Uso de membranas cerâmicas microporosas na produção de emulsões óleo de girassol em água

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2014.

Emulsificação com membrana é um método simples quando comparado aos métodos convencionais, que tem recebido atenção crescente ao longo dos últimos anos, com aplicações potenciais em muitas áreas. Este trabalho teve como objetivo avaliar o preparo e a estabilidade de emulsões do tipo O/A (óleo em água) utilizando o processo de emulsificação com membranas cerâmicas. Membranas cerâmicas microporosas de tamanho médio de poros 0,2 µm e 0,8 µm foram utilizadas com sucesso para a produção de emulsões de óleo de girassol em água com tamanho médios de gotas variando de 2,9 µm a 11,6 µm, para a membrana de 0,2 µm; e de 4,8 a 16,2 µm para a membrana de 0,8 µm. O presente estudo demonstrou que o tamanho das gotas é largamente dependente do tamanho dos poros da membrana, da pressão, da concentração de óleo, do surfactante e da velocidade tangencial. Quanto à estabilidade das emulsões, pode-se dizer que as emulsões obtidas com a membrana de 0,2 µm são mais estáveis que aquelas obtidas com a membrana de 0,8 µm. Por um planejamento experimental do tipo Plackett & Burman, foram variadas a concentração de óleo (10% a 20%), concentração de surfactante (1% a 4%), velocidade tangencial (0,12 m·s-1 a 0,24 m·s-1) e pressão (1 bar a 3 bar), mostrou-se que todos estes parâmetros apresentaram influências significativas no processo de emulsificação. Foram realizadas análises do tamanho da distribuição (span) e do tamanho das gotas (D3,2). Os tamanhos médios das gotas variaram entre 10 e 36 vezes o diâmetro nominal dos poros, enquanto a largura da distribuição (span) mostrou que algumas emulsões são monodispersas e outras polidispersas. A membrana de 0,2 µm mostrou ser mais eficiente quando comparada com a membrana de 0,8 µm, pois resultou em um estreito tamanho de distribuição e menores tamanhos de gotas. Desta forma, as emulsões produzidas com essa membrana mantiveram-se estáveis por até 100 dias. A estabilidade possibilita garantir a segurança e qualidade do produto, que pode ser determinada pela sua microestrutura. As emulsões obtidas pelo processo com membrana foram comparáveis às obtidas com um método convencional, baseado em sistema de homogeneização (Ultra-Turrax®). A aplicação de campo magnético no processo de emulsificação com membrana resultou em emulsão mais estável que as emulsões obtidas na ausência do campo.<br>

Abstract : Membrane emulsification is a simple method, which has been received growing attention recently, due to the possibility of different applications. This study aimed to assess the preparation and stability of O/W (oil in water) emulsions by membrane emulsification. Microporous ceramic membranes with mean pore size 0.2 µm and 0.8 µm were successfully used for producing sunflower oil in water emulsions, with mean droplet size between 2.9 and 11.6 µm, for 0.2 µm membrane; and from 4.8 to 16.2 µm, for the 0.8 µm membrane. The results showed that the droplet size is largely dependent on the membrane pore size, pressure, oil and surfactant concentration, and tangential velocity of water stream. The emulsions obