proteína do soro do leite como agente

encapsulante e obtiveram boa eficiência no processo de encapsulação e maior proteção dos

compostos fenólicos e antioxidantes do mirtilo. Mao et al. (2014) avaliaram a liberação de

compostos voláteis em emulsões estabilizadas por isolado proteico de soro de leite

(WPI)/pectina e observaram uma menor liberação dos compostos voláteis quando comparado

com partículas obtidas somente com isolado proteico de soro de leite.

A pectina é um polissacarídeo aniônico, encontrado em plantas. Comercialmente é

encontrada com alto grau de metoxilação (> 50% dos grupos carboxílicos esterificados) e

baixo grau de metoxilação (< 50% dos grupos carboxílicos esterificados); a metoxilação é

realizada para melhorar o processo de gelificação da pectina quando aplicada em produtos

alimentícios (BATISTA, 2004). A sua carga aniônica é responsável por sua alta estabilidade

em vários pH (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b; RODRIGUES et al., 2014).

A maltodextrina é um polissacarídeo formado por cadeias de D-glicose, ligadas por

ligações α-(1,4), as quais são produzidas pela hidrólise ácida ou enzimática do amido de

milho (SHAHIDI e HAN, 1993). Quando comparada com a goma arábica, a maltodextrina

apresenta baixa viscosidade e propriedade emulsificante, mas isso não influencia na sua

aplicação. Por possuir sabor suave, baixo custo e alta concentração de sólidos é bastante

aplicada em processos de microencapsulação (ROCHA et al., 2009).

A modificação de amidos é realizada devido ao interesse em sua aplicação. Amidos

quimicamente modificados possuem propriedades físico-químicas alteradas em relação aos

amidos naturais. Essas modificações normalmente envolvem oxidação, esterificação,

eterificação, cloração, piroconversão e a introdução de ligações cruzadas. Com essas

38


modificações obtém-se amidos com maior poder emulsionante (RUTENBERG e SOLAREK,

1984). O HiCap 100® (2-octenil succínico (OSA)) é um amido modificado derivado do milho,

adequado para a encapsulação de sabores, vitaminas e óleos. Este amido modificado possui

excelente resistência à oxidação (INGREDION, 2015).

3.4.2 Oxidação

A oxidação lipídica descreve uma sequência complexa de alterações químicas

resultantes da interação do lipídio com oxigênio. O processo de oxidação, ou seja,

decomposição dos ácidos graxos esterificados em triacilgliceróis e fosfolipídios resulta na

produção de compostos voláteis que produzem aromas indesejados, conhecidos como

rancidez oxidativa (FENNEMA, 1993).

Os ácidos graxos poli-insaturados presentes nos alimentos apresentam elevada

possibilidade de oxidação, causando preocupação para a indústria de alimentos. O processo de

auto-oxidação é comum em produtos desse tipo e começa devido ao aparecimento de radicais

livres nos ácidos graxos poli-insaturados. Os radicais livres (R•) reagem com o oxigênio,

formando radicais peróxidos (ROO•), esses radicais se propagam em reação em cadeia com

mais lipídeos gerando os hidroperóxidos (ROOH) que na sua rápida decomposição geram

oxidação secundária (HALBAUT et al., 1997).

Vários estudos vêm sendo desenvolvidos para diminuir o processo de oxidação em

alguns alimentos. O processo de microencapsulação possui como justificativa a diminuição da

oxidação lipídica, devido ao composto lipídico ficar envolvido por agentes encapsulantes,

formando assim uma camada protetora. Carvalho, Silva e Hubinger (2014) avaliaram a

estabilidade oxidativa de óleo de café verde microencapsulado em spray drying obtido a partir

de emulsão dupla camada de lecitina/quitosana, onde as micropartículas obtidas apresentaram

uma elevada estabilidade oxidativa quando comparadas com o óleo “in natura”.

39

Material e Métodos

4 MATERIAL E MÉTODOS

4.1 MATERIAIS

4.1.1 Óleo de chia - Ativo

O óleo de semente de Chia (Salvia hispânica L.) utilizado como ativo, foi fornecido

pela empresa R & S Blumos Comercial de Produtos Alimentícios Ltda. (Campinas, Brasil).

Segundo a empresa, o óleo foi obtido por prensagem a frio sem a adição de qualquer aditivo.

4.1.2 Agentes estabilizantes e material de parede

Os materiais de parede utilizados foram: maltodextrina 10DE e amido modificado Hi-

Cap® 100 da empresa Ingredion Brasil Ingredientes Industriais Ltda (Mogi-Guaçu, Brasil);

como agente estabilizante foi utilizado concentrado proteico de soro de leite (WPC) fornecido

pela Fonterra Co-operative Group Limited (Auckland, Nova Zelândia) e a pectina da Danisco

Brasil LTDA (Cotia, Brasil).

4.2 MÉTODOS

4.2.1 Caracterização do óleo de Chia (Salvia hispânica L.)

4.2.1.1 Índice de peróxidos

A determinação do valor de peróxidos foi realizada espectrofotometricamente de

acordo com o método padrão IDF 74A:1991. Uma porção de óleo de 0,05 g foi pesada foram

adicionados a 9,75 mL de uma mistura de clorofórmio/metanol (7:3). Para a formação de cor,

foram adicionados 50 μL de soluções de cloreto de ferro (II) e 50 μL de tiocianato de amônia.

A amostra foi agitada, mantida em repouso, no escuro, por 5 minutos e então foi medida a

absorbância a 500 nm em um espectrofotômetro -

(United Products & Instruments Inc., New Jersey, Estados Unidos). As medidas foram

realizadas em triplicata.

40

Material e Métodos

Foi construída uma curva padrão de concentração de Fe+3

versus absorbância

(SHANTHA; DECKER, 1994). Uma solução de cloreto de Ferro foi preparada. Foi pesado

0.5 g de ferro em pó e este foi dissolvido em 50 ml de HCl 10N. A esta solução foi adicionado

1-2 ml de peróxido de hidrogênio e seu excesso foi removido pela ebulição desta mistura

durante, aproximadamente, 5 minutos. Depois de resfriada, esse preparado foi transferido para

um balão de 500 ml e seu volume foi completado com água destilada. Uma alíquota de 1 ml

foi retirada e diluída em 100 ml de solução de clorofórmio/metanol (7:3). Foram preparadas

diluições de 1 a 20 μg de Fe+3

e pelo método IDF foi construída a curva padrão.

O valor de peróxido, expresso em miliequivalente de peróxido por kg de óleo, foi

calculado utilizando Equação 3.

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒_𝑝𝑒𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 =(𝐴𝑠−𝐴𝑏)×𝑚

55,84×𝑚𝑜×2 (3)

Onde: As é a absorbância das amostras; Ab é absorbância do branco; m é coeficiente

angular da curva padrão construída; m0 é a massa em gramas da amostra; 55,84 = massa

atômica do ferro; 2 = fator 2 necessário para que o valor de peróxido fique expresso em

miliequivalente de peróxido ao invés de miliequivante de oxigênio, como mencionado pelo

método IDF.

4.2.1.2 Densidade e pH

Para a determinação da densidade, primeiramente foi realizada a pesagem do

picnômetro seco e sem amostra. Para a obtenção do volume do picnômetro o mesmo foi

preenchido com água e realizada a pesagem do picnômetro e a água. Para a determinação da

densidade do óleo de chia, o picnômetro foi preenchido com o óleo e realizou-se a pesagem

do picnômetro com amostra. A análise foi realizada em temperatura de 25 oC e a densidade

calculada através da equação 4.

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 =𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (4)

O valor de pH do óleo de chia foi obtido através da leitura em pHmetro de bancada

Kasvi (Kasvi, Paraná, Brasil), em temperatura de 25 oC.

41

Material e Métodos

4.2.1.3 Perfil de ácidos graxos

O óleo de chia foi caracterizado em relação ao perfil de ácidos graxos. Para a

determinação da composição do óleo em ácidos graxos foi adotada a metodologia da AOCS

(2009). As análises foram realizadas utilizando um Cromatógrafo Gasoso Capilar CGC 68650

Series GC System (Agilent, EUA), equipado com uma coluna capilar DB-23 (50%

cianopropil – metilpolisiloxano), com dimensões de 60 m x 0,25 mm x 0,25 μm

(Agilent,EUA). A temperatura do forno foi mantida inicialmente à 110ºC, por 5 min, depois

programada com rampa de 5 ºC/min até 215 ºC, e depois mantida à temperatura de 215 ºC,

por 24 min; a temperatura do injetor foi de 250 ºC; a temperatura do detector de 280 ºC; o

volume de injeção foi 1 μl e o fluxo do gás de arraste (hélio) de 1 mL/min. Essa análise foi

realizada, em duplicata, no Laboratório de Óleos e Gorduras da Faculdade de Engenharia de

Alimentos/Unicamp.

4.2.2 Análise da densidade de carga superficial dos agentes estabilizantes e materiais de

parede para definição de pH de trabalho das emulsões

Para a obtenção da curva de densidade de carga superficial do WPC e pectina foram

preparadas dispersões em água nas concentrações de 0,5% e 0,25% (p/p), respectivamente,

conforme a capacidade de detecção do equipamento Zetasizer Nano-Z (Malvern Instruments

Ltda, Worcestershire, Reino Unido). A dispersão de WPC foi mantida sob agitação magnética

por 12 horas e a dispersão de pectina foi preparada a partir do seu aquecimento até 70 oC por

30 minutos para melhor dispersão desse material e mantida sob agitação magnética por 12

horas em temperatura ambiente. Para a obtenção das curvas o potencial zeta foi medido na

faixa de pH de 2,0 a 9,0 à temperatura ambiente.

Com a obtenção da faixa de pH onde o WPC encontra-se positivo e a pectina

encontra-se negativa para que ocorra a atração eletrostática, foi realizada a medida dos valores

de potencial zeta para as dispersões de WPC, pectina, maltodextrina 10 DE e Hi-Cap® 100 no

pH utilizado para a obtenção das emulsões finais, a concentração utilizada para a leitura no

equipamento foi de 0,01%, conforme a capacidade de detecção do equipamento. O potencial

Zeta das dispersões foi medido utilizando o equipamento Zetasizer Nano-Z (Malvern

Instruments Ltda, Worcestershire, Reino Unido). As análises foram realizadas em duplicata.

42

Material e Métodos

4.2.3 Ensaios Preliminares

4.2.3.1 Definição das concentrações de concentrado proteico de soro de leite e pectina na

formação das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite-pectina

Para o preparo das emulsões de óleo de chia estabilizadas por concentrado proteico de

soro de leite e pectina, foram realizados testes preliminares com objetivo de determinar as

concentrações desses agentes estabilizantes. As condições experimentais utilizadas para o

rotor-estator e homogeneizador a alta pressão foram pré-estabelecidas em estudos realizados

por Carvalho, Silva, Hubinger (2014), com algumas modificações, onde foram avaliados dois

níveis de passagens no homogeneizador de alta pressão. Primeiramente, foram realizadas

emulsões primárias constituídas por óleo de chia e variando a concentração de WPC entre 0,5,

1,0 e 2,0% (m/m), em relação ao teor de sólidos totais da emulsão. Para a obtenção desta

emulsão primária foi realizado inicialmente um processo de homogeneização em rotor-estator

(ULTRA TURRAX MA-102, Marconi, Piracicaba, Brasil) por 3 minutos a 16.000 rpm. Após

foi utilizado um homogeneizador de alta pressão (PANDA 2K – NS1001L, Niro Soave,

Parma, Itália) a 350 bar no primeiro estágio e 50 bar no segundo estágio, onde se avaliaram

uma e três passagens. Definida a concentração de WPC e número de passagens em alta

pressão, foi determinada a concentração necessária de pectina, avaliada entre 0,25; 0,5; e

1,0% (m/m) em relação ao teor de sólidos totais da emulsão, para a formação da emulsão

secundária (SALMINEN e WEISS, 2014). Neste processo também foi utilizada uma

homogeneização inicial em rotor-estator por 3 minutos a 16.000 rpm e seguida da

homogeneização em alta pressão com pressão e passagens fixadas em 280 bar e uma

passagem, respectivamente. Os tempos e velocidade utilizados no rotor-estator e pressão e

passagens em homogeneizador de alta pressão foram definidos com base na metodologia

descrita por Carvalho (2013), com modificações. As emulsões primárias e secundárias obtidas

foram avaliadas quanto à estabilidade, distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas,

microscopia ótica, densidade de carga superficial e comportamento reológico (essas análises

serão abordadas no itens 4.2.6.1, 4.2.6.2, 4.2.6.3, 4.2.6.4 e 4.2.6.5, respectivamente).

Além disso, as emulsões primárias obtidas com diferentes concentrações de WPC

foram submetidas à análise de tensiômetria interfacial, metodologia será descrita no item

4.2.6.6.

43

Material e Métodos

4.2.4 Obtenção das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite -

pectina

O preparo das emulsões estabilizadas por WPC-pectina foi realizado conforme

metodologia descrita por Carvalho (2013) com algumas modificações, sendo avaliados

diversos valores de densidade energética. Foram preparadas emulsões estabilizadas por WPC-

pectina e adicionados dois diferentes materiais de parede: maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100

na forma pura, para agregar sólidos a emulsão final. As emulsões finais foram obtidas com

30% de sólidos totais, sendo a concentração de WPC e pectina fixada a partir dos ensaios

preliminares, 6% de óleo de chia e os materiais de parede adicionados para completar a

concentração de sólidos totais. As concentrações utilizadas encontram-se apresentadas na

Tabela 1.

Tabela 1 Composição da emulsão estabilizada por WPC-pectina

Componentes g/100g de emulsão

WPC 0,5

Pectina 0,5

Óleo de Chia 6,0

Maltodextrina 10DE e Hi-

Cap® 100*

23,0

*A Maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100 foram utilizados como materiais de parede adicionais,

na forma pura.

As dispersões de WPC, Hi-Cap® 100 e maltodextrina 10 DE foram preparadas em

água Milli-Q e mantidas por uma noite sob agitação magnética para a completa dispersão. As

dispersões de pectina foram obtidas conforme comentado no Item 4.2.2. O pH das dispersões

foi ajustado para 3,8 com adição de HCl 10N 15 minutos antes do preparo das emulsões, este

pH foi definido após a obtenção da curva de densidade de carga superficial para o WPC e a

pectina.

As emulsões óleo em água foram produzidas em três etapas conforme apresentado na

Figura 6 e descritas na sequência (CARVALHO, 2013):

44

Material e Métodos

Figura 6 Diagrama de fluxo das etapas de preparação das emulsões de óleo de chia em água

Primeira etapa:

A partir da dispersão de WPC, foi obtida uma emulsão inicial pela emulsificação de

óleo de chia na dispersão de WPC. A homogeneização foi obtida primeiramente em

homogeneizador do tipo rotor-estator (ULTRA TURRAX MA-102, Marconi, Piracicaba,

Brasil), onde foram estudados três diferentes tempos e velocidades, conforme Tabela 2. Em

seguida a emulsão foi submetida ao homogeneizador de alta pressão (PANDA 2K - NS1001L,

Niro Soave, Parma, Itália), variando três valores de passagens e três diferentes pressões,

conforme apresentado na Tabela 2. Com isso foi possível avaliar o melhor processo e menor

gasto energético para a obtenção da emulsão primária. Para realizar o processo de passagem

da emulsão, uma parte da amostra coletada após a primeira passagem, foi submetida

novamente ao mesmo processo de homogeneização no mesmo nível de pressão.

45

Material e Métodos

Tabela 2 Ensaios realizados com diferentes níveis energéticos para obtenção de emulsão

estabilizada por WPC

Ensaios Legenda Tempo

(min)(UT)

Velocidade

(rpm)(UT)

Pressão

(bar)(AP) Passes (AP)

1 ES1.A 1 16000 350 5

2 ES1.B 3 16000 350 5

3 ES1.C 5 16000 350 5

Tempo fixo

4 ES2.A Fixo 12000 350 5

5 ES2.B Fixo 16000 350 5

6 ES2.C Fixo 20000 350 5

Tempo e velocidade fixados

7 ES3.A Fixo Fixo 250 5

8 ES3.B Fixo Fixo 350 5

9 ES3.C Fixo Fixo 450 5

Tempo, velocidade e pressão fixados

10 ES4.A Fixo Fixo Fixo 3

11 ES4.B Fixo Fixo Fixo 5

12 ES4.C Fixo Fixo Fixo 7

*As siglas utilizadas na tabela são definidas como UT corresponde ao Ultra Turrax e AP corresponde

ao homogeneizador de alta pressão. **Os itens que se encontram com a palavra fixo são os valores que serão definidos nas etapas

anteriores.

Segunda etapa:

Na sequência do processo de emulsificação, foi adicionada a dispersão de pectina

previamente preparada conforme descrito no item 4.2.2. Nessa etapa foi realizada a

incorporação da dispersão de pectina na emulsão primária. A homogeneização foi realizada

em homogeneizador do tipo rotor-estator (ULTRA TURRAX MA-102, Marconi, Piracicaba,

Brasil) conforme fixado na primeira etapa, seguida por homogeneização em homogeneizador

de alta pressão (PANDA 2K - NS1001L, Niro Soave, Parma, Itália), onde foram avaliados

dois valores de passagens e dois valores de pressão, conforme apresentado na Tabela 3.

46

Material e Métodos

Tabela 3 Ensaios realizados com diferentes níveis energéticos para obtenção da emulsão

estabilizada por WPC-pectina

Ensaios Legenda Tempo **

(min) (UT)

Velocidade **

(rpm)(UT)

Pressão

(bar)(AP)

Passes

(AP)

13 ED5.A Fixo Fixo 150 3

14 ED5.B Fixo Fixo 250 3

15 ED5.C Fixo Fixo 150 1

16 ED5.D Fixo Fixo 250 1

*As siglas utilizadas na tabela são definidas como UT corresponde ao Ultra Turrax e AP corresponde

ao homogeneizador de alta pressão. ** O tempo e velocidade utilizado no Ultra Turrax foram definidos no estudo da primeira etapa de

obtenção das emulsões.

Os valores chamados como fixos serão obtidos nos ensaios da primeira etapa,

conforme estudo da densidade energética apresentado na Tabela 2.

Terceira etapa:

Essa última etapa foi obtido pela homogeneização de 50% da emulsão formada na

etapa anterior com 50% de cada dispersão de maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100 e

homogeneizados em rotor-estator (ULTRA TURRAX MA-102, Marconi, Piracicaba, Brasil)

por 4 minutos a 16.000 rpm (CARVALHO, 2013).

4.2.5 Obtenção das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite

As emulsões estabilizadas por WPC foram produzidas seguindo o mesmo

procedimento anterior, porém sem adicionar a dispersão de pectina ao sistema. O óleo de chia

foi emulsionado com a dispersão de WPC e homogeneizado primeiramente em rotor-estator

(ULTRA TURRAX MA-102, Marconi, Piracicaba, Brasil) por tempo e velocidade definidos

para emulsão estabilizada por WPC-pectina, seguida por homogeneização em alta pressão

(PANDA 2K - NS1001L, Niro Soave, Parma, Itália), em pressão e passagens definidas no

item anterior. Na etapa seguinte 50% dessa primeira emulsão foi adicionada de 50% da

dispersão de maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100, na forma pura e homogeneizada em

homogeneizador do tipo rotor-estator (ULTRA TURRAX MA-102, Marconi, Piracicaba,

Brasil) por 4 minutos a 16.000 rpm conforme descrito por Carvalho (2013). As concentrações

utilizadas neste processo estão apresentadas na Tabela 4.

47

Material e Métodos

Tabela 4 Composição da emulsão estabilizada por WPC Componentes g/100g de emulsão

WPC 0,5

Óleo de Chia 6,0

Maltodextrina 10DE e Hi-

Cap® 100*

23,5

*A Maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100 foram utilizados como materiais de parede adicionais,

na forma pura.

4.2.6 Caracterização das emulsões formadas

As emulsões obtidas foram caracterizadas quanto à estabilidade, distribuição de

tamanho e diâmetro médio das gotas, microscopia óptica, densidade de carga superficial,

comportamento reológico e tensiômetria interfacial.

4.2.6.1 Estabilidade

Alíquotas de 100 mL de cada emulsão, imediatamente após a etapa de

homogeneização, foram transferidas para provetas graduadas de 100 mL, seladas e estocadas

à temperatura ambiente por 24 horas. A estabilidade foi medida através da altura da fase

superior em triplicata, sendo a separação de fases (SF) descrito pela Equação 5.

𝑆𝐹(%) = (𝐻

𝐻0) × 100 (5)

Onde: H0 corresponde à altura inicial e H representa a altura da fase superior após 24

horas.

4.2.6.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas

A distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas de todas as emulsões foi

determinada pela utilização da técnica de espalhamento de luz por difração a laser, através do

equipamento Mastersizer 2000 (Malvern Instruments Ltd, Malvern, Reino Unido). Essas

medidas foram realizadas a 25 °C, logo após a homogeneização. O diâmetro médio foi

determinado considerando-se o diâmetro médio de uma esfera de mesma área (Diâmetro

médio superficial - D[3,2]), apresentado na Equação 6 e o índice de dispersão foi apresentado

como span, conforme Equação 7. As amostras foram analisadas em quintuplicata, por via

úmida, com dispersão em água destilada.

48

Material e Métodos

𝐷[3,2] =∑ 𝑛𝑖𝑑𝑖

3

∑ 𝑛𝑖𝑑𝑖2 (6)

𝑠𝑝𝑎𝑛 =(𝑑90−𝑑10)

𝑑50 (7)

Onde: di é o diâmetro das gotas; n é o número de gotas e d10, d50 e d90 são os

diâmetros de 10%, 50% e 90% do volume acumulado, respectivamente.

4.2.6.3 Microscopia óptica

Uma pequena porção da emulsão foi colocada em lâminas, as quais foram cobertas

com lamínulas e observadas em um microscópio ótico Carl Zeiss (modelo Axio Scope A1,

Gottingen, Alemanha) e visualizadas no aumento de 40x e 100x.

4.2.6.4 Densidade de carga superficial

O potencial zeta (ζ) consiste na relação entre direção e velocidade do movimento das

gotas da emulsão ou dispersão, em um campo elétrico bem definido. As amostras foram

diluídas em água acidificada com HCl 10 mol/l pH 3,8, para uma concentração de

aproximadamente 0,01% para a faixa de detecção do equipamento, segundo adaptações da

metodologia de Ogawa, Decker e McClements (2004). A densidade de carga superficial das

gotas das emulsões foi determinada através do medidor de potencial zeta (ζ), utilizando uma

câmara de medição de microeletroforese (ZetaSizer Nano-ZS, Malvern Instruments Ltda,

Worcestershire, Reino Unido). As medidas foram realizadas em duplicata e em temperatura

ambiente.

4.2.6.5 Comportamento reológico

A medida da viscosidade das emulsões foi realizada através da determinação das

curvas de escoamento. Os ensaios foram realizados em um reômetro Physica MCR301

(Anton Paar, Graz, Áustria). As medidas foram realizadas em triplicata, em geometria de

placa cone de 6 cm de diâmetro e ângulo de 2°, com temperatura controlada em 25 °C por

sistema Peltier e Gap de 67 mm. As emulsões foram avaliadas 24 horas após seu preparo. Os

reogramas obtidos foram ajustados de acordo com modelos matemáticos empíricos para

fluídos Newtonianos, Herschel-Bulkley (HB) e Lei da Potência.

As curvas de escoamento foram realizadas para todas as emulsões produzidas. As

análises foram realizadas em três etapas, a primeira etapa (subida 1) com taxa de deformação

crescente de 0 a 1000 s-1

, a segunda (descida) com taxa decrescente de 1000 a 0 s-1

e por fim a

terceira (subida 2) com taxa crescente de 0 a 1000 s-1

.

49

Material e Métodos

A viscosidade aparente das emulsões foi calculada como a relação entre a tensão de

cisalhamento (σ) e a taxa de deformação (�̇�), conforme descrito nas Equações 8 e 9.

𝜎 = γ̇ × 𝜇 (8)

𝜎 = 𝑘 × (�̇�)𝑛 (9)

Onde: μ corresponde à viscosidade (Pa.s); k corresponde ao índice de consistência

(Pa.sn) e n corresponde ao índice de comportamento.

4.2.6.6 Tensiômetria interfacial

A tensão interfacial entre a fase oleosa e aquosa nas mesmas composições das

emulsões estabilizadas por WPC estudadas foi avaliada utilizando um tensiômetro Tracker-S

(Teclis, França), pelo método da gota pendente. O método da gota pendente baseia-se na

deformação do perfil da gota em função da tensão interfacial. Os ensaios foram realizados a

25±0,5°C com a formação de uma gota da fase aquosa na fase oleosa.

4.2.7 Secagem por atomização

Foi utilizado um secador laboratorial com sistema de atomização (mini spray dryer B-

290) marca Büchi (Büchi Labortechnik AG, Switzerland), que possui uma câmara de secagem

de 16,5 cm × 60 cm (D x H) e um bico atomizador do tipo duplo fluido, com orifício de 0,7

mm, conforme apresentado na Figura 7. A alimentação do secador foi realizada através de

uma bomba peristáltica, com vazão de 5,5 mL/min. A temperatura de saída do ar foi

monitorada, para observar sua variação em função dos parâmetros adotados na alimentação do

secador e das características do produto final. A vazão do ar de secagem foi fixada em 35

m3/h, a pressão do ar comprimido de 6 bar e a vazão do ar comprimido de 1 m

3/h. A

temperatura do ar de secagem do equipamento foi fixada em 170 °C (FRASCARELI et al.,

2012; CARVALHO, SILVA e HUBINGER, 2014). Foi utilizado também um

desumidificador de ar, marca Büchi, modelo B-296 (Büchi Labortechnik AG, Switzerland),

com a finalidade de fornecer ar com umidades relativas similares para todas as secagens

(40%), independente das condições atmosféricas do dia do experimento.

50

Material e Métodos

Figura 7 Spray dryer Büchi utilizado nos processos de secagem

4.2.8 Eficiência de encapsulação

Após a formação das partículas no spray dryer, foi realizada a determinação da

eficiência de encapsulação, sendo que a quantidade de óleo total foi considerada igual à

quantidade de óleo inicial na emulsão, pois se trata de um óleo não volátil.

4.2.8.1 Quantidade de óleo na superfície e eficiência de microencapsulação

A quantidade de óleo não encapsulado presente na superfície das micropartículas foi

determinada através do método descrito por Bae e Lee (2008). Quinze mililitros de hexano

foram adicionados a 1,5 g de pó em um frasco de vidro com tampa e agitado manualmente

para extração do óleo livre, por dois minutos à temperatura ambiente. A mistura do solvente

foi filtrada através de um filtro de papel Whatman número 1. O pó coletado no filtro foi

“lavado” três vezes com 20 mL de hexano. Em seguida, foi realizada a evaporação do

solvente primeiramente em temperatura ambiente, seguida por secagem em estufa a 60 ºC até

atingir peso constante. A quantidade de óleo não microencapsulado foi determinada pela

diferença de massa antes e depois da extração com hexano e a eficiência de

microencapsulação (EE) foi calculada a partir da Equação 10.

𝐸𝐸 = (ó𝑙𝑒𝑜𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙−ó𝑙𝑒𝑜𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒

ó𝑙𝑒𝑜𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) × 100 (10)

51

Material e Métodos

Sendo que óleototal é a quantidade de óleo total utilizado na emulsão e óleosuperfície é a

quantidade de óleo extraído da superfície das micropartículas.

4.2.9 Caracterização das partículas obtidas no processo de secagem

As partículas obtidas foram caracterizadas de acordo com o conteúdo de umidade,

atividade de água, distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas, microscopia

óptica, conforme descrito no item 4.3.4.3, e microestrutura.

4.2.9.1 Conteúdo de umidade e atividade de água

O conteúdo de umidade das micropartículas foi determinado gravimetricamente, por

secagem em estufa de circulação forçada a 105 °C. A análise foi realizada em triplicata, onde

3 g de amostra foram levadas a estufa até atingir peso constante (AOAC, 2005). A atividade

de água foi medida em um higrômetro digital Aqualab, Dew Point, Water Activity Meter,

4TEV (Decagon Devices Inc., Pulman, EUA). As análises foram realizadas em temperatura

ambiente, em três repetições.

4.2.9.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas

A distribuição de tamanho e diâmetro médio de micropartículas foram determinadas

por um analisador de tamanho de partículas por difração a laser no equipamento Mastersizer

2000 (Malvern Instruments Ltd, Malvern, Reino Unido). O diâmetro médio foi determinado

baseando-se no diâmetro médio de uma esfera de mesmo volume, o diâmetro de De

Brouckere D[4,3], conforme apresentado na Equação 11. As amostras foram analisadas em

quintuplicata, por via úmida, com dispersão em etanol 99,5%.

𝐷[4,3] =∑ 𝑛.𝑑𝑖

4𝑛𝑖=1

∑ 𝑛.𝑑𝑖3𝑛

𝑖=1

(11)

Onde: di é o diâmetro das partículas e n é o número de partículas.

4.2.9.3 Microestrutura

As análises de microscopia eletrônica de varredura foram realizadas de acordo com os

procedimentos descritos por Rosenberg et al. (1993). As amostras foram fixadas em porta-

espécimes metálicas (stubs) de 12 mm de diâmetro e 10 mm de altura, através do uso de uma

fita adesiva. Para obtenção de imagens do interior das paredes e dos poros das micropartículas

foi realizada uma raspagem manual em metade da amostra fixada no stub. Após essa etapa,

52

Material e Métodos

foi realizado o recobrimento das amostras através do processo de evaporação de ouro a vácuo

em um aparelho metalizador Sputter Coater POLARON SC7620, VG Microtech (Uckfield,

Inglaterra) à uma taxa de recobrimento de 0,17 Å/mA.volt.s, por 180 segundos, com corrente

de 3 mA, 1 Volt, portanto espessura de 92 Å. As amostras metalizadas foram mantidas em um

suporte fechado, dentro de um dessecador, até o momento da observação no microscópio

eletrônico de varredura LEO 440i - 6070 (LEICA Electron Microscopy Ltd., Cambridge,

Inglaterra), operando com 15 kV e corrente de feixe igual a 150 pA. A aquisição das imagens

foi realizada pelo LEO software, versão 3.01.

4.2.10 Estabilidade oxidativa

4.2.10.1 Análise de oxidação

O método Rancimat é amplamente aceito para a determinação da estabilidade à

oxidação de gorduras e óleos e também pode ser utilizado para determinar a estabilidade à

oxidação de sólidos que contêm gorduras ou óleos, como para microparticulas de óleo de café

verde obtidas por spray drying (CARVALHO, SILVA e HUBINGER, 2014; SILVA, VIEIRA

e HUBINGER, 2014). Os produtos voláteis da oxidação das micropartículas e do óleo de chia

foram avaliados de acordo com o tempo de indução mensurado pela condutividade

proporcionada pelos produtos formados durante a oxidação. O sistema permite avaliar o

período de indução da curva K=f(t), onde K é a condutividade expressa em μS/cm e o tempo

em horas (t). O tempo de indução é definido pelo tempo necessário para atingir o ponto de

inflexão na curva, o qual é calculado pela intersecção da reta tangente à curva projetada ao

longo do eixo do tempo. As análises foram realizadas no equipamento Biodiesel Rancimat

873 (Metrohm, Herisau, Switzerland) em duplicata, utilizando-se cerca de 2 gramas de

amostra (micropartículas e óleo de chia), para cada tratamento. A temperatura utilizada foi de

120 °C e o fluxo de ar foi de 20 litros/ hora. Foram avaliados o óleo de semente de chia bruto

e as micropartículas obtidas na secagem.

Essa análise foi realizada na Central Analítica do Instituto de Química/UNICAMP.

53

Material e Métodos

4.3 ANÁLISE DE RESULTADOS

Os resultados obtidos para as diferentes emulsões e micropartículas foram analisados

por Análise de Variância utilizando-se o Software Statistica 8,0 (Statsoft, Tulsa, EUA). O

Teste de Tukey foi utilizado para a análise de diferença de médias, com p ≤ 0,05.

54

Resultados e Discussão

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 CARACTERIZAÇAO DO ÓLEO DE SEMENTE DE CHIA (Salvia Hispânica L.)

Após a recepção do óleo, o mesmo foi caracterizado em relação ao índice de peróxidos,

densidade, pH e aspecto visual, cor e odor, conforme metodologia descrita no Item 4.2.1. Os

resultados obtidos estão apresentados na Tabela 5.

Tabela 5 Características e especificações do óleo de semente de Chia

Características Valores

Índice de peróxidos (meq/kg) 6,03

Densidade (25 oC) (g/L) 0,9261

pH 9,10

Aspecto Líquido pouco viscoso

Cor Amarelado

Para obter o índice de peróxidos do óleo de chia, primeiramente foi construída a curva

padrão de acordo com o método IDF. O coeficiente de correlação (R2) obtido para a curva foi

de 0,9933. O índice de peróxidos obtido para o óleo de chia foi de 6,03 meq de peróxidos/kg

de óleo de chia, sendo que a amostra não excedeu o limite superior de 10 meq/kg estabelecido

pelo Codex Alimentarius para óleos que não possuem normas individuais (ALIMENTARIUS,

1999).

A caracterização do óleo de semente de chia foi realizada também através da determinação

dos ácidos graxos presentes neste óleo; a metodologia utilizada está descrita no item 4.2.1.3.

A Tabela 6 apresenta os valores dos ácidos graxos.

Pode-se observar na Tabela 6 que os ácidos graxos de maior concentração no óleo de

chia são linolênico (C18:3) 60,21% e linoleico (C18:2) 20,21%, sendo estes os ácidos graxos

poli-insaturados ômega 3 e 6 importantes no óleo de chia. Os resultados estão de acordo com

os dados apresentados na literatura para óleo de semente de chia (AYERZA e COATES,

2011; IXTAINA, NOLASCO e TOMÁS, 2012; GUIOTTO et al., 2014). Os dados

apresentados possuem uma pequena diferença dos encontrados na literatura o que pode ser

explicado por variações no método de extração e também na colheita das sementes.

55


Tabela 6 Composição dos ácidos graxos do óleo de semente de chia (Salvia hispânica L.)

Ácido graxo (%m/m) Área (%)

C14:0 – mirístico 0,06

C15:0 – pentadecanóico 0,03

C16:0 – palmítico 7,19

C16:1 – palmitoléico 0,07

C17:0 – margárico 0,04

C17:1 – cis-10-heptadecenóico 0,04

C18:0 – esteárico 3,42

C18:1 – oleico 7,46

C18:2 – trans t-linoléico 0,22

C18:2 – linoleico 20,21

C18:3 – trans t-linolênico 0,25

C18:3 – linolênico 60,21

C20:0 – araquídico 0,30

C20:1 – eicosenóico 0,19

C22:0 – behênico 0,19

C24:0 lignocérico 0,12

*Cx:y – onde x é o número de carbonos e y é o número de ligações duplas.

5.2 DENSIDADE DE CARGA SUPERFICIAL

A determinação das curvas de potencial zeta (mV) das dispersões de proteína (WPC) e de

polissacarídeo (pectina) é importante, uma vez que permite identificar a possibilidade de

ocorrer a interação eletrostática entre esses dois compostos na formação das emulsões

estabilizadas por WPC-pectina. Na Figura 8 é possível visualizar o perfil do potencial zeta das

dispersões de WPC e pectina nos diferentes pH avaliados (2 a 9).

56


Figura 8 Influência do pH sobre o potencial zeta das dispersões de WPC e pectina

Pode-se observar que o WPC apresenta ponto isoelétrico (pI) em pH 4,3; acima deste

valor ele apresenta caráter aniônico e abaixo, caráter catiônico, já a pectina apresenta caráter

aniônico em toda faixa de pH estudada. Rodrigues et al. (2014), em seu estudo encontraram

um pI para o WPC de 4,5, sendo este valor muito próximo ao apresentado.

Através destas curvas pode-se observar que para valores de pH inferior a 4,0, os

materiais WPC e pectina apresentaram caráter aniônico e catiônico, respectivamente. Sendo

assim, para o preparo das emulsões estabilizadas por esses materiais definiu-se o pH em 3,8,

uma vez que a presença de cargas opostas permitirá a interação eletrostática entre o WPC e

pectina, como apresentado na Tabela 7. Neste mesmo valor de pH, a maltodextrina 10 DE e o

Hi-Cap® 100 encontram-se muito perto de zero, podendo portanto, ser considerados com

carga neutra.

Tabela 7 Densidade de carga superficial das dispersões de maltodextrina 10DE, HiCap® 100,

WPC e pectina em pH 3,8

Materiais de parede Potencial zeta (mV)

Maltodextrina 10DE -3,79±0,43

Hi-Cap® 100 -3,37±0,12

WPC +13,37±0,23

Pectina -40,38±0,94

57


5.3 ENSAIOS PRELIMINARES

5.3.1 Caracterização das emulsões produzidas com diferentes concentrações de WPC

As emulsões estabilizadas por WPC produzidas nas diferentes concentrações de WPC

e passagens no homogeneizador de alta pressão foram caracterizadas quanto à estabilidade,

distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas, densidade de carga superficial,

microscopia ótica, comportamento reológico e tensiômetria.


A estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC e óleo de chia foi avaliada

conforme descrito no item 4.2.6.1 Para a obtenção das emulsões foram utilizadas três

diferentes concentrações de WPC e dois diferentes passes no homogeneizador de alta pressão.

A estabilidade após 24 horas pode ser observada na Figura 9.



passagem

As emulsões preparadas foram analisadas durante as quatro primeiras horas após o

processo de emulsificação e após 24 horas. Observou-se que nas primeiras horas as emulsões

se mantiveram estáveis, mas no período de 24 horas ocorreu separação de fases (SF), mesmo

sem ter ocorrido a separação do óleo livre. De acordo com a Figura 9 as emulsões A e C

apresentaram separação de fases, SF= 60,23%±0,32 e SF=77,95% ± 0,15, respectivamente,

após 24 horas de análise. Pode-se observar que as emulsões onde ocorre separação de fases

58


são os extremos de concentração, ou seja, a de maior e menor concentração de WPC; já a

emulsão B, de concentração intermediária, não apresentou nenhuma separação de fases. É

importante ressaltar que essas emulsões foram submetidas a somente uma passagem no

homogeneizador à alta pressão, o que pode ser um fato relevante no processo de separação de

fases, onde não deve ter ocorrido a total quebra das gotas devido ao baixo número de

passagens o que explica a baixa estabilidade, pois gotas maiores são menos estáveis.

Na Figura 10 estão apresentadas as emulsões obtidas no mesmo processo anterior; o

que variou entre elas foi o número de passagens em homogeneizador de alta pressão, sendo

neste caso utilizadas três passagens.



passagens

Analisando as Figuras 9 e 10 pode-se observar que o número de passagens no

homogeneizador de alta pressão interferiu na estabilidade das emulsões de mesma

concentração. Foi observado que quanto maior o número de passagens, maior foi a quebra das

gotas, devido à maior energia utilizada no processo, resultando em emulsões mais estáveis.

Importante lembrar que quando são utilizados elevados níveis de pressão juntamente com

maior número de passagens, gotículas muito pequenas podem ser formadas e as mesmas

coalescerem (KUHN e CUNHA, 2012).

A separação de fases também pode ser relacionada com a quantidade de agente

emulsionante; portanto, quanto menor a concentração de agente, menor é a quantidade do

mesmo que irá recobrir as gotículas de óleo, com isso ocorre a rápida coalescência das gotas

(FRASCARELI et al., 2012). A elevada concentração de agente encapsulante também é

59


responsável pelo processo de separação de fases, pois podem ocorrer excessos de agente sem

interagir com as gotículas de óleo.

Kuhn e Cunha (2012), em seu estudo de estabilidade de emulsões obtidas com 30% de

óleo de linhaça e 3% de isolado proteico de soro de leite e submetidas a diferentes níveis de

pressão, entre 200 e 1.000 bar, e diferentes passagens no homogeneizador, variando entre 1 e

7 passagens, observaram que em todos os níveis de pressão e passagens utilizados não ocorreu

a separação de fases no período de 24 horas após o preparo das emulsões.


As emulsões produzidas com diferentes concentrações de WPC e diferentes passagens

em alta pressão foram submetidas à análise de distribuição de tamanho e diâmetro médio das

gotas (D3,2) conforme descrito no item 4.2.6.2. Na Tabela 8 estão apresentados os diâmetros

médios obtidos, juntamente com os valores de span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) e na Figura 11 e 12

os gráficos de distribuição de tamanho.

60


Tabela 8 Diâmetro médio de gota, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) das emulsões obtidas com diferentes concentrações de WPC e diferentes

passagens em homogeneizador de alta pressão

Análises 1 passe 3 passes

0,5% 1,0% 2,0% 0,5% 1,0% 2,0%

Diâmetro médio (μm) 3,90±0,40 A,a

2,60±0,26 B,a

3,84±0,26 A,a

2,38±0,16 B,b

2,68±0,28 A,a

1,28±0,12 C,b

Span 1,99±0,13 B,b

1,99±0,11 B,a

2,45±0,11 A,a

2,49±0,28 A,a

1,85±0,07 A,a

5,40±4,61 A,a

d(0,1) 1,53±0,13 B,a

1,21±0,09 A,a

1,93±0,15 A,a

0,98±0,07 B,b

1,29±0,26 A,a

0,62±0,03 C,b

d(0,5) 7,26±1,03 A,a

4,40±0,19 C,a

6,39±0,54 B,a

4,10±0,40 A,b

4,60±0,54 A,a

1,67±0,38 B,b

d(0,9) 15,95±1,64 A,a

10,00±0,56 B,a

17,67±2,04 A,a

11,12±0,61 A,b

9,08±1,02 A,a

9,01±6,53 A,b

*Valores são média de dois ensaios, com cada amostra analisada em triplicata.

*Letras maiúsculas diferentes em cada linha refere-se a diferença estatística de cada análise em relação a concentração (0,5; 1,0 e 2,0%), letras minúsculas

diferentes em cada linha refere-se a diferença estatística na mesma concentração em relação aos passes (1 e 3) em homogeneizador de alta pressão. Diferenças

estatisticamente significativa (p≤0,05).

61


O diâmetro médio das gotas foi medido após o preparo das emulsões. Pode-se

observar que a emulsão que apresentou maior tamanho de gota (3,90 μm) foi a emulsão

produzida com a menor concentração de WPC (0,5%) e menor número de passes no processo

de homogeneização em alta pressão, já a emulsão que apresentou um menor diâmetro (1,28

μm) foi a de maior concentração de WPC (2 %) e maior número de passes no processo de

homogeneização.

Nas emulsões obtidas com três passagens em alta pressão, ocorreu uma diminuição do

diâmetro médio das gotas com o aumento da concentração de agente emulsionante (0,5 e

2,0%). Este resultado pode ocorrer devido ao fato de não haver mais emulsionante disponível

para o recobrimento da interface óleo-água formado durante o processo de homogeneização e

também por essas interfaces em concentrações mais elevadas de emulsionantes saturarem

rapidamente (CHAROEN et al., 2011; MAO e MCCLEMENTS, 2013; MAINDARKAR,

HOOGLAND e HENSON, 2015). Já no processo de homogeneização em alta pressão, com

somente uma passagem, não se observou uma sequência de resultados esperados. Os maiores

diâmetros médios de gotas foram nas emulsões de maior e menor concentração.

Observa-se que a emulsão com maior tamanho de gota (3,90 μm) obtida com 0,5%

WPC e somente uma passagem no homogeneizador de alta pressão também foi a que

apresentou separação de fases. Como explicado anteriormente, este fato pode ser relacionado

à baixa concentração de agente emulsionante aliado com o menor nível de homogeneização,

gerando assim a rápida coalescência das gotas, que está diretamente ligada a estabilidade.

Pode-se observar na Tabela 8 que o número de passagens no homogeneizador de alta

pressão não apresentou diferença estatística entre os diâmetros médios na concentração de

1%. Neste caso a concentração de WPC está em um nível desejável para a obtenção de

emulsões estáveis, independente do número de passes no processo de homogeneização por

alta pressão.

62




estabilizada com 0,5% de WPC, (B) emulsão estabilizada com 1,0% de WPC e (C) emulsão

estabilizada com 1,5% de WPC. Linha tracejada : 1 passe (pressão 350 bar) e linha continua:

3 passes (pressão 350 bar).

Observou-se que a distribuição de tamanho na concentração de 0,5% de WPC (Figura

11-A) foi semelhante nas diferentes passagens no homogeneizador a alta pressão. Em relação

a polidispersidade, a emulsão (0,5% de WPC) submetida a três passagens em homogeneizador

de alta pressão apresentou maior índice de polidispersidade (Tabela 8). Já a concentração de

1,0% (Figura 11-B) apresentou distribuição de tamanho semelhante nos dois diferentes

passes, e como observado na Tabela 8 não apresentou diferenças estatísticas entre os

diâmetros médios e a polidispersidade em relação ao numero de passes (1 e 3) na mesma

concentração de WPC (1,0%).

Para a concentração de 2,0% (Figura 11-C) foi observado uma situação bem distinta

das anteriores, o número de passes em homogeneizador de alta pressão resultou em diferenças

na distribuição de tamanho nas emulsões produzidas nessa mesma concentração de WPC. A

emulsão submetida à somente uma passagem em homogeneizador de alta pressão, apresentou

variação de tamanho entre 1 e 100 μm; a emulsão obtida com três passagens resultou na

distribuição de tamanho entre 0,1 e 10 μm e um pequeno pico entre 100 e 500 μm, o que pode

63


indicar uma possível formação de aglomerados proteicos. Na Tabela 8 pode-se observar que a

emulsão submetida a três passagens em homogeneizador de alta pressão apresentou maior

valor de polidispersidade (5,40±4,61) quando comparada com a emulsão submetida a somente

uma passagem (2,45±0,11), porém foram estatisticamente iguais em virtude do alto desvio

padrão apresentado em 3 passagens. A emulsão submetida a três passagens em

homogeneizador de alta pressão apresentou menor diâmetro médio de gota (Tabela 8), porém

a presença de um pequeno volume de gotas variando entre 100 e 500 μm, como observado na

Figura 11-C, proporcionou um maior índice de polidispersidade.

A Figura 12 apresenta a distribuição de tamanho relacionando o efeito das

concentrações de WPC para cada valor de passe avaliado no processo de homogeneização. De

maneira geral as distribuições de tamanho apresentaram-se monomodais, com alta

polidispersidade, típicas de emulsões obtidas por cisalhamento. Os dados de polidispersidade

(span) das emulsões estão apresentados na Tabela 8.



estabilizada com diferentes concentrações de WPC submetidas a 1 passagem em

homogeneizador de alta pressão e (B) emulsão estabilizada com diferentes concentrações de

WPC submetidas a 3 passagens em homogeneizador de alta pressão (--- 0,5%, ..... 1,0% e ___

2,0%)

5.3.1.3 Microscopia ótica

A microscopia ótica das emulsões obtidas em diferentes concentrações e passagens em

alta pressão foi realizada para a melhor caracterização desta etapa. Com as imagens obtidas

pode-se analisar a distribuição das gotas. As imagens das diferentes concentrações com uma

64


passagem em alta pressão estão apresentadas na Figura 13 e foram obtidas conforme descrito

no item 4.2.6.3.



com 1 passagem: 0,5% (A), 1,0% (B) e 2,0% (C), aumento de 100x

A emulsão 0,5%, (Figura 13-A) apresentou espaços vazios entre as gotas, o que pode

ser observado também na emulsão 1,0%, (Figura 13-B). Está formação de espaços vazios

pode estar relacionada com o preparo das laminas para a realização da leitura, pois no

momento em que era colocada a lamínula resultava na formação desses espaços.

As imagens de microscopia ótica estão de acordo com os resultados obtidos no

diâmetro médio das gotas, onde se pode observar que as emulsões apresentaram valores

elevados devido à coalescência apresentada nas gotas.

Na Figura 14 estão apresentadas as imagens das microscopias óticas das emulsões

estabilizadas com óleo de chia e diferentes concentrações de WPC submetidas a três

passagens em homogeneizador de alta pressão.

65




com 3 passes: 0,5% (A), 1,0% (B) e 2,0% (C), aumento de 100x

A partir das micrografias fica evidente que a emulsão com concentração de WPC 2,0%

(Figura 14-C) e três passagens em homogeneizador de alta pressão apresentou o menor

diâmetro médio (Tabela 8), sendo aproximadamente 33% inferior às outras amostras

(1,28±0,12 µm). A emulsão obtida com concentração de 0,5% de WPC (Figura 14-A) com

três passagens em homogeneizador de alta pressão apresentaram o segundo menor diâmetro

de gota sendo 66% inferior as outras emulsões. As emulsões com menores concentrações de

WPC 0,5% (Figura 14-A) e 1,0% (Figura 14-B) também apresentaram espaços vazios na

microscopia, conforme foi observado na Figura 13, o que também pode ser explicado pela

formação dos sulcos no processo de preparação das laminas para leitura.

Emulsões obtidas com somente uma passagem em homogeneizador de alta pressão

apresentaram gotas maiores em suas microscopias, como se pode observar na Figura 13. Já

emulsões obtidas com três passagens em alta pressão possuem tamanho de gotas menores e

uniformes, ou seja, não apresentam gotas com coalescência, observado na Figura 14.

66



A densidade de carga superficial das emulsões foi realizada conforme descrito no item

4.2.6.4 e esta apresentado na Tabela 9.

Tabela 9 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por concentrado proteico

de soro de leite (WPC) em diferentes concentrações e passagens em homogeneizador de alta

pressão

Potencial Zeta (mV)

Concentração (%)

Passes 0,5 1,0 2,0

1 +22,15±1,14 A,a

+22,27±0,56 A,a

+19,92±0,86 B,b

3 +21,53±1,28 A,b

+22,63±1,26 A,ab

+23,11 ±2,03

A,a

*Valores são média de dois ensaios, com cada amostra analisada em triplicata. Letras maiúsculas diferentes em cada linha e letras minúsculas diferentes em cada coluna representam

diferenças estatisticamente significativa (p≤0,05).

Os valores de potencial zeta se mantiveram positivos na obtenção das emulsões; o que

ocorreu foi uma pequena diferença estatística entre os valores obtidos nas diferentes

concentrações e passes avaliados. Segundo Chuah el al. (2009), emulsões que apresentam

valores de potencial zeta abaixo de 20 mV são pouco estáveis e abaixo de 5mV são emulsões

mais propensas a agregação, emulsões estáveis devem apresentar potencial zeta acima de 30

mV. Pode-se observar que a emulsão com concentração de 2,0% submetida a uma passagem

em alta pressão apresentou potencial zeta menor que 20 mV, o que explica a sua baixa

estabilidade, mostrada na Figura 9. Já a emulsão com concentração 0,5% com uma passagem

em alta pressão não foi estável e apresentou potencial zeta próximo a 20 mV.

São dois os mecanismos responsáveis pela estabilização de emulsões, a estabilização

estérica, onde as macromoléculas são adsorvidas na gota do óleo, e também a estabilização

eletrostática, que ocorre pela atração entre as cargas. Além disso, pode ocorrer também a

estabilização pelos dois mecanismos conjuntamente, conhecida como eletroestérica. Esses

mecanismos variam de acordo com o material utilizado (BOHMER, EVERS e

SCHEUTJENS, 1990; LINSE, 1996). A emulsão obtida com 1,0% de WPC pode ser

classificada como uma estabilização estérica, onde todas as gotas de óleo foram recobertas

por WPC; com isso não resultou na separação de fases e também apresentaram o maior valor

de potencial zeta, acima de +22 mV.

67


Em geral, o efeito do número de passagens no homogeneizador de alta pressão exerceu

diferença significativa nos valores de carga superficial das partículas. Como são cargas

superficiais, as diferenças apresentadas foram muito pequenas para serem consideradas.

Mantovani (2012), produziu emulsões estabilizadas com isolado proteico de soro de

leite (WPI) na concentração de 2,0% em pH 3,0, variando os níveis de pressão utilizados no

processo de homogeneização em alta pressão. Os valores obtidos de potencial zeta foram

acima de +30 mV nas emulsões produzidas nos diferentes níveis de pressão avaliados.

Segundo o autor a produção de emulsões em pH 3,0 abaixo do pI da proteína resulta na

protonação dos grupos amino, gerando emulsões mais estáveis com maiores valores de

potencial zeta.

5.3.1.5 Comportamento Reológico

As curvas de escoamento foram realizadas para todas as emulsões produzidas,

inclusive para as emulsões que sofreram separação de fases após 24 horas de preparo. Nestas

emulsões foi realizada a análise de reologia para a fase superior (FS) e inferior (FI). As

análises foram feitas em três etapas, a primeira etapa (subida 1) com taxa de deformação

crescente de 0 a 1.000 s-1

, a segunda (descida) com taxa decrescente de 1000 a 0 s-1

e por fim

a terceira (subida 2) com taxa crescente de 0 a 1000 s-1

. As curvas de escoamento obtidas

foram ajustadas pelos modelos matemáticos empíricos para fluído Newtoniano, Lei da

Potência e Herschel-Bulkley (HB). As curvas utilizadas para o ajuste foram as referentes à

subida 2. A metodologia utilizada está descrita no item 4.2.6.5.

A Tabela 10 apresenta os dados experimentais para os três diferentes modelos

estudados. Pode-se observar que os dados apresentaram bons ajustes aos modelos Lei da

Potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB), pois os valores de R2 se apresentaram

superiores a 99% para as emulsões produzidas com diferentes concentrações de concentrado

proteico de soro de leite e diferentes passagens no homogeneizador de alta pressão. Como os

valores de n para o modelo da Lei da Potência foram próximos de 1 para as emulsões obtidas

com WPC nas concentrações de 0,5% FS, 1,0% e 2,0% FI com uma passagem no

homogeneizador de alta pressão e 0,5% com 3 passagens foram consideradas fluidos

Newtonianos. Já as emulsões com concentração de WPC 2,0%FS com uma passagem em

homogeneizador a alta pressão e nas concentrações 1,0% e 2,0% obtidas com 3 passagens

apresentaram valores de n inferiores a 1, sendo consideradas portanto, como fluidos

pseudoplásticos (lei da potência). Apenas a emulsão de concentração 0,5% FI apresentou

valores de n superior à 1 sendo então definida como fluido dilatante (lei da potência).

68


Tabela 10 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de

leite ao modelo da Lei da Potência, modelo de Herschel-Bulkley(HB) e ao modelo Newtoniano

Concentração

(%)

350

bar

Lei da Potência Newtoniano HB

k (Pa.sn) N R

2 (%) μ (Pa.s) R

2 (%) k (Pa.s

n) n σ0(Pa) R

2 (%)

0,5 FS

1

0,002±0,001 1,08±0,02 99,3 0,003±0 99,1 0,001±0 1,31±0,03 0,21±0,01 99,95

0,5 FI 0,001±0 1,16±0,01 99,0 0,002±0 98,1 0,001±0 1,48±0,01 0,18±0,01 99,98

1,0 0,006±0,001 0,94±0,01 99,8 0,004±0 99,6 0,003±0 1,05±0,01 0,20±0,01 99,98

2,0FS 0,016±0,001 0,88±0,01 99,9 0,007±0 99,2 0,012±0 0,91±0,01 0,13±0 100

2,0 FI 0,002±0,001 1,07±0,02 99,3 0,003±0 99,1 0,001±0 1,31±0,04 0,21±0,01 99,95

0,5

3

0,002±0 1,04±0,01 99,4 0,003±0 99,4 0,001±0 1,25±0,01 0,22±0,01 99,95

1,0 0,011±0,001 0,88±0,01 99,9 0,005±0 99,1 0,005±0 0,97±0,01 0,21±0 99,98

2,0 0,032±0,001 0,81±0 99,9 0,009±0 97,7 0,026±0 0,83±0,01 0,12±0,01 100

Onde: μ corresponde à viscosidade (Pa.s); k corresponde ao índice de consistência (Pa.sn); n corresponde ao índice de comportamento, σ0 corresponde a

tensão inicial (Pa) e R2 corresponde ao coeficiente de determinação.

69


As emulsões avaliadas foram ajustadas também para o modelo de Herschel-Bulkley

(HB), mas como se pode observar na Tabela 10, nenhuma das emulsões se adaptou a este

modelo, devido aos baixos valores de tensão inicial apresentado, inferiores a 0,22 Pa.

As Figuras 15 e 16 apresentam as curvas de escoamento (taxa de deformação versus

tensão de cisalhamento) das emulsões obtidas nas diferentes concentrações de WPC e

passagens em homogeneizador de alta pressão a 350 bar e as fases inferiores das emulsões

que sofreram separação de fases, respectivamente.

Figura 15 Curva de escoamento das emulsões nas diferentes concentrações de WPC

70


Figura 16 Curva de escoamento da fase inferior das emulsões nas diferentes concentrações de

WPC

Pode-se observar que as emulsões de maior concentração necessitam de uma tensão de

cisalhamento maior, sendo que quanto mais passagens no homogeneizador de alta pressão

maior é a tensão necessária para a deformação. As emulsões de maior concentração foram as

mais viscosas.

A fase inferior das emulsões com 0,5 e 2,0% de WPC apresentou perfil de escoamento

semelhante às curvas apresentadas na Figura 15, mas o que as difere é que não precisam de

elevados valores de tensão para que ocorra o cisalhamento visto que estas emulsões são

constituídas de muita água devido à separação de fases.

A Tabela 11 apresenta os valores obtidos para a viscosidade das diferentes emulsões.

Pode-se observar que as emulsões de maior concentração e de mais passagens no

homogeneizador de alta pressão foram as mais viscosas.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 200 400 600 800 1000

Ten

são

de

cis

alh

ame

nto

(Pa)

taxa de deformação (1/s)

2,0% (350/1)

0,5% (350/1)

71


Tabela 11 Valores de viscosidade obtidos para as diferentes emulsões

Viscosidade (taxa de 1000 s-1

) (Pa.s)

Concentração WPC(%)

Passes 0,5 1,0 2,0

1 FS- 0,003 ±0

A,c

0,004±0 B,b

FS- 0,007

±0

B,a

FI- 0,002±0 FI- 0,003±0

3 0,003±0 A,c

0,005 ±0

A,b 0,008

±0,001

A,a

*Valores são média de dois ensaios, com cada amostra analisada em triplicata.

letras maiúsculas diferentes em cada coluna e letras minúsculas diferentes em cada linha representam

diferenças estatisticamente significativa (p≤0,05).

As curvas de viscosidade aparente versus taxa de deformação das emulsões nas

diferentes concentrações e passagens em alta pressão e as curvas da fase inferior estão

apresentadas nas Figuras 17 e 18, respectivamente.

Figura 17 Curva de viscosidade para as diferentes concentrações de WPC

72


Figura 18 Curva de viscosidade da fase inferior das emulsões nas diferentes concentrações de

WPC

Pode-se observar que em todos os casos a viscosidade das emulsões diminuiu com o

aumento da taxa de deformação.

5.3.1.6 Tensiômetria dinâmica interfacial

Na Tabela 12 estão apresentados os valores de tensão interfacial entre o óleo de chia e

a dispersão de WPC em diferentes concentrações, em função do tempo. Os valores

apresentados foram obtidos conforme a metodologia descrita no item 4.2.6.6.

Tabela 12 Tensão interfacial entre a fase oleosa e diferentes concentrações de WPC na fase

aquosa

Concentração (%) Tensão interfacial (nM/m)

0,5 1,83±0,12 AB

1,0 1,69±0,04 B

2,0 2,03±0,10 A

*Valores são média de um ensaio, com cada amostra analisada em triplicata.

Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativa (p≤0,05).

A tensão interfacial varia com as diferenças de concentração de WPC. A concentração

intermediária (1,0%) foi a que apresentou menor valor de tensão interfacial, já a dispersão

com maior concentração de WPC (2,0%) foi a que apresentou maior tensão interfacial. A

73


menor concentração de WPC (0,5%) não apresentou diferença significativa entre as outras

duas.

Jafari, Beheshti, Assadpoor (2012), explicam que um bom emulsificante deve

apresentar rápida adsorção na interface criada durante o processo de emulsificação e também

a redução da tensão interfacial visando a quebra de gotas. Com isso ocorre a formação de uma

camada protetora impedindo a floculação das gotas.

De posse da caracterização das emulsões realizados no item 5.3.1., conclui-se que a

melhor concentração de WPC para obtenção das emulsões é a de 0,5% juntamente com três

passagens em alta pressão. Esta decisão foi tomada com base nos valores de estabilidade e

viscosidade, pois a emulsão na concentração fixada se apresentou estável ao longo do

processo com um valor de viscosidade baixo, o qual é melhor de ser trabalhada. A obtenção

de emulsões com menores concentrações de WPC que apresentem características desejáveis é

muito importante também para que ocorra a redução de custos no processo de fabricação das

mesmas.

Após a definição da concentração de WPC e processo de homogeneização que

selecionado para produção das emulsões estabilizadas por WPC, no próximo item será

estudada a melhor concentração de pectina para que ocorra a estabilização eletrostática entre

as duas camadas.

5.3.2 Caracterização das emulsões estabilizadas por WPC-pectina produzidas com

diferentes concentrações de pectina

Neste item são apresentadas emulsões estabilizadas por WPC na concentração de 0,5%

e pectina, produzidas com diferentes concentrações de pectina 0,25%; 0,5% e 1,0%

homogeneizadas em rotor-estator por 3 minutos a 16.000 rpm e após submetidas a uma

passagem em alta pressão a 280 bar, conforme descrito por Carvalho, Silva e Hubinger

(2014). Primeiramente foi obtida a emulsão primária de óleo de chia e WPC, na concentração

de 6% e 0,5%, respectivamente, em relação aos sólidos totais da emulsão, como definido no

item anterior. A emulsão primária foi submetida à homogeneização em rotor-estator por 3

minutos a 16.000 rpm e após três passagens à pressão de 350 bar em homogeneizador de alta

pressão (passagens também definidas no estudo do item 5.3.1). A partir da emulsão primária

foi realizado o estudo da melhor concentração de pectina para a formação da emulsão

estabilizada por WPC-pectina.

74


As emulsões estabilizadas por WPC-pectina com diferentes concentrações de pectina

foram caracterizadas quanto à estabilidade, distribuição de tamanho e diâmetro médio das

gotas, densidade de carga superficial, microscopia ótica e comportamento reológico.


As emulsões estabilizadas por WPC e pectina obtidas com diferentes concentrações de

pectina estão apresentadas na Figura 19, avaliadas conforme descrito no item 4.2.6.1.

Figura 19 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de

soro de leite-pectina em diferentes concentrações de pectina: 0,25% (A), 0,5% (B) e 1,0% (C)

Pode-se observar que todas as emulsões obtidas se mantiveram estáveis nas diferentes

concentrações de pectina avaliadas (0,25%, 0,5% e 1,0%). A adição de pectina nas emulsões

de WPC contribuiu para uma melhor estabilidade das mesmas, visto que as emulsões obtidas

somente com WPC (Figura 9 e 10) mesmo as estáveis não apresentaram-se satisfatórias.

No processo de obtenção de emulsões estabilizadas por WPC e pectina, são utilizados

polissacarídeos carregados e com isso ocorre a formação de complexos eletrostáticos, devido

à forte atração entre misturas de proteínas carregadas positivamente e polissacarídeos

carregados negativamente (RODRÍGUEZ PATINO e PILOSOF, 2011).


As emulsões produzidas com diferentes concentrações de pectina foram submetidas à

análise de distribuição de tamanho e diâmetro médio de gotas conforme descrito no item

4.2.6.2. Os valores obtidos estão apresentados na Tabela 13 e a distribuição de tamanho das

gotas na Figura 20.

75



diferentes concentrações de pectina

Concentração (%) Diâmetro médio (μm) span d(0,1) d(0,5) d(0,9)

0,25 1,19±0,06 A 2,09±0,67

A 0,64±0,02

A 1,36±0,08

A 3,55±1,15

A

0,5 1,03±0,03 B 2,21±0,67

A 0,56±0,01

B 1,16±0,03

B 3,15±0,84

A

1,0 0,89±0,04 C 1,65±0,06

B 0,50±0,02

C 1,01±0,04

C 2,18±0,12

B

*Valores são médias de dois ensaios, com cada amostra analisada em triplicata.

Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas (p≤0,05).

Observa-se que os diâmetros médios das gotas diminuíram conforme aumentou a

concentração de pectina na emulsão estabilizada por WPC-pectina. A emulsão primária de

WPC apresentou um tamanho de gota de 2,38±0,16 μm; a adição das diferentes concentrações

de pectina resultou na diminuição deste diâmetro, sendo que quanto menor o diâmetro, maior

é a estabilidade das emulsões, lembrando que, quando o tamanho das gotas é muito pequeno

pode ocorrer a coalescência das mesmas.

Carvalho, Silva, Hubinger (2014), produziram emulsões de óleo de café verde

estabilizadas por lecitina-quitosana e obtiveram tamanhos de gota menores após a adição da

quitosana, o que resultou na maior estabilidade da emulsão.

A distribuição de tamanho apresentada na Figura 20 mostra que não houve muita

diferença entre a distribuição de tamanho das gotas nas diferentes concentrações de pectina. A

emulsão estabilizada por WPC-pectina obtida com 1,0% de pectina foi a que apresentou

menor valor de polidispersidade e menor diâmetro médio das gotas, como pode ser observado

na Tabela 13. Esta diminuição do tamanho de gota com o aumento da concentração da pectina

pode ocorrer devido à maior atração entre as gotas de óleo, recobertas com WPC e carregadas

positivamente com a pectina de carga oposta.

76



concentrações de pectina

Os resultados apresentados para o diâmetro médio das gotas e estabilidade das

emulsões mostraram que, a adição da dispersão de pectina em emulsões de óleo de chia

estabilizadas com concentrado proteico de soro de leite permitiu maior estabilidade das

emulsões. Gharsallaoui et al. (2010), estudaram emulsões de óleo (miglyol 812 (Sasol®))

estabilizadas por proteína de ervilha e pectina e observaram um aumento da estabilidade das

mesmas após a adição de pectina. Esses autores concluíram que este aumento da estabilidade

das emulsões é importante durante o processo de secagem.


A microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC e pectina em diferentes

concentrações foi realizada para melhor caracterização deste processo. A Figura 21 apresenta

as imagens das gotas das emulsões, em diferentes concentrações de pectina, obtidas conforme

descrito no item 4.2.6.3.

77


Figura 21 Microscopia ótica das emulsões formada por WPC 0,5% e diferentes

concentrações de pectina: 0,25% (A), 0,5% (B) e 1,0% (C), aumento de 100x.

Todas as emulsões apresentaram boa distribuição, sem a existência de aglomerados ou

coalescência de gotas, independente da concentração de pectina. Com isso conclui-se que nas

três diferentes concentrações de pectina pode-se obter emulsões dispersas e estáveis.


Os valores de densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-

pectina obtidas com diferentes concentrações de pectina podem ser vistos na Tabela 14.

Tabela 14 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-pectinaobtidas

com diferentes concentrações de pectina

Concentração (%) Potencial Zeta (mV)

0,25 -27,62±0,47 C

0,5 -31,84±1,08 B

1,0 -36,24±1,08 A

*Valores são médias de dois ensaios, com cada amostra analisada em triplicata. Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas (p≤0,05).

78


Como esperado, o potencial zeta das emulsões estabilizadas por WPC-pectina passou

de positivo para negativo com a adição da pectina, ficando carregada negativamente devido

ao caráter aniônico da pectina. Observa-se ainda um aumento gradativo de cargas negativas

com o aumento da concentração de pectina na emulsão. Para as emulsões compostas de 0,5 e

1,0% de pectina os valores de potencial zeta foram acima de -30 mV, o que demonstra uma

elevada estabilidade nessas emulsões. A emulsão constituída de 0,25% apresentou um valor

um pouco abaixo de -30 mV.

Pode-se observar que após a adição da pectina e aumento de sua concentração ocorreu

a diminuição do tamanho de gota das emulsões, juntamente com a diminuição do tamanho

ocorreu um aumento do potencial zeta. Neste caso pode-se observar que quanto menor o

tamanho de gota, mais estáveis foram as emulsões devido ao aumento do potencial zeta, que

possui correlação com a estabilidade. Este maior valor de potencial zeta explica que houve

maior atração eletrostática entre as camadas de WPC e pectina, resultando em uma

diminuição no diâmetro médio das gotas e consequentemente, emulsões cineticamente mais

estáveis.

5.3.2.5 Comportamento Reológico

Na Tabela 15 pode-se observar que as emulsões apresentaram bons ajustes para

modelos Lei da potência e HB, onde apresentaram valores de R2 superiores a 99%. Para o

modelo Newtoniano somente a emulsão constituída de 1% de pectina apresentou R2 maior

que 99%. O valor de n para a emulsão constituída de 1,0% de pectina foi próximo a 1 quando

ajustada ao modelo de Lei da Potência e HB, podendo considerá-la, portanto, como fluido

Newtoniano. Já as emulsões obtidas com 0,25 e 0,5% de pectina quando ajustadas aos

modelos Lei da Potência e HB apresentaram valores de n menores que 0,9 e podem ser

consideradas, portanto, como fluidos pseudoplásticos.

Nesta etapa o comportamento reológico das emulsões avaliadas também é para o

modelo de Herschel-Bulkley (HB), com baixo coeficiente de correlação, devido aos baixos

valores de tensão inicial apresentado, todos abaixo de 0,21 Pa.

79


Tabela 15 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de

leite ao modelo da Lei da Potência, modelo de Herschel-Bulkley e ao modelo Newtoniano

Concentração (%) Pressão/

passes

Lei da Potência Newtoniano HB

k (Pa.sn) n R2

(%) μ (Pa.s) R2 (%) k (Pa.sn) n σ0(Pa) R

2 (%)

0,25

280/1

0,02±0,01 0,79±0,03 99,89 0,005±0 97,06 0,01±0,01 0,86±0,04 0,21±0,01 99,97

0,5 0,03±0 0,86±0,01 99,99 0,011±0 98,78 0,03±0 0,87±0,01 0,11±0,01 99,99

1,0 0,04±0,01 0,92±0,01 99,99 0,025±0 99,71 0,04±0,01 0,93±0,01 0,06±0,01 100



80


A curva de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação está apresentada na

Figura 22. Após a adição da pectina as emulsões foram submetidas a homogeneização em

rotor-estator por 16000 rpm por 3 minutos e após submetidas a homogeneização em alta

pressão por uma passagem a 280 bar. A emulsão formada por 1% de pectina necessitou de

uma tensão de cisalhamento elevada para que ocorresse deformação, fato que pode estar

relacionado à alta viscosidade que a emulsão apresentou. Os valores de viscosidade são

apresentados na Tabela 16.

Figura 22 Curva de escoamento das emulsões estabilizadas por WPC-pectina nas diferentes


Pode-se observar na Tabela 16 que os valores de viscosidade sofreram um pequeno

aumento após a adição da pectina. Maiores concentrações de pectina resultaram no aumento

da viscosidade da emulsão, o que influencia no aumento da tensão de cisalhamento dessas

emulsões.

Tabela 16 Valores de viscosidade obtidos para as diferentes emulsões

Concentração (%) Pressão (bar)/Passes Viscosidade (taxa de 1000 s-1

)(Pa.s)

0,25

280/1

0,005±0 C

0,5 0,011±0 B

1,0 0,025±0 A

*Valores são médias de um ensaio, com cada amostra analisada em triplicata.

Letras maiúsculas diferentes em cada coluna representam diferenças estatisticamente significativas

(p≤0,05).

81


As curvas de viscosidade das emulsões estabilizadas por WPC e diferentes

concentrações de pectina estão apresentadas na Figura 23.

Figura 23 Curva de viscosidade das emulsões estabilizadas por WPC-pectina nas diferentes


Com base nos estudos realizados pode-se concluir que a melhor concentração de

pectina para a obtenção das emulsões estabilizadas por WPC-pectina é de 0,5 %, pois se

apresenta estável, com uma distribuição e tamanho de gota adequado e valores de viscosidade

bons para serem trabalhados. Na obtenção das emulsões observou-se que esta concentração

era a melhor para se trabalhar, fornecendo uma emulsão com boa estabilidade cinética, baixa

viscosidade e tamanho de gota.

5.4 ESTUDO DA DENSIDADE ENERGÉTICA


concentrado proteico de soro de leite

Após a definição das concentrações de WPC e pectina, o estudo seguinte foi

relacionado a obter emulsões finais (WPC + pectina) estáveis com a menor densidade

energética necessária no processo de emulsificação. Os ensaios foram realizados conforme

descrito na Tabela 2, apresentada no item 4.2.4 do Material e Métodos.

82


As emulsões preparadas nas condições definidas nos ensaios preliminares (6% de óleo

de chia e 0,5% de concentrado proteico de soro de leite, em relação aos sólidos totais da

emulsão), foram submetidas à avaliação da densidade energética. As emulsões foram

submetidas há diferentes tempos e velocidades de homogeneização em rotor-estator e também

em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão. Esse estudo foi

realizado com objetivo de obter emulsões estáveis com os menores níveis de gasto energético.

Em cada etapa do processo as emulsões foram submetidas à análise de estabilidade,

distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas, densidade de carga superficial,

microscopia ótica e comportamento reológico, as metodologias foram descritas nos itens

4.2.6.1, 4.2.6.2, 4.2.6.3, 4.2.6.4.e 4.2.6.5, respectivamente.

5.4.1.1 Variação de tempo de homogeneização em rotor-estator

As emulsões produzidas neste item sofreram variação do tempo de homogeneização

em rotor-estator, os tempos avaliados foram de 1, 3 e 5 minutos. A velocidade de rotação no

rotor-estator foi mantida fixa no valor de 16.000 rpm e após foi submetida a cinco passagens

em homogeneizador de alta pressão, a 350 bar. Esses valores também foram fixados.

5.4.1.1.1 Estabilidade

A avaliação da estabilidade das emulsões obtidas com diferentes tempos de

homogeneização está apresentada na Figura 24 e foi avaliada conforme descrito no item

4.2.6.1. As emulsões foram codificadas da seguinte forma: ES1.A é a emulsão submetida a

homogeneização por 1 minuto a 16.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 350 bar por

cinco passagens em homogeneizador de alta pressão, já a emulsão ES1.B foi submetida a 3

minutos a 16.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 350 bar por cinco passagens em

homogeneizador de alta pressão e a emulsão ES1.C foi submetida a 5 minutos a 16.000 rpm

em rotor-estator e homogeneização a 350 bar, por cinco passagens em homogeneizador de

alta pressão.

83


Figura 24 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas nos diferentes tempos de

homogeneização em rotor estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C)

De acordo com a Figura 24, o tempo de homogeneização em rotor-estator não afetou a

estabilidade das emulsões. Todas as emulsões se mantiveram estáveis no período de 24 horas

após a obtenção das mesmas. A concentração de WPC utilizada no processo foi definida em

ensaios preliminares e como já havia sido avaliada, esta concentração associada a mais três

passagens em homogeneizador a alta pressão resulta em emulsões estáveis.

5.4.1.1.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas

Os valores de diâmetro médio de gotas das emulsões obtidas com diferentes tempos de

homogeneização em rotor-estator foram obtidos conforme descrito no item 4.2.6.2 e estão

apresentados na Tabela 17.


por WPC obtidas com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: 1 minuto

(ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C)

Emulsões Diâmetro médio (μm) span d(0,1) d(0,5) d(0,9)

ES1.A 2,11±0,14 A 2,38±0,07

B 0,86±0,05

A 3,74±0,36

A 9,79±0,89

A

ES1.B 2,03±0,07 A 2,48±0,19

B 0,85±0,02

A 3,38±0,21

B 9,28±0,85

A

ES1.C 1,87±0,09 B 2,80±0,33

A 0,79±0,02

B 2,95±0,24

C 9,09±1,18

A



*Legenda: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta

pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta

pressão.

84


Pode-se observar que quanto maior o tempo de homogeneização, menor é o diâmetro

médio das gotas. Emulsões obtidas com 1 e 3 minutos de homogeneização não apresentam

diferença estatística entre os diâmetros médios. O tempo de homogeneização em rotor-estator

não causou mudanças consideráveis no diâmetro médio das gotas.

Na Figura 25 está apresentada a distribuição de tamanho das gotas para as emulsões

obtidas com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator. Pode-se observar que a

distribuição de tamanho não variou nos diferentes tempos, permanecendo no intervalo de 0,5

a 30 μm em todas as emulsões.


com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em



rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão.

Pode-se observar que a emulsão ES1.A, composta de 6% de óleo de chia e 0,5% de

WPC e submetida à homogeneização por 1 minuto a 16.000 rpm em rotor-estator e

homogeneizada a 350 bar por cinco passagens em homogeneizador de alta pressão apresentou

uma boa distribuição de tamanho, sendo que conforme pode ser observado na Tabela 17 foi a

que apresentou menor valor de polidispersidade. A emulsão ES1.C submetida a

homogeneização por 5 minutos a 16.000 rpm em rotor-estator e homogeneizada a 350 bar por

cinco passagens em homogeneizador de alta pressão apresentou uma distribuição bimodal,

com a formação de um pequeno pico no diâmetro acima de 100 μm, demonstrando que existe

85


a formação de aglomerados proteicos na emulsão, esta foi a emulsão que apresentou maior

índice de polidispersidade (2,80±0,33).

5.4.1.1.3 Microscopia ótica

A Figura 26 apresenta as imagens das emulsões obtidas em microscópio ótico,

conforme metodologia descrita no Item 4.2.6.3.


tempos de homogeneização em rotor-estator: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator +

350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm em rotor-

estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000 rpm em

rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x.

Pode-se avaliar que a emulsão ES1.B, obtida com 3 minutos de homogeneização em

rotor-estator apresentou uma melhor distribuição de tamanho de gotas, seguida da emulsão

ES1.A (1 minuto), sem aglomeração.

Observa-se que a imagem C da Figura 26, a qual corresponde a emulsão ES1.C,

apresentou pontos com alguns aglomerados e maior concentração das gotas. Além de possuir

alguns aglomerados como pode-se observar no gráfico de distribuição de tamanho, o fato de

apresentar muitos pontos de concentração de gotas pode estar relacionado com o processo de

preparação da lamínula para leitura no microscópio. No momento em que a lamínula foi

86


colocada sobre a gota ocorreu a formação de bolhas de ar, resultando nestes espaços vazios e

este processo pode estar relacionado a baixa viscosidade da emulsão.

Menores tempos de homogeneização em rotor-estator resulatam em gotas de maior

diâmetro quando comparadas com a emulsão obtida com maiores tempos. Essas gotículas de

maiores diâmetros na Figura 26 (A) são gotículas que sofreram coalescência ou não foram

quebradas no processo de homogeneização.

5.4.1.1.4 Densidade de carga superficial

Os valores de densidade de carga superficial estão apresentados na Tabela 18 e foram

obtidos conforme metodologia descrita no item 4.2.6.4.


diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B)

e 5 minutos (ES1.C)

Emulsões Potencia zeta (mV)

ES1.A +22,65±0,7 B

ES1.B +22,77±0,38 B

ES1.C +25,26±2,34 A

*Valores são médias de um ensaio, com cada amostra analisada em triplicata. Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas (p≤0,05).



pressão.

Pode-se observar que todas as emulsões avaliadas apresentaram valores de potencial

zeta maior que +20 mV, o que indica que as emulsões obtidas são estáveis, como foi também

observado para a análise de estabilidade.

A partir dos resultados das análises realizadas concluiu-se que o melhor tempo de

agitação em rotor-estator foi de 1 minuto. A emulsão obtida após esse tempo de

homogeneização apresentou boa estabilidade com uma distribuição de tamanho de gota muito

semelhante para todas as condições avaliadas. Logo, em um menor tempo e menor gasto

energético no processo de homogeneização, garantiu-se a formação de uma emulsão estável.

5.4.1.2 Variação da velocidade de homogeneização em rotor-estator

As emulsões produzidas neste item foram submetidas à variação de velocidade de

homogeneização em rotor-estator, as velocidades avaliadas foram de 12.000, 16.000 e 20.000

87


rpm. O tempo de homogeneização no rotor-estator foi fixado em 1 minuto, tempo

determinado no estudo do Item 5.4.1.1 e após foi submetida a cinco passagens em

homogeneizador de alta pressão, a 350 bar, valores também fixos.


Na Figura 27 estão apresentadas as imagens das emulsões obtidas nas diferentes

velocidades de homogeneização em rotor-estator por 1 minuto. As emulsões foram

codificadas da seguinte forma: ES2.A é a emulsão submetida a homogeneização por 1 minuto

a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 350 bar por cinco passagens em

homogeneizador de alta pressão, já a emulsão ES2.B foi submetida a 1 minuto a 16.000 rpm

em rotor-estator e homogeneização a 350 bar por cinco passagens em homogeneizador de alta

pressão e a emulsão ES2.C foi submetida a 1 minuto a 20.000 rpm em rotor-estator e

homogeneização a 350 bar por cinco passagens em homogeneizador de alta pressão.

Figura 27 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas nas diferentes velocidades de

homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm

(ES2.C)

As emulsões se mantiveram estáveis nas diferentes velocidades de homogeneização

analisadas. Baixa velocidade de homogeneização associada a um menor tempo de

homogeneização em rotor-estator e cinco passagens em alta pressão a 350 bar produziu

emulsões constituídas por 0,5% de WPC estáveis por um período de 24 horas.

88


5.4.1.2.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota

Na Tabela 19 estão apresentados os valores de diâmetro médio das gotas das emulsões

obtidas com diferentes velocidades em rotor-estator.


por WPC obtidas com diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: 12.000

rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C)

Emulsões Diâmetro médio (μm) span d(0,1) d(0,5) d(0,9)

ES2.A 2,05±0,19 B 2,43±0,09

A 0,85±0,06

A 3,46±0,48

A 9,25±0,92

A

ES2.B 2,11±0,14 B 2,38±0,07

A 0,86±0,05

A 3,74±0,36

A 9,79±0,89

A

ES2.C 2,84±0,25 A 2,38±0,07

A 0,86±0,05

A 3,74±0,36

A 9,79±0,89

A


Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas (p≤0,05). *Legenda: ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta

pressão. ES2.B: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta

pressão. ES2.C: 1 min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta

pressão.

Os valores de diâmetro médio das gotas apresentaram uma pequena variação em

relação às diferentes velocidades. As emulsões obtidas com as menores velocidades 12000 e

16000 rpm foram as que apresentaram menor diâmetro médio de gota e não apresentaram

diferença estatística entre eles. Já a emulsão com maior velocidade de homogeneização

(ES2.C) foi a que apresentou maior diâmetro médio de gota, porém estatisticamente

semelhante as menores velocidade de homogeneização em rotor-estator em relação ao índice

de polidispersidade.

A Figura 28 apresenta os gráficos de distribuição de tamanho das emulsões nas

diferentes velocidades de homogeneização avaliadas.

89



com diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: ES2.A: 1 min/12.000 rpm

em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.B: 1 min/16.000

rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.C: 1

min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão.

Pode-se observar no gráfico que a distribuição de tamanho não apresentou diferença

entre as emulsões. O intervalo de tamanho se manteve de 0,5 a 40 μm para todas as emulsões.

Somente a emulsão ES2.C apresentou um leve deslocamento da curva de distribuição para a

direita (maiores tamanhos de gota), o que refletiu no aumento do diâmetro médio das gotas

(Tabela 19). As emulsões ES2.A e ES2.B apresentaram distribuição de tamanho semelhante e

não apresentaram diferença estatística nos valores de diâmetro médio. Na Tabela 19 pode-se

observar que não houve diferença significativa na polidispersidade nas emulsões analisadas.


As imagens obtidas em microscópio ótico estão apresentadas na Figura 29 e foram

obtidas conforme descrito no item 4.2.6.4.

90



velocidades de homogeneização em rotor-estator: (A) ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-

estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES2.B: 1 min/16.000 rpm

em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES2.C: 1


aumento de 100x

A partir das imagens de microscopia ótica (Figura 29) fica evidente que as emulsões

não apresentaram diferença estrutural com a variação da velocidade de homogeneização. A

emulsão ES2.A (A) e ES2.C (C) apresentaram pontos com maior concentração de gotas,

sendo que estes podem estar relacionados com a preparação das lamínulas para a posterior

leitura.


A Tabela 20 apresenta os valores de densidade de carga superficial das emulsões

homogeneizadas em diferentes níveis de velocidade, conforme descrito no item 4.2.6.4.

91



diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm

(ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C)

Emulsões Potencial zeta (mV)

ES2.A +26,71±1,13 A

ES2.B +22,77±0,38 B

ES2.C +26,7±0,88 A


Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas (p≤0,05). *Legenda: ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta



pressão.

Os valores de densidade de carga superficial se mantiveram muito semelhantes nas

duas etapas já avaliadas. Pode-se observar que as emulsões ES2.A e ES2.C apresentaram

valores de potencial zeta semelhantes e não apresentaram diferença significativa

estatisticamente. O menor valor de densidade de carga superficial foi encontrado na emulsão

ES2.B = +22,77 mV, o qual se encontra acima de +20 mV e segundo Chuah et al. (2009)

emulsões que apresentam potencial zeta acima deste valor são consideradas estáveis.

A partir da avaliação da velocidade de homogeneização em rotor-estator (12.000;

16.000 e 20.000 rpm), observou-se que foi possível obter emulsões estáveis, com menor

diâmetro médio de gota e menor gasto energético utilizando a menor velocidade (12.000 rpm)

de homogeneização. Logo, a partir destes resultados definiu-se o tempo e velocidade de

homogeneização em rotor-estator, sendo fixados em 1 minuto a 12.000 rpm para a obtenção

das emulsões estabilizadas por WPC e estabilizadas por WPC-pectina.

5.4.1.3 Variação da pressão de homogeneização no alta pressão

As emulsões foram submetidas a variação de pressão de homogeneização em

equipamento de alta pressão, as pressões avaliadas foram de 250, 350 e 450 bar. As variáveis

de homogeneização em rotor-estator foram fixadas conforme estudo realizado nos itens

5.4.1.1 e 5.4.1.2, tempo de homogeneização de 1 minuto e velocidade de 12.000 rpm. As

emulsões foram submetidas a cinco passagens no homogeneizador de alta pressão nas

diferentes pressões avaliadas.

92



As imagens das emulsões estabilizadas por WPC e obtidas em diferentes níveis de

pressão estão apresentadas na Figura 30 e foram obtidas conforme descrito no item 4.2.6.1.

As emulsões foram codificadas da seguinte forma, ES3.A é a emulsão submetida a

homogeneização por 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar por

cinco passagens em homogeneizador de alta pressão, já a emulsão ES3.B foi submetida a 1

minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 350 bar por cinco passagens em

homogeneizador de alta pressão e a emulsão ES3.C foi submetida a 1 minuto a 12.000 rpm

em rotor-estator e homogeneização a 450 bar por cinco passagens em homogeneizador de alta

pressão.

Figura 30 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas com diferentes pressões de

homogeneização em alta pressão: 250 bar (ES3.A), 350 bar (ES3.B) e 450 bar (ES3.C)

Pode-se observar que todas as emulsões se mantiveram estáveis no período de 24

horas independentemente do nível de pressão utilizado.


Os valores de diâmetro médio das emulsões obtidas com diferentes pressões de

homogeneização em alta pressão estão expressos na Tabela 21.

93



por WPC obtidas com diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: 250 bar

(ES3.A), 350 bar (ES3.B) e 450 bar (ES3.C)

Emulsões Diâmetro médio (μm) Span d(0,1) d(0,5) d(0,9)

ES3.A 2,34±0,1 A 2,18±0,02

C 0,99±0,03

A 3,87±0,27

A 9,44±0,60

A

ES3.B 2,05±0,19 B 2,43±0,09

A 0,85±0,06

B 3,46±0,48

B 9,25±0,92

A

ES3.C 1,48±0,11 C 2,27±0,14

B 0,69±0,03

C 2,07±0,23

C 5,45±0,83

B




pressão.

Pode-se observar que conforme houve o aumento da pressão de homogeneização

ocorreu uma diminuição do diâmetro médio de gota. Comparando as emulsões ES3.A e

ES3.C, obtidas a 250 e 450 bar, respectivamente, observou-se uma diminuição no diâmetro

médio das gotas de 0,86 μm (63%) em virtude do aumento da pressão de homogeneização.

Mantovani (2012), avaliou o diâmetro médio de gotas de emulsões compostas de óleo de soja

e isolado proteico de soro de leite e observou que o aumento da pressão de homogeneização

de 250 para 600 bar resultou na diminuição de 17% do diâmetro médio das gotas.

A Figura 31 apresenta as diferentes distribuições de tamanho das gotas das emulsões

obtidas com diferentes níveis de pressão e cinco passagens em homogeneizador de alta

pressão.

Pode-se observar que os gráficos apresentaram uma variação de diâmetro muito

semelhante para as três pressões avaliadas. A emulsão que apresentou melhor distribuição de

tamanho foi a obtida com o maior nível de pressão avaliado, 450 bar (ES3.C), nesta emulsão o

gráfico apresentou distribuição monomodal, sem nenhum desvio.

94



com diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: ES3.A: 1 min/12.000 rpm em




Kuhn e Cunha (2012), produziram emulsões de óleo de linhaça com isolado proteico

de soro de leite e avaliaram a distribuição de tamanho das emulsões obtidas com diferentes

pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão. Esses autores concluíram que as

emulsões obtidas com uma pressão de 200 bar e submetidas a cinco passagens no

homogeneizador apresentaram boa distribuição de tamanho. Observaram também que em

elevados níveis de pressão, acima de 800 bar, provocaram agregação ou coalescência entre as

gotas gerando baixa eficiência de emulsificação devido as condições severas de

homogeneização.

Os níveis de pressão utilizados resultaram em emulsões estáveis e com boa

distribuição e diâmetro médio das gotas.


As microscopias óticas das emulsões obtidas com diferentes níveis de pressão de

homogeneização estão apresentadas na Figura 32.

95



níveis de pressão de homogeneização em alta pressão: (A) ES3.A: 1 min/12.000 rpm em

rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES3.B: 1 min/12.000

rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES3.C: 1


aumento de 100x

Observa-se que todas as emulsões não apresentaram imagens adequadas de

microscopia, o que também pode ter relação com o preparo da lamínula. Observa-se no

gráfico de distribuição de tamanho (Figura 31) que nenhuma das emulsões possui

aglomerados. Pode-se observar que as emulsões ES3.A e ES3.B possuem gotas com maiores

diâmetros que a emulsão ES3.C, obtida com 450 bar de pressão no processo de

homogeneização em alta pressão. Este fato pode estar relacionado com o baixo nível de

pressão utilizado nas emulsões ES3.A e ES3.B, resultando na menor quebra das gotas.


A densidade de carga superficial das emulsões obtidas está apresentada na Tabela 22 e

foi realizada conforme Item 4.2.6.4.

96



diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: 250 bar(ES3.A), 350 bar (ES3.B) e

450 bar (ES3.C)


ES3.A +22,71±1,31 B

ES3.B +22,77±0,38 B

ES3.C +24,00±0,83 A



*Legenda: ES3.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta


pressão.

Pode-se observar na Tabela 22 que os resultados de potencial zeta quando houve a

variação dos níveis de pressão (250, 350 e 450 bar) no processo de homogeneização, não

apresentou diferença estatística entre as emulsões ES3.A e ES3.B. Somente a emulsão ES3.C

apresentou diferença estatística das demais. Os valores obtidos não foram muito distantes, o

que demonstra que as emulsões foram estáveis nos diferentes valores de pressão ao qual

foram submetidas.

A emulsão obtida com maior nível de pressão (450 bar) foi a que apresentou maior

valor de potencial zeta, (24,00±0,83); na microscopia ótica pode-se observar que esta foi a

emulsão que apresentou melhor distribuição das gotas com menores pontos de aglomeração.

Estas características são muito importantes para a estabilidade das emulsões.

Após a avaliação das características de todas as emulsões primárias (óleo de chia e

WPC), pode-se concluir que a emulsão obtida em homogeneizador de alta pressão a 250 bar

manteve-se estável no tempo de 24 horas e apresentou uma distribuição e diâmetro médio das

gotas adequado. As imagens obtidas na microscopia ótica mostraram que essa emulsão

apresentou alguns pontos de aglomeração de gotas, sem contudo, comprometer a sua

estabilidade, associado também a um potencial zeta superior a +20 mV.

5.4.1.4 Variação do número de passagens no processo de homogeneização em alta pressão

Para concluir o estudo de densidade energética gasta para obtenção de emulsões

estabilizadas com WPC vamos analisar o número de passagens necessárias para obter

emulsões estáveis. Conforme ensaios anteriores as emulsões foram submetidas a

homogeneização em rotor estator por um período de 1 minutos na velocidade de 12000 rpm e

97


após submetidas a homogeneização em equipamento de alta pressão a 250 bar, esses valores

foram fixados após caracterização das emulsões realizada nos itens 5.4.1.1, 5.4.1.2 e 5.4.1.3.

Foram avaliados três valores de passagens em homogeneizador de alta pressão, 3, 5 e 7 e as

emulsões obtidas caracterizadas quanto à estabilidade, distribuição de tamanho e diâmetro

médio de gotas, microscopia ótica e densidade de carga superficial.


Os resultados de estabilidade das emulsões produzidas com WPC e submetidas a

diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão estão apresentados na Figura 33. A

estabilidade das emulsões foi avaliada por 24 horas após a obtenção das mesmas, conforme

descrito no item 4.2.6.1. As emulsões foram codificadas da seguinte forma, ES4.A é a

emulsão submetida a homogeneização por 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e

homogeneização a 250 bar por três passagens em homogeneizador de alta pressão, já a

emulsão ES4.B foi submetida a 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a

250 bar por cinco passagens em homogeneizador de alta pressão e a emulsão ES4.C foi

submetida a 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar por sete

passagens em homogeneizador de alta pressão.

Figura 33 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas em diferentes passagens de

homogeneização em alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens

(ES4.C)

O número de passagens no homogeneizador de alta pressão não influenciou na

estabilidade das emulsões. O nível de pressão utilizado foi de 250 bar conforme estudo

98


realizado e definido no Item 5.4.1.3. Pode-se observar que é possível obter emulsões estáveis

independente do número de passagens em homogeneizador de alta pressão, escolhendo nesse

caso, um menor número de passagens para menor gasto energético.

Maindarkar, Hoogland, Henson (2015), produziram emulsões de óleo de girassol e

surfactante e avaliaram a influência do número de passagens em homogeneizador de alta

pressão a 400 bar, variando de uma a cinco passagens no homogeneizador. Os autores

concluíram que desde a primeira passagem no homogeneizador ocorreu uma diminuição do

tamanho de gota, consequentemente o aumento da estabilidade das emulsões. Conforme as

emulsões foram submetidas a maiores números de passagens maior estabilidade e menor

tamanho de gota foram observados, relacionando portanto, com a dissipação de energia.


A Tabela 23 apresenta os valores de diâmetro médio das gotas de emulsões

submetidas a diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão, a 250 bar. A

metodologia utilizada para a realização da análise foi descrita no Item 4.2.6.2.


por WPC obtidas com diferentes passagens no homogeneizador de alta pressão: 3 passagens

(ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens (ES4.C)


ES4.A 2,33±0,10 A 2,11±0,06

B 1,01±0,03

A 3,69±0,33

A 8,84±0,90

A

ES4.B 2,34±0,10 A 2,43±0,09

A 0,85±0,06

B 3,46±0,48

A 9,25±0,92

A

ES4.C 0,96±0,02 B 1,80±0,07

C 0,52±0,01

C 1,12±0,03

B 2,54±0,15

B




pressão. ES4.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/7passes em homogeneizador de alta pressão.

O diâmetro médio de gotas não variou nas emulsões ES4.A e ES4.B,submetidas a 3 e

5 passagens em homogeneizador de alta pressão, respectivamente, houve uma variação

somente na emulsão ES4.C. A emulsão ES4.C submetida a 7 passagens em homogeneizador

apresentou o menor tamanho de gota devido as condições severas de homogeneização em que

esta foi submetida, estando os resultados de acordo com os dados apresentados por

Maindarkar, Hoogland, Henson (2015), conforme foi citado anteriormente, onde com o

aumento das passagens gerou a redução do tamanho de gota.

99



com diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão: ES4.A: 1 min/12.000 rpm em




A distribuição de tamanho (Figura 34) da emulsão ES4.C submetida a 7 passagens a

250 bar de pressão em homogeneizador de alta pressão, apresentou uma distribuição

monomodal, ou seja, verificou-se somente um pico de volume. As emulsões ES4.A e ES4.B

mostraram maior variação de diâmetro, entre 0,5 e 40 μm, e maiores valores de

polidispersidade conforme apresentado na Tabela 23. Já a emulsão ES4.C apresentou

distribuição de tamanho menor, 0,3 a 10 μm e menor polidispersidade.


As imagens obtidas na microscopia ótica das emulsões estão apresentadas na Figura

35 e foram obtidas conforme descrito no Item 4.2.6.3.

100



passagens em homogeneizador de alta pressão: (A) ES4.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator

+ 250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES4.B: 1 min/12.000 rpm em

rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES4.C: 1 min/12.000

rpm em rotor-estator + 250bar/7passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x

Podemos observar que a emulsão ES4.C (Figura 35 (C)) não apresentou uma boa

distribuição das gotas na imagem apresentada. O que pode ter ocorrido é que a emulsão não

foi corretamente distribuída no processo de preparação da lamínula, ou seja, ocorreu a

formação de espaços vazios entre as gotas. No entanto esta emulsão apresentou melhor

distribuição de tamanho de gota. A emulsão submetida ao maior número de passes foi a que

apresentou maior temperatura de saída no processo de homogeneização (40 oC), esta elevação

de temperatura pode ter gerado alguma modificação nas suas características. O uso de

homogeneizador de alta pressão com altas pressões e elevado numero de passagens gera uma

dissipação maior de energia mecânica sob a forma de calor, o que reflete no aumento de

temperatura das emulsões (KUHN e CUNHA, 2012).

Todas as emulsões avaliadas apresentaram imagens com pontos de maior concentração

de gotas, este fato pode ser explicado devido a formação de espaços vazios no processo de

preparação das laminas para a leitura.


A Tabela 24 apresenta os valores de densidade de carga superficial das emulsões

submetidas a diferentes passagens em alta pressão conforme descrito no item 4.2.6.4.

101



diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens

(ES4.B) e 7 passagens (ES4.C)

Emulsões Potencia zeta (mV)

ES4.A +25,63±0,53 A

ES4.B +22,77±0,38 C

ES4.C +24,92±0,71 B


Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas

(p≤0,05). *Legenda: ES4.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/3passes em homogeneizador de alta



pressão.

Os valores de potencial zeta foram semelhantes aos encontrados nas outras emulsões

apresentadas na Tabela 24. A emulsão que apresentou maior valor de potencial zeta (+25,63

mV) foi a ES4.A submetida a somente três passagens no homogeneizador de alta pressão, o

que demonstra que a mesma possui boa estabilidade. Este fato não quer dizer que as outras

apresentam menor estabilidade, pois os valores foram muito próximos em todas as emulsões.

Por fim com a realização de todos os experimentos e avaliação de todas as variáveis

influenciáveis para a obtenção de emulsões com boa estabilidade pode-se concluir que

emulsões estáveis podem ser obtidas com menor tempo e velocidade de homogeneização em

rotor-estator,1 minuto e 12.000 rpm, juntamente com um menor nível de pressão e passagens

em homogeneizador de alta pressão, 250 bar e 3 passagens. Com a obtenção de todos esses

resultados pode-se avaliar as diferenças de densidade energética para a obtenção das

emulsões.

Na Tabela 25 estão apresentados os diferentes níveis energéticos utilizados em cada

emulsão avaliada. Pode-se observar que é possível obter emulsões estáveis e com

características desejáveis com baixo gasto energético. Partiu-se de emulsões que necessitavam

437,6 MJ/m3 de energia para serem obtidas e foi possível produzir emulsões com 130,48

MJ/m3 de gasto energético. As características das duas emulsões foram muito semelhantes e

com isso consegue-se reduzir os gastos energéticos na obtenção de emulsões estabilizaads por

WPC-pectina que será realizado no decorrer do projeto.

102


Tabela 25 Densidade energética total utilizada em cada etapa do estudo para obtenção de emulsões estabilizadas por WPC Ensaios Legenda Tempo

(s)(UT)

Velocidade

(rpm)(UT)

Pressão

primeiro

estágio

(MPa)(AP)

Pressão

segundo

estágio

(MPa)(AP)

Passes

(AP)

Volume

(m3)

Potência

(UT)(W)

Densidade

energética

(UT)(KJ/m3)

Densidade

energética

(AP)(KJ/m3)

Densidade

energética total

(MJ/m3)

1 ES1.A 60 16.000 35 5 5 0,0003 237,6 47.520 200.000 247,52

2 ES1.B 180 16.000 35 5 5 0,0003 237,6 142.560 200.000 342,56

3 ES1.C 300 16.000 35 5 5 0,0003 237,6 237.600 200.000 437,60

Tempo fixo

4 ES2.A 60 12.000 35 5 5 0,0003 202,4 40.480 200.000 240,48

5 ES2.B 60 16.000 35 5 5 0,0003 237,6 47.520 200.000 247,52

6 ES2.C 60 20.000 35 5 5 0,0003 268,4 53.680 200.000 253,68

Tempo e velocidade fixados

7 ES3.A 60 12.000 25 5 5 0,0003 202,4 40.480 150.000 190,48

8 ES3.B 60 12.000 35 5 5 0,0003 202,4 40.480 200.000 240,48

9 ES3.C 60 12.000 45 5 5 0,0003 202,4 40.480 250.000 290,48

Tempo, velocidade e pressão fixados

10 ES4.A 60 12.000 25 5 3 0,0003 202,4 40.480 90.000 130,48

11 ES4.B 60 12.000 25 5 5 0,0003 202,4 40.480 150.000 190,48

12 ES4.C 60 12.000 25 5 7 0,0003 202,4 40.480 210.000 250,48 * UT- homogeneizador ultra turrax ou rotor-estator/ AP- homogeneizador de alta pressão

**Legenda: ES1.A: 60 s/16.000 rpm em rotor-estator + 35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 180 s/16.000 rpm em rotor-estator + 35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 300 s/16.000 rpm em rotor-estator + 35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.A: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator +

35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.B: 60 s/16.000 rpm em rotor-estator + 35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.C: 60 s/20.000 rpm

em rotor-estator + 35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.A: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator + 25 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão.

ES3.B: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator + 35 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.C: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator + 45 MPa/5passes em

homogeneizador de alta pressão. ES4.A: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator + 25 MPa/3passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.B: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator +

25 MPa/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.C: 60 s/12.000 rpm em rotor-estator + 25 MPa/7passes em homogeneizador de alta pressão.

103


5.4.1.5 Comportamento reológico das emulsões estabilizadas por WPC produzidas em diferentes níveis energéticos

Tabela 26 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais ao modelo da lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley

(HB) das emulsões estabilizadas por WPC e obtidas nos diferentes níveis energéticos Formulação Lei da Potência Newtoniano HB

k (Pa.sn) n R2 (%) μ (Pa.s) R2 (%) k (Pa.sn) n σ0(Pa) R2 (%)

ES1.A/ES2.B 0,003±0,001 0,99±0,01 99,54 0,003±0 99,54 0,0009±0 1,18±0,01 0,23±0,01 99,95

ES1.B 0,004±0,001 0,99±0,01 99,58 0,003±0,001 99,58 0,001±0,001 1,17±0,01 0,23±0,01 99,95

ES1.C 0,003±0,001 1,01±0,01 99,51 0,003±0 99,51 0,001±0 1,19±0,01 0,23±0,01 99,95

ES2.A/ES3.B 0,003±0,001 0,99±0,01 99,54 0,003±0 99,54 0,001±0 1,18±0,01 0,23±0,01 99,95

ES2.C 0,006±0,001 0,94±0,01 99,74 0,004±0,001 99,58 0,002±0,001 1,07±0,01 0,22±0,01 99,97

ES3.A/ES4.B 0,005±0,001 0,95±0,01 99,72 0,004±0 99,63 0,002±0 1,09±0,01 0,23±0,01 99,97

ES3.C 0,007±0,001 0,91±0,01 99,65 0,004±0 99,24 0,002±0,001 1,06±0,01 0,24±0,01 99,95

ES4.A 0,001±0 1,11±0,01 99,18 0,002±0,001 98,85 0,0002±0 1,38±0,01 0,20±0,01 99,96

ES4.C 0,010±0,001 0,89±0,01 99,74 0,005±0,001 99,13 0,004±0,001 1,02±0,01 0,27±0,001 99,97

Onde: μ corresponde à viscosidade (Pa.s); k corresponde ao índice de consistência (Pa.sn); n corresponde ao índice de comportamento, σ0 corresponde a tensão inicial (Pa) e R

2 corresponde ao coeficiente de determinação.

*Legenda: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm em rotor-estator +

350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.B: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em

homogeneizador de alta pressão. ES2.C: 1 min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.A: 1 min/12.000 rpm

em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 450bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator +

250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.C:

1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/7passes em homogeneizador de alta pressão.

104


A Tabela 26 apresenta os valores obtidos no ajuste aos modelos Lei da Potência,

Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB). Pode-se observar que todas as emulsões apresentaram

bons ajustes em todos os modelos avaliados, pois apresentaram R2 maior que 99%. Os valores

de n para o modelo da Lei da Potência se apresentaram próximos a 1 (entre 0,9 e 1,01),com

isso podemos considerar essas emulsões como fluidos Newtonianos. Apenas a emulsão

ES4.A apresentou valor de n maior que 1,1, sendo esta considerada fluido dilatante. Os

valores obtidos para tensão inicial foram baixos, em torno de 0,2, sendo assim nenhuma das

emulsões se ajustou ao modelo HB.

Na Figura 36 estão apresentadas as curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de

deformação. Como pode-se observar as emulsões apresentaram características típicas de

fluido Newtoniano, onde todas as emulsões necessitaram de uma tensão de cisalhamento

muito próxima para que ocorra deformação e o gráfico se apresentou quase uma reta. A

emulsão ES4.A foi a única que apresentou uma característica diferente das demais, onde a

tensão de cisalhamento necessária para ocorrer a deformação é menor que as demais

emulsões.

Figura 36 Curvas de escoamento das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com diferentes

níveis energéticos

As curvas de viscosidade versus taxa de deformação estão apresentadas na Figura 37,

pode-se observar que todas as emulsões apresentaram curvas muito semelhantes, com as

105


características de fluido Newtoniano. A emulsão ES4.A apresentou viscosidade um pouco

menor quando comparada com as outras emulsões. O aumento do número de passagens no

homogeneizados de alta pressão proporcionou um aumento da viscosidade das emulsões,

resultado semelhante foi observado por Kuhn e Cunha (2012). De acordo com esses autores o

aumento dos níveis de pressão de homogeneização e número de passes permitiu o aumento da

viscosidade das emulsões que pode estar associado com a maior agregação das proteínas e

com o diâmetro médio das gotas.


WPC obtidas com diferentes níveis energéticos

106



concentrado proteico de soro de leite-pectina

As emulsões avaliadas foram obtidas nas concentrações definidas nos ensaios

preliminares. Primeiramente foram produzidas emulsões estabilizadas por WPC na

concentração de 6% de óleo de chia e 0,5% de concentrado proteico de soro de leite, em

relações aos sólidos totais da emulsão, com condições de homogeneização definidas no item

5.4.1. Para a obtenção dessas emulsões foi utilizado tempo de 1 minuto e velocidade de

12.000 rpm no processo de homogeneização em rotor-estator. Após este processo a emulsão

foi submetida a homogeneização em alta pressão, com pressão de 250 bar e 3 passagens no

mesmo nível de pressão, condições selecionadas na etapa anterior. A partir da emulsão

estabilizada por WPC foi obtida a emulsão estabilizada por WPC-pectina com adição de

dispersão de pectina na concentração de 0,5%, conforme definido nos ensaios preliminares.

A emulsão estabilizada por WPC-pectina foi submetida ao estudo de densidade

energética no processo de homogeneização em alta pressão, a primeira homogeneização foi

realizada em rotor-estator por 1 minuto a 12000 rpm, tempo e velocidade já estudados nos

Itens 5.4.1.1 e 5.4.1.2. Na homogeneização em alta pressão foram avaliados dois níveis de

pressão (150 e 250 bar) e dois valores de passagens (1 e 3). As emulsões obtidas foram

submetidas à análise de estabilidade, distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota,

microscopia ótica, densidade de carga superficial e comportamento reológico.


A Figura 38 apresenta as imagens da estabilidade das emulsões estabilizadas por

WPC-pectina, obtidas com diferentes pressões e passagens no processo de homogeneização

em alta pressão. Primeiramente foi obtida a emulsão primária composta de 6% de óleo de chia

e 0,5% de WPC, esta emulsão foi submetida a homogeneização por 1 minuto a 12000 rpm em

rotor-estator e após passou por uma homogeneização a 250 bar por 3 passagens em

homogeneizador de alta pressão, este processo foi fixo para todas as emulsões primárias.

Neste item o que se variou foi a homogeneização após a adição da pectina, a concentração

utilizada foi fixada em 0,5%. As emulsões estabilizadas por WPC e pectina foram codificadas

da seguinte forma: ED5.A é a emulsão submetida à homogeneização por 1 minuto a 12.000

rpm em rotor-estator e homogeneização a 150 bar por três passagens em homogeneizador de

alta pressão; já a emulsão ED5.B foi submetida a 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e

107


homogeneização a 250 bar por três passagens em homogeneizador de alta pressão e a emulsão

ED5.C foi submetida a 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar

com uma passagem em homogeneizador de alta pressão e a emulsão ED5.D que foi

submetida a 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar com uma

passagem em homogeneizador de alta pressão.

Figura 38 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC-pectina obtidas em

diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/ 3 passagens

(EDS5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem

(ED5.D)

Pode-se observar que as emulsões se mantiveram estáveis independentemente da

pressão e passes utilizados no processo de obtenção conforme era o esperado após a adição da

pectina, que quando utilizada em sistemas como estes resulta em aumento da estabilidade.

5.4.2.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota

Os diâmetros médios das gotas das emulsões estabilizadas por WPC-pectina estão

apresentados na Tabela 27 e os gráficos de distribuição de tamanho na Figura 37, os

resultados foram obtidos conforme descrito no item 4.2.6.2.

108


Tabela 27 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões estabilizadas

por WPC-pectina obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta

pressão: 150 bar/ 3 passagens (ED5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem

(ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem (ED5.D)


ED5.A 0,99±0,01 B 1,27±0,03

B 0,59±0,01

B 1,09±0,01

B 1,99±0,04

B

ED5.B 0,75±0,02 C 1,34±0,10

B 0,44±0,01

D 0,85±0,02

C 1,59±0,09

B

ED5.C 1,32±0,04 A 3,34±1,09

A 0,71±0,01

A 1,46±0,03

A 5,65±1,71

A

ED5.D 0,99±0,05 B 1,40±0,01

B 0,57±0,03

C 1,12±0,05

B 2,15±0,09

B



**Legenda: A emulsão primaria que antecede a adição da pectina foi submetida a homogeneização por

1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar por 3 passagens em

homogeneizador de alta pressão, este processo foi fixo para todas as emulsões primárias. Após a

adição da pectina foi variado passagens e pressão. ED5.A:1 min/12.000 rpm em rotor-estator +

150bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ED5.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator +

250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ED5.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator +

150bar/1passe em homogeneizador de alta pressão. ED5.D: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator +

250bar/1passe em homogeneizador de alta pressão.

Pode-se observar na Tabela 27 que a emulsão ED5.B, submetida a 250 bar e três

passagens em alta pressão após a adição da pectina, foi a que apresentou menor tamanho de

gota devido ao alto nível energético à que foi submetida. A emulsão ED5.C, apresentou o

maior diâmetro médio de gota entre todas as emulsões analisadas. Esta emulsão foi obtida

com somente uma passagem a 150 bar em homogeneizador a alta pressão.

O diâmetro médio de gotas das emulsões ED5.A e ED5.D não apresentou diferença

estatística entre si; os diâmetros médios são bons nas duas emulsões que foram obtidas no

valor de pressão 250 bar e submetidas a três e uma passagem, respectivamente, em

homogeneizador de alta pressão.

O diâmetro médio da emulsão estabilizada por WPC foi de 2,33 μm; com a adição da

pectina o diâmetro diminuiu mais de 50%. Este resultado foi diferente do encontrado por Wei

e Gao (2016), que observaram o aumento no diâmetro médio de gota com a adição da dupla

camada constituída por óleo de girassol enriquecido com β-caroteno, α-lactalbumina e

caseinato de sódio, e para a formação da dupla camada foram utilizados conjugados de

quitosana.

A distribuição de tamanho de gotas das emulsões esta apresentada na Figura 39. Pode-

se observar que todas as emulsões apresentaram uma distribuição de tamanho muito

109


semelhante entre elas. A emulsão ED5.C além do pico principal apresentou elevações entre os

diâmetros 10 e 200 μm, o que pode indicar a possível formação de aglomerados como

observado pela alta polidispersidade da emulsão (Tabela 27). As outras emulsões

apresentaram comportamentos muito semelhantes onde as distribuições sofreram pouca

variação entre si e baixa polidispersidade e não apresentaram diferença estatística.

Figura 39 Distribuição de tamanho das gotas de emulsões estabilizadas por WPC-pectina

obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/3

passagens(ED5.A), 250 bar/3 passagens(ED5.B), 150 bar/1 passagem(ED5.C) e 250 bar/1

passagem(ED5.D)


As imagens obtidas em microscópio ótico para as emulsões estabilizadas por WPC-

pectina, obtidas em diferentes níveis de pressão e passagens em homogeneizador de alta

pressão, estão apresentadas na Figura 40.

110


Figura 40 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC-pectina obtidas em

diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: (A)150 bar/ 3 passagens

(ED5.A), (B)250 bar/ 3 passagens (ED5.B), (C)150 bar/1 passagem (ED5.C) e (D)250 bar/ 1

passagem (ED5.D). aumento de 100x

A microscopia ótica mostra que nenhuma emulsão apresentou aglomerados. A

emulsão ED5.C apresenta na Figura 40 (C), gotas com diâmetros maiores quando comparada

com as outras emulsões, sendo a emulsão que apresentou maior diâmetro de gota (1,32±0,04

µm). Emulsões obtidas com três passagens em homogeneizador em alta pressão apresentaram

gotas de tamanho mais uniforme e melhores distribuídas, independente da pressão utilizada,

como é observado na Figura 40 (A) e (B). Pode-se concluir que o aumento do nível de pressão

de 150 bar para 250 bar, independente do numero de passagens, resulta na diminuição do

tamanho de gota.


Os valores de densidade de carga superficial das diferentes emulsões estabilizadas por

WPC-pectina estão apresentados na Tabela 28.

111


Tabela 28 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-pectina



passagem (ED5.D)


ED5.A - 31,95±0,71 AB

ED5.B - 32,08±0,89 AB

ED5.C - 32,57±0,78 B

ED5.D - 31,43±0,36 A



As emulsões estabilizadas por WPC-pectina apresentaram valores de potencial zeta

acima de -30 mV, apresentando-se estáveis, conforme foi observado na Figura 38. Pode-se

observar na Tabela 28 que a diferença entre o potencial zeta das emulsões foi pequeno e

conclui-se que os diferentes níveis de pressão e passes utilizados não interferem no potencial

zeta.

As emulsões estabilizadas somente por WPC apresentaram potencial zeta positivo,

devido ao caráter aniônico do WPC em pH 3,8. Com a adição da pectina observa-se que o

potencial zeta apresentou valores negativos, o que explica que as gotas de óleo e WPC foram

recobertas pela pectina, resultando no aumento da estabilidade da emulsão.

112


5.4.2.5 Comportamento Reológico das emulsões estabilizadas por WPC-pectina produzidas em diferentes níveis energéticos


(HB) das emulsões estabilizadas por WPC-pectina e obtidas nos diferentes níveis energéticos

Formulação Lei da Potência Newtoniano HB

k (Pa.sn) n R2 (%) μ (Pa.s) R

2 (%) k (Pa.sn) n σ0(Pa) R

2 (%)

ED5.A 0,03±0,01 0,87±0,01 99,99 0,01±0,01 98,82 0,03±0,01 0,89±0,01 0,12±0,01 99,99

ED5.B 0,02±0,01 0,87±0,01 99,98 0,01±0,01 99,02 0,02±0,01 0,89±0,01 0,14±0,01 100

ED5.C 0,03±0,01 0,86±0,01 99,99 0,01±0,01 98,79 0,03±0,01 0,87±0,01 0,11±0,03 99,99

ED5.D 0,03±0,01 0,85±0,01 99,99 0,01±0,01 98,72 0,03±0,01 0,87±0,01 0,11±0,01 99,99



A emulsão primaria que antecede a adição da pectina foi submetida a homogeneização por 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar por 3 passagens em homogeneizador de alta pressão, este processo foi fixo para todas as emulsões primárias.Após a adição da pectina foi variado

passagens e pressão. ED5.A:1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 150bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ED5.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-

estator + 250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ED5.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 150bar/1passe em homogeneizador de alta pressão. ED5.D: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/1passe em homogeneizador de alta pressão.

113


A Tabela 29 apresenta os valores obtidos no ajuste aos modelos Lei da Potência,

Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB). Todas as emulsões apresentaram bons ajustes nos

modelos da Lei da Potência e HB, com um valor de R2 maior que 99%. Os valores de n para o

modelo da Lei da Potência foram menores que 0,9, sendo, portanto, todas as emulsões com

comportamento de fluido pseudoplástico. Nenhuma das emulsões apresentou comportamento

de fluido HB, pois nenhuma delas apresentou um valor elevado de tensão inicial quando

realizado o ajuste.

Na Figura 41 podem ser vistas as curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de

deformação. Observa-se que todas as emulsões apresentaram curvas muito parecidas, somente

a emulsão ED5.B apresentou uma tensão de cisalhamento menor quando comparado com as

outras emulsões.

Figura 41 Curva de escoamento reológico das emulsões estabilizadas por WPC-pectina



passagem (ED5.D)

A curva de viscosidade versus taxa de deformação está apresentada na Figura 42.

Conforme podemos observar, todas emulsões apresentaram valores de viscosidade muito

próximos entre si.

114



WPC-pectina btidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão:

150 bar/3 passagens(ED5.A), 250 bar/3 passagens(ED5.B), 150 bar/1 passagem(ED5.C) e

250 bar/1 passagem(ED5.D)

Com a realização de todos os experimentos para obtenção de emulsões de óleo de chia

e WPC e óleo de chia, WPC e pectina com variação de densidades energética, conclui-se que

é possível obter emulsões estáveis e com um menor gasto energético. Emulsões estabilizadas

com WPC foram obtidas em rotor-estator com agitação por 1 minuto a 12.000 rpm e após

submetidas a três passagens a 250 bar em homogeneizador de alta pressão. Para a formação

de emulsões estabilizadas por WPC-pectina foi adicionado dispersão de pectina em emulsão

estabilizada por WPC e homogeneizado em rotor-estator por 1 minuto a 12.000 rpm e após

submetido a uma passagem a 250 bar em homogeneizador de alta pressão, emulsão nomeada

como ED5.D. A emulsão final possui características desejáveis, alta estabilidade e boa

distribuição de tamanho, como o esperado.

Na Tabela 30 estão apresentados os valores de densidade energética gastos na

obtenção das emulsões estabilizadas por WPC-pectina. Para a obtenção de emulsões

estabilizadas por WPC-pectina foi possível reduzir os níveis energéticos de 230,96 MJ/m3

para 190,96 MJ/m3 obtendo emulsões estáveis.

115


Tabela 30 Densidade energética total utilizada em cada etapa do estudo para obtenção de emulsões estabilizadas por WPC-pectina

Ensaios Legenda Tempo

(s)(UT)

Velocidade

(rpm)(UT)

Pressão

primeiro

estágio

(MPa)(AP)

Pressão

segundo

estágio

(MPa)(AP)

Passes

(AP)

Volume

(m3)

Potência

(UT)(W)

Densidade

energética

(UT)(KJ/m3)

Densidade

energética

(AP)(KJ/m3)

Densidade

energética

(ED)(MJ/m3)

Densidade

energética

total(MJ/m3)

13 ED5.A 60 12.000 15 5 3 0,0003 202,4 40.480 60.000 100,48 230,96

14 ED5.B 60 12.000 25 5 3 0,0003 202,4 40.480 90.000 130,48 260,96

15 ED5.C 60 12.000 15 5 1 0,0003 202,4 40.480 20.000 60,48 190,96

16 ED5.D 60 12.000 25 5 1 0,0003 202,4 40.480 30.000 70,48 200,96

Densidade energética total é a soma da densidade energética gasta para a obtenção da emulsão estabilizada por WPC, mais a densidade energética gasta para

obtenção da emulsão estanilizada por WPC-pectina. A densidade energética gasta para obter a emulsao estabilizada por WPC é de 130,48 MJ/m3.

A emulsão primaria que antecede a adição da pectina foi submetida a homogeneização por 1 minuto a 12.000 rpm em rotor-estator e homogeneização a 250 bar por 3 passagens em homogeneizador de alta pressão, este processo foi fixo para todas as emulsões primárias.Após a adição da pectina foi variado

passagens e pressão. ED5.A:1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 150bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ED5.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-

estator + 250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ED5.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 150bar/1passe em homogeneizador de alta pressão. ED5.D: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/1passe em homogeneizador de alta pressão.

116


5.5 CARACTERIZAÇÃO DAS EMULSÕES PARA O PROCESSO DE SECAGEM

Após a realização dos ensaios preliminares para definição das concentrações e estudo de

densidade energética no qual obteve-se emulsões com menores gastos energéticos, foram

produzidas emulsões estabilizadas por WPC e por WPC-pectina adicionadas de materiais de

parede como maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100, para posterior secagem em spray dryer.

As emulsões estabilizadas por WPC foram produzidas com 0,5% de WPC e 6% de óleo,

em relação aos sólidos totais da emulsão, e homogeneizadas em rotor-estator por 1 minuto a

12.000 rpm e após submetidas a homogeneização em alta pressão a 250 bar por 3 passagens.

Foram produzidas emulsões estabilizadas por WPC adicionadas de maltodextrina 10DE

(simples+malto) e outra formulação com Hi-Cap®

100 (simples+HiCap). Após a adição dos

materias de parede nas emulsões, essas foram submetidas à homogeneização em rotor estator

por 4 minutos a 16.000 rpm, conforme descrito por Carvalho, Silva, Hubinger (2014). As

emulsões estabilizadas por WPC-pectina eram constituídas de 0,5% de WPC, 6% de óleo de

chia, 0,5% de pectina e 23% de materiais de parede adicionais (maltodextrina 10DE e Hi-

Cap® 100, de forma pura), já as estabilizadas por WPC foram constituídas de 0,5% de WPC,

6% de óleo de chia e 23,5% de materiais de parede adicionais (maltodextrina 10DE e Hi-Cap®

100, de forma pura).

Para a obtenção das emulsões estabilizadas por WPC-pectina primeiramente foi produzida

a emulsão estabilizada por WPC como descrita anteriormente. A partir da emulsão primária,

estabilizada por WPC, foi realizada a adição de dispersão de pectina a 0,5% e realizada

homogeneização em rotor-estator por 1 minuto a 12000 rpm e após submetido ao processo de

alta pressão em 250 bar com apenas uma passagem. A partir da emulsão estabilizada por

WPC-pectina foi realizada a adição das dispersões dos materiais de parede adicionais,

maltodextrina 10DE (dupla+malto) e Hi-Cap®

100 (dupla+HiCap), para homogeneização foi

realizado o mesmo processo descrito, com 4 minutos de homogeneização a 16000 rpm em

rotor-estator.

As emulsões finais foram submetidas à análise de estabilidade, distribuição de tamanho e

diâmetro médio de gotas, microscopia ótica, densidade de carga superficial e comportamento

reológico.

5.5.1 Estabilidade

117


As emulsões obtidas com diferentes materiais de parede foram avaliadas quanto à

estabilidade por 24 horas, de acordo com a metodologia descrita no item 4.2.6.1, os resultados

obtidos estão apresentados na Figura 43 e 44.

Para a realização do processo de secagem em spray drying as emulsões devem se

manter estáveis no período em que acontece o processo de atomização de toda emulsão. Este

processo leva cerca de uma hora para ser realizado, em menores volumes de emulsão, cerca

de 500 mL. As emulsões obtidas foram observadas por 24 horas, para controle de seu

comportamento referente à estabilidade. Na Figura 43 estão apresentadas as emulsões

estabilizadas por WPC e adicionadas de maltodextrina (A) e Hi-Cap® 100 (B).

Figura 43 Avaliação da estabilidade de emulsões estabilizadas por WPC. (A) Maltodextrina

10 DE e (B) Hi-Cap® 100

A emulsão estabilizada por WPC e adicionada de maltodextrina apresentou separação

de fases logo após o processo de homogeneização. Pode-se observar na Figura 43 (A) que a

separação entre as fases é muito evidente quando comparado à emulsão (B) adicionada de Hi-

Cap® 100. A emulsão estabilizada por WPC e adicionada de Hi-Cap

® 100 foi avaliada após o

preparo e manteve-se estável no período de 24 horas, isso pode estar relacionado ao efeito

surfactante do Hi-Cap®

100 que apresenta grupos lipofílicos em sua estrutura. O processo de

homogeneização do Hi-Cap®

100 na emulsão estabilizada por apenas WPC pode ter

provocado uma quebra e reestruturação das gotas de óleo onde os grupos lipofílicos do Hi-

Cap® 100 se associaram mantendo a emulsão estável. Esta emulsão pode ser submetida ao

processo de secagem sem que ocorra a separação de fases.

118


Carvalho, Silva, Hubinger (2014) observaram que a adição de xarope de milho

resultou numa diferença de potencial osmótico, promovendo a movimentação do solvente e

separação das fases entre o óleo de café verde/lecitina e a dispersão de xarope de milho em

alta concentração nas emulsões.

Na Figura 44 estão apresentadas as imagens de emulsões estabilizadas por WPC-

pectina adicionadas dos materiais de parede adicionais. Neste caso, a emulsão que apresentou

separação de fases logo após o preparo foi a estabilizada por WPC-pectina adicionada de Hi-

Cap® 100 (B); já a emulsão adicionada de maltodextrina 10DE (A) se manteve estável no

período de 24 horas. Pode-se observar que emulsões estabilizadas por WPC-pectina quando

adicionadas de materiais de parede apresentaram características contrárias a emulsões

estabilizadas somente por WPC.

Figura 44 Avaliação da estabilidade de emulsões estabilizadas por WPC-pectina. (A)

Maltodextrina 10 DE e (B) Hi-Cap® 100

5.5.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota

Na Tabela 31 estão apresentados os diâmetros médios das gotas das emulsões obtidas

com os diferentes materiais de parede adicionais. Como houve a formação de emulsão estável

em duas formulações, somente estas foram analisadas.

119


Tabela 31 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões obtidas com diferentes materiais de parede adicionais

Material de

Parede

WPC-pectina WPC

Diâmetro

médio(μm)

Span D(0,1) D(0,5) D(0,9) Diâmetro

médio(μm)

span D(0,1) D(0,5) D(0,9)

Hi-Cap® 100

- - - - - 0,82±0,03 B 1,50±0,08

B

0,47±0,01 B 0,92±0,02

B 1,85±0,12

B

Maltodextrina

10DE

1,31±0,02 A 2,35±0,25

A 0,68±0,01

A 1,53±0,02

A 4,29±0,44

A - - - - -

Valores são médias de cinco ensaio, com cada amostra analisada em triplicata. Letras maiúsculas diferentes em cada linha representam diferenças

estatisticamente significativas (p≤0,05).

120


A emulsão estabilizada somente por WPC e adicionada de material de parede Hi-Cap®

100 apresentou o menor diâmetro médio de gota (0,82 μm) quando comparada com a emulsão

estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE (1,31 μm). O fato de

emulsões estabilizadas por WPC adicionadas de Hi-Cap®

100 apresentarem menor diâmetro

médio de gotas pode estar relacionado com possíveis interações deste material de parede com

a emulsão.

A distribuição de tamanho de gotas das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais está apresentada na Figura 45.

Figura 45 Distribuição de tamanho de gotas das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais

Pode-se observar na Figura 45 que as duas emulsões apresentaram uma alta

distribuição de tamanho, mas acima de 10 μm apresentam um pico de menor tamanho. A

emulsão estabilizada por WPC adicionada de Hi-Cap® 100 apresentou a menor distribuição de

tamanho estando entre 0,5 a 5 μm, já a emulsão estabilizada por WPC-pectina possui sua

distribuição entre 0,7 a 50 μm, acima da emulsão estabilizada somente por WPC.

As duas emulsões apresentam um segundo pico na distribuição de tamanho, ou seja,

distribuição bimodal, sendo que a emulsão estabilizada por WPC adicionada de Hi-Cap® 100

é a que apresenta esse segundo pico nos maiores valores de diâmetro médio, entre 50 a 100

121


μm, a formação desses picos pode estar relacionada com a formação de aglomerados nas

emulsões.

5.5.3 Microscopia ótica

A microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC e por WPC-pectina

adicionadas de materiais de parede estão apresentada na Figura 46 e foram obtidas conforme

descrito no Item 4.2.6.4.

Figura 46 Microscopia ótica das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede

adicionais. Simples+HiCap (A) e Dupla+maltodextrina (B)

Nas imagens da Figura 46, pode-se observar que as emulsões apresentam

características diferentes. A emulsão estabilizada com WPC e adicionada de HiCap® 100 (A)

apresentou uma melhor distribuição das gotas e menor polidispersidade, conforme pode ser

observado na Tabela 31, quando comparado com a emulsão estabilizada por WPC-pectina

adicionada de maltodextrina 10 DE. A emulsão estabilizada por WPC-pectina adicionada de

maltodextrina 10 DE (B) apresentou gotas com diâmetros maiores, o que demonstra que esta

emulsão possui gotas mais evidentes e com parede mais espessa que as emulsões estabilizadas

somente por WPC.

5.5.4 Densidade de carga superficial

Os valores de densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC e

WPC-pectina com os diferentes materiais de parede estão apresentadas na Tabela 32.

122


Tabela 32 Densidade de carga superficial das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais

Material de Parede

Potencia Zeta (mV)

Estabilizadas por WPC-

pectina

Estabilizadas por WPC

HiCap® 100 - -6,87±0,22 A

Maltodextrina 10DE -27,43±0,73 B -



(p≤0,05).

Emulsão estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE apresentou

maior valor de potencial zeta (-27,43 mV/ pH 3,8) quando comparada com a emulsão

estabilizada por WPC e adicionada de Hi-Cap® 100 (-6,87 mV/ pH 3,8). Acredita-se que pode

ter ocorrido inversão de fase nessa emulsão, onde as cargas negativas do HiCap® 100

prevaleceram na emulsão.

5.5.5 Comportamento reológico

As curvas de escoamento foram realizadas para a emulsão estabilizada por WPC e

estabilizada por WPC-pectina adicionadas de Hi-Cap® 100 e maltodextrina 10DE. A Tabela

33 apresenta os valores obtidos no ajuste aos modelos Lei da Potência, Newtoniano e

Herschel-Bulkley (HB). Pode-se observar que a emulsão estabilizada com WPC e adicionada

de Hi-Cap® 100 apresentou bom ajuste em todos os modelos avaliados, apresentando R

2

maior que 99%, já a emulsão estabilizada por WPC-pectina e adicionada de maltodextrina

10DE apresentou bom ajuste (R2 > 99%) somente para o modelo da Lei da Potência e HB,

para o modelo Newtoniano apresentou R2 de 95%. A emulsão simples+HiCap possuiu valor

de n próximo a 1 (0,98) sendo considerada, portanto, como fluido Newtoniano. Já a emulsão

dupla+maltodextrina apresentou valor de n = 0,75, sendo considerada assim fluido

pseudoplástico.

Em relação ao modelo de Herschel-Bulkley (HB), pode-se observar que os valores de

tensão inicial apresentados para as duas emulsões avaliadas foram muito pequenos, abaixo de

1,5 Pa, logo nenhuma delas se encaixou neste modelo. Para as emulsões se encaixarem neste

modelo elas devem apresentar elevadas tensões de cisalhamento.

123



(HB) das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede adicionais

Formulação Lei da Potência Newtoniano HB

k (Pa.sn) n R2 (%) μ (Pa.s) R

2 (%) k (Pa.sn) n σ0(Pa) R

2 (%)

Simples+HiCap 0,02±0,01 0,98±0,01 99,99 0,01±0,01 99,97 0,01±0,01 1,01±0,01 0,16±0,01 100

Dupla+maltodextrina 0,17±0,02 0,75±0,01 99,88 0,03±0,01 95,67 0,09±0,01 0,83±0,01 1,45±0,26 99,99



124


As curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação estão apresentadas na

Figura 47 e foram obtidas conforme descrito no item 4.2.6.5.

Figura 47 Curva de escoamento das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede

adicionais

Observa-se nas curvas apresentadas para cada emulsão, a emulsão simples+HiCap

apresentou curva típica de fluido Newtoniano, onde a tensão de cisalhamento necessária para

a deformação foi baixa. Já na curva da emulsão dupla + maltodextrina observou-se que esta

necessitou de tensão de cisalhamento muito mais elevada para ocorrer a deformação,

característica típica do fluido pseudoplástico.

A curva de viscosidade versus taxa de deformação está apresentada na Figura 48 para

as duas emulsões obtidas.

Figura 48 Curva de viscosidade versus taxa de deformação das emulsões obtidas com

diferentes materiais de parede adicionais

125


Pode-se observar que a emulsão que apresentou menores valores de viscosidade foi a

estabilizada com WPC adicionada de Hi-Cap® 100 (simples + HiCap), a viscosidade não

permaneceu constante nas diferentes taxas de deformação avaliadas. A emulsão estabilizada

por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE (dupla + maltodextrina) possuiu

comportamento bem distinto da outra emulsão, podemos observar que esta apresentou uma

elevada viscosidade no início, a qual vai diminuindo conforme aumenta a taxa de deformação.

126


5.6 PROCESSO DE SECAGEM

O processo de secagem foi realizado na emulsão estabilizada por WPC e adicionada de

Hi-Cap® 100 e na emulsão estabilizada por WPC-pectina, adicionada de maltodextrina 10DE.

As emulsões finais eram compostas de 30% de sólidos totais, sendo que, as emulsões

estabilizadas por WPC foram obtidas com 6% de óleo de chia e 0,5% de WPC e adicionadas

de materiais de parede adicionais até a obtenção de 30% de sólidos. As emulsões estabilizadas

por WPC-pectina foram produzidas com 6% de óleo de chia, 0,5% de WPC e 0,5% de pectina

e também foram adicionados os materiais de parede até a obtenção de uma concentração de

30% de sólidos totais.

As micropartículas foram produzidas em duplicata, conforme descrito na metodologia

do Item 4.2.7. O tempo de duração de cada secagem foi em média de 60 minutos com a

temperatura de entrada de 170 oC e a temperatura de saída de 90 ± 2,3

oC para a emulsão

simples+HiCap e 86 ± 2 oC para a emulsão dupla+maltodextrina. As micropartículas obtidas

no processo de secagem em spray dryer foram caracterizadas quanto ao conteúdo de umidade

e atividade de água, distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota, eficiência de

encapsulação e morfologia. Foi realizada também análise de estabilidade oxidativa do óleo

presente nas micropartículas.

5.6.1 Conteúdo de umidade e atividade de água

A Tabela 34 apresenta os dados obtidos de atividade de água e umidade das

micropartículas obtidas. As análises foram realizadas conforme descrito no item 4.2.9.1.

Tabela 34 Conteúdo de umidade (%b.u.) e atividade de água (aw) das micropartículas

estabilizadas por WPC e WPC-pectina

Material de Parede Estabilizadas por WPC-pectina Estabilizadas por WPC

Umidade (%) aw Umidade (%) aw

Hi-Cap® 100 - - 1,13±0,1

B 0,18±0,01

A

Maltodextrina 10DE 1,52± 0,08 A 0,12±0,01

B - -

*Valores são médias de dois ensaios, com cada amostra analisada em triplicata.


(p≤0,05).

127


De acordo com a Tabela 34 pode-se observar que os valores de atividade de água

ficaram acima de 0,1, valores semelhantes aos encontrados na literatura. Carneiro (2011), em

seu estudo de micropartículas obtidas com óleo de linhaça e diferentes agentes encapsulantes

encontrou valores de atividade de água entre 0,8 a 0,15 nos diferentes materiais de parede

avaliados. Carvalho, Silva, Hubinger (2014) avaliaram a atividade de água de micropartículas

obtidas de emulsões estabilizadas com lecitina-quitosana com diferentes materiais de parede

adicionais e encontraram valores entre 0,08 e 0,2. As micropartículas obtidas a partir da

emulsão estabilizada por WPC-pectina no presente trabalho, apresentaram atividade de água

de 0,12, resultado este próximo ao estudado pelos autores.

Os valores de umidade para as duas formulações de micropartículas avaliadas foram

de 1,52% para partículas estabilizadas por WPC-pectina e 1,13% para micropartículas

estabilizadas somente por WPC.

Aberkane, Roudaut, Saurel (2014) produziram micropartículas de óleo rico em ácidos

graxos poli-insaturados pela técnica de dupla camada utilizando proteína de ervilha e pectina

e também emulsão simples de proteína de ervilha adicionadas de maltodextrina; obtiveram

valores de umidade de 1,3% e 1,2%, respectivamente, utilizando temperatura de secagem de

180 oC. Os valores encontrados pelos autores foram muito próximos aos encontrados no

presente trabalho. Os autores citados também produziram emulsões simples, as quais

apresentaram menor valor de umidade, o que também foi observado no presente trabalho.

5.6.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas

As micropartículas obtidas foram analisadas quanto à distribuição de tamanho e

diâmetro médio, conforme descrito no Item 4.2.9.2. Na Tabela 35 estão apresentados os

valores de diâmetro médio das micropartículas obtidas das emulsões estabilizadas por WPC-

pectina e somente por WPC. O gráfico de distribuição de tamanho está apresentado na Figura

49.

Tabela 35 Diâmetro médio das micropartículas estabilizadas por WPC e WPC-pectina

Material de Parede Diâmetro de partícula (μm)

Estabilizadas por WPC-pectina Estabilizadas por WPC

Hi-Cap® 100 - 7,92±0,61

B

Maltodextrina 10DE 8,59±0,58 A -



(p≤0,05).

128


As micropartículas obtidas de emulsão estabilizada por WPC-pectina apresentou

maior diâmetro médio do que micropartículas obtidas da emulsão estabilizada somente por

WPC. Os diâmetros médios e distribuição de tamanho apresentados são muito parecidos e

dentro do esperado para as condições de processo utilizado.

Comportamento semelhante foi encontrado por Aberkane, Roudaut, Saurel (2014), que

com micropartículas obtidas a partir de emulsão simples de proteína de ervilha observaram

diâmetro médio de 2,22 μm; com a adição da pectina o diâmetro médio foi de 4,85 μm.

Carvalho, Silva, Hubinger (2014), produziram micropartículas estabilizadas por lecitina-

quitosana e somente por lecitina com diferentes materiais de parede adicionais, encontrando

diâmetros médios entre 14 a 20 μm para micropartículas estabilizadas por lecitina-quitosana e

para micropartículas obtidas a partir de emulsões estabilizadas por lecitina os diâmetros

variaram entre 16 a 30 μm, sendo estes maiores aos encontrados neste trabalho.

A distribuição de tamanho está apresentada na Figura 49; pode-se observar que as

micropartículas obtidas das emulsões estabilizadas por WPC-pectina e somente por WPC

apresentaram variação de diâmetro entre 0,5 a 60 μm. As micropartículas estabilizadas

somente com WPC apresentaram distribuição com menor volume (5%), já as micropartículas

estabilizadas por WPC-pectina apresentaram um desvio na distribuição e pico com maior

volume (6,5%).

Figura 49 Distribuição de tamanho das partículas estabilizadas por WPC e WPC-pectina

129


5.6.3 Eficiência de encapsulação

A eficiência de encapsulação foi determinada conforme descrito no item 4.2.8.1, e os

valores obtidos estão apresentados na Tabela 36.

Tabela 36 Eficiência de encapsulação das micropartículas estabilizadas por WPC e WPC-

pectina

Material de Parede Eficiência de encapsulação (%)

Estabilizadas por WPC-pectina Estabilizadas por WPC

Hi-Cap® 100 - 99,74±0,02

A

Maltodextrina 10DE 99,95±0,01 A -

*Valores são médias de um ensaio, com cada amostra analisada em triplicata. Letras maiúsculas diferentes em cada coluna representam diferenças estatisticamente significativas

(p≤0,05).

De acordo com a Tabela 36 observa-se que não houve diferença significativa nos

valores de eficiência de encapsulação para as micropartículas estabilizadas por WPC-pectina e

somente por WPC. As eficiências apresentaram valores altos, acima de 99%, o que significa

que ambas as emulsões foram eficientes para manter o óleo de chia dentro das micropartículas

durante o processo de microencapsulação, sem apresentar praticamente nada de óleo

superficial.

Para um processo de microencapsulação bem sucedido as micropartículas devem

apresentar uma quantidade mínima de óleo na superfície do pó e consequentemente possuir

uma retenção máxima de óleo no interior da partícula (TAN, CHAN e HENG, 2005). Com os

resultados de eficiência obtidos no presente trabalho pode-se concluir que micropartículas

estabilizadas por WPC-pectina e adicionadas de maltodextrina e micropartículas estabilizadas

somente por WPC e adicionadas de Hi-Cap® 100 apresentaram um encapsulamento muito

eficiente e consequentemente, a maior parte do óleo ficou retida no interior das partículas.

5.6.4 Morfologia das partículas

A microscopia eletrônica de varredura foi realizada com o intuito de visualizar a

estrutura interna e externa das microcápsulas obtidas. Esta técnica permitiu além de visualizar

a estrutura das partículas, avaliar a capacidade dos polímeros de formar boas barreiras para o

ativo de interesse. Estas análises foram realizadas conforme descrito no Item 4.2.9.3.

130


5.6.4.1 Microestrutura da superfície das partículas

A morfologia superficial das micropartículas obtidas em spray dryer foi avaliada

através da microscopia eletrônica de varredura. Foram utilizadas duas ampliações das

imagens, 2.000 e 7.000 vezes, em cada amostra. As imagens das micropartículas estabilizadas

por WPC adicionada de Hi-Cap® 100 (A) e micropartículas estabilizada por WPC-pectina

adicionada de maltodextrina 10DE (B) estão apresentadas nas Figuras 50 e 51,

respectivamente.

No processo de atomização da emulsão na câmara de secagem através do bico

atomizador ocorre a formação das gotas; essas gotas em contato com o ar quente de secagem

em sentido concorrente evaporam água presente nesta emulsão, no último período da

secagem, quando a gota atomizada já perdeu toda a sua umidade ocorre a formação da

partícula (EL-SAYED, WALLACK e KING, 1990).

Observa-se nas Figuras 50 e 51 que as micropartículas estabilizadas com WPC e

adicionadas de amido modificado Hi-Cap® 100 (A) apresentaram formato esférico, superfície

irregular e tamanhos variados. Já as micropartículas estabilizadas com WPC-pectina e

adicionadas de maltodextrina 10DE (B) apresentam superfície parcialmente esférica, marcada

com a presença de maiores rugosidades.

131




aumento de 2.000 vezes

132




aumento de 7.000 vezes

133


Nas Figuras 50 e 51 (A) estão apresentadas as morfologias das micropartículas

produzidas com Hi-Cap®

100 estabilizada somente por WPC. Carvalho, Silva, Hubinger

(2014), produziram micropartículas de Hi-Cap® 100 estabilizadas por lecitina e observaram

que as micropartículas apresentavam formato esférico e sem rachaduras ou poros; essas

características resultam numa maior proteção do material ativo devido a diminuição da

possibilidade dos gases permearem através da partícula. Observa-se que as partículas obtidas

no presente trabalho também não apresentaram fissuras ou ranhuras em sua superfície.

Kwamman e Klinkesorn (2015), obtiveram micropartículas de óleo de atum

estabilizadas por lecitina-quitosana adicionadas de maltodextrina como material de parede;

observaram que as micropartículas apresentaram superfície rugosa e por este fato concluíram

que não houve completa encapsulação do óleo no sistema estudado. No presente trabalho, as

micropartículas estabilizadas por WPC-pectina adicionadas de maltodextrina 10DE (Figura 50

e 51 (B)), também possuíram superfícies rugosas, mas este fator não interferiu na

encapsulação do óleo de chia, pois observa-se na eficiência de encapsulação valores de

eficiência acima de 99%.

Emulsões com maiores viscosidades são produzidas com carboidratos de baixa

dextrose equivalente (DE) e consequentemente no processo de secagem em spray dryer

resultam na má formação de partículas que tendem a ficar agregadas umas nas outras. A

elevada viscosidade não só resulta na má formação da partícula, mas também gera a formação

de grumos (GHARSALLAOUI, SAUREL, et al., 2012).

5.6.4.2 Microestrutura da superfície interna das partículas

Para a obtenção das micrografias da parte interna das microcápsulas foi realizada a

quebra das micropartículas como descrito no item 4.2.9.3.

As microestruturas internas estão apresentadas na Figura 52, as micropartículas

estabilizadas por WPC e adicionadas de Hi-Cap®

100 estão apresentadas na Figura 52 (A) e

as micropartículas estabilizadas por WPC-pectina adicionadas de maltodextrina 10DE estão

apresentadas na Figura 52 (B).

134


Figura 52 Microestrutura interna das micropartículas estabilizadas por WPC adicionada de

Hi-Cap®

100 (A) e estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE(B) com

aumento de 7000 vezes

135


Pode-se observar na Figura 52 que as micropartículas apresentam pequenos poros

incorporados na matriz das micropartículas, estrutura típica deste tipo de partícula. Estes

pequenos poros incorporados na matriz da parede das microcápsulas são indícios que o

material ativo, no caso o óleo de chia, se encontra disperso na forma de pequenas gotas na

parede das microcápsulas.

As micropartículas obtidas com maltodextrina 10DE estabilizadas com WPC-pectina

(A) apresentam parede mais espessa que das micropartículas estabilizada somente por WPC

adicionadas de Hi-Cap® 100 (B). Esta característica observada na imagem 52 (B) se deve ao

fato desta ser obtida da emulsão estabilizada por WPC-pectina, que confere maior proteção ao

ativo devido à atração eletrostática entre o WPC e pectina, formando parede mais espessa e

rígida. No processo de raspagem para a obtenção da imagem das micropartículas quebradas

foi necessária uma maior força de raspagem nas micropartículas estabilizadas por WPC-

pectina do que nas estabilizadas somente por WPC. E observa-se ainda que as micropartículas

apresentadas na Figura 52 (A) que necessitaram de uma menor força de raspagem

apresentam-se mais quebradas que as da imagem 52 (B), que foram as que necessitaram da

maior força; este fato descreve a maior resistência desse tipo de micropartícula.

5.6.5 Estabilidade oxidativa

As micropartículas produzidas a partir de Hi-Cap® 100 estabilizadas por WPC e

produzidas com maltodextrina 10DE estabilizada por WPC-pectina foram submetidas à

análise de estabilidade oxidativa juntamente com óleo de chia “in natura”. Os resultados de

estabilidade oxidativa realizados pelo método de Rancimat estão apresentados na Tabela 37,

em forma de tempo de indução e os testes foram realizados conforme descrito pela

metodologia do item 4.2.10.1.

Tabela 37 Tempo de indução obtido pelo método Rancimat para as micropartículas

estabilizadas por WPC-pectina e por WPC e o óleo de chia como controle

Amostra Tempo de indução (h)

óleo de chia 1,02±0,01

simples+HiCap 3,92±0,04 A

Dupla+maltodextrina 3,96±0,25 A


Letras maiúsculas diferentes na coluna representam diferenças estatisticamente significativas

(p≤0,05).

136


Pode-se observar na Tabela 37 que o óleo possui tempo de indução de 1,02 horas,

podendo-se dizer que possui baixa estabilidade. Segundo a norma EM 14112, para que um

óleo seja considerado estável deve apresentar tempo de indução em equipamento Rancimat de

no mínimo 6 horas.

O tempo de indução das micropartículas obtidas no presente trabalho foi maior ao

encontrado para o óleo, resultado que justifica o processo de microencapsulação do óleo para

o aumento da sua estabilidade.

Ixtaina, Nolasco, Tomás (2012), em seu estudo de estabilidade oxidativa do óleo de

chia observaram que o tempo de indução deste produto foi próximo de 1 hora e que este valor

pode ser aumentado com o uso de antioxidantes, como extrato de alecrim, extrato de chá

verde e palmitato de ascorbila, sendo estes testados pelos autores. O resultado encontrado

pelos autores foi muito semelhante ao obtido no presente trabalho o que estabelece que o óleo

utilizado esta na sua forma pura sem a adição de nenhum antioxidante e que necessita de

algum processamento para que esta estabilidade seja aumentada.

Carvalho, Silva, Hubinger (2014), avaliaram a estabilidade oxidativa de

micropartículas de óleo de café verde estabilizadas por lecitina-quitosana e somente por

lecitina em Rancimat, observando que a adição de uma camada de quitosana nas

micropartículas avaliadas resultou no aumento da estabilidade oxidativa, independente do

material encapsulante adicional que foi utilizado.

Segundo Guzey e McClements (2006a), emulsões produzidas com óleo de peixe e

SDS (dodecilsulfato de sódio) apresentaram uma menor estabilidade oxidativa comparada

com as emulsões obtidas com óleo de peixe-SDS-quitosana. A menor estabilidade das

emulsões de óleo de peixe-SDS pode estar associada à presença de cargas negativas quando

comparadas com as emulsões obtidas com óleo de peixe-SDS-quitosana, que possuíam carga

positiva. De acordo com os autores, foi verificado que após análise com íons Fe+2

a maior

instabilidade foi atribuída à capacidade que estes íons têm de adsorverem a superfície

aniônica das gotas de óleo cobertas com SDS. Já as emulsões estabilizadas por SDS-quitosana

(óleo de peixe-SDS-quitosana) mostraram maior estabilidade oxidativa devido à presença da

carga positiva da quitosana que resultou na repulsão eletrostática dos íons Fe+2

. Além disso, a

espessura das camadas que recobrem a gota contribui para o aumento da estabilidade

oxidativa devido à dificuldade que os íons Fe+2

possuem para entrar em contato com a fase

lipídica.

O fato das partículas estabilizadas por WPC-pectina não apresentarem valores de

tempo de indução maiores que as partículas estabilizadas por WPC pode estar relacionada

137


com a carga negativa da camada de pectina, o que facilita a adsorção dos íons Fe+2

na camada

lipídica facilitando a oxidação lipídica.

Os tempos de indução obtidos para as duas micropartículas estudadas não

apresentaram diferença significativa entre si e podemos concluir que os dois processos

estudados resultam no aumento da estabilidade do óleo de chia.

138

Conclusão

6 CONCLUSÃO

Através da primeira etapa deste trabalho, foi possível avaliar a obtenção de emulsões

de óleo de chia estabilizadas por WPC e emulsões de óleo de chia estabilizadas por WPC-

pectina com diferentes concentrações de WPC e pectina. Foi possível obter emulsões com

diferentes concentrações dos agentes estabilizantes, mas a que apresentou melhores

características foram as emulsões obtidas com 0,5% de WPC e 0,5% de pectina.

O estudo da densidade energética para a obtenção de emulsões com um menor gasto

mostrou-se satisfatório. Foi possível diminuir o gasto energético na obtenção de emulsões

estabilizadas por WPC e estabilizadas por WPC-pectina em torno de 70% e 20%,

respectivamente, e mesmo assim obter emulsões estáveis e com características desejáveis.

Os materiais de parede: maltodextrina 10DE e Hi-Cap®

100 foram utilizados como o

intuito de agregar teor de sólidos para o processo de secagem. A matodextrina 10 DE

apresentou-se boa alternativa quando adicionada em emulsões estabilizadas por WPC-pectina,

já não foi satisfatória quando adicionada em emulsões estabilizadas por somente WPC,

resultando na separação de fases. O Hi-Cap® 100 apresentou comportamento inverso ao da

maltodextrina 10DE, onde foi boa alternativa na produção de emulsões estabilizadas somente

com WPC e resultando na separação de fases quando adicionado a emulsões estabilizadas por

WPC-pectina.

No estudo de secagem das emulsões estabilizadas por WPC e por WPC-pectina, as

duas formulações submetidas à secagem em spray dryer apresentaram resultados satisfatórios.

A emulsão estabilizada com WPC e adicionada de Hi-Cap® 100 e a emulsão estabilizada por

WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE, apresentaram boa eficiência de

encapsulação, diâmetro de partícula, umidade e estrutura interna e externa das micropartículas

com características boas e satisfatórias para este tipo de processo.

Na avaliação da estabilidade oxidativa as duas formulações de micropartículas

estudadas não apresentaram diferenças entre si. Mas aumentaram em cerca de 4 vezes o

tempo de indução em relação ao óleo de chia “in natura”.

Por fim, diante dos resultados obtidos no decorrer do trabalho, conclui-se que é

possível obter emulsões com menores gastos energéticos, tanto emulsões estabilizadas por

WPC quanto emulsões estabilizadas por WPC-pectina.

139

Conclusão

Maltodextrina 10DE e Hi-Cap® 100 se mostraram bons matérias de parede na

obtenção das emulsões e nas micropartículas e todo o processo realizado gerou um aumento

na estabilidade oxidativa do óleo de chia.

140

Sugestões para trabalhos futuros

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Produzir emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, a partir de outros métodos de

homogeneização.

Avaliar a formação da emulsão estabilizada por concentrado proteico de soro de leite-

pectina através de análises com microscópio confocal, a fim de determinar as diferentes

camadas de agente estabilizante.

Determinar o índice de peróxidos e oxidação nas emulsões estabilizadas por

concentrado proteico de soro de leite e estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite

e pectina.

Avaliar o comportamento de outros materiais de parede, como gomas e outros amidos

modificado, na formulação das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de

leite-pectina e somente por concentrado proteico de soro de leite, bem como a interação entre

esses materiais de parede.

Estudar o comportamento da mistura entre maltodextrina DE10 e HiCap 100 na

produção de emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina bem

como a produção de micropartículas a partir delas.

Estudar outras condições de secagem em spray dryer.

Avaliar outras propriedades das partículas obtidas, como higroscopicidade,

solubilidade e características de dispersão.

Determinar a estabilidade oxidativa das micropartículas produzidas a partir de

emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e concentrado proteico de

soro de leite-pectina através de índice de peróxidos e cromatografia gasosa a fim de verificar

os compostos de degradação produzidos na oxidação.

141

Referências Bibliográficas

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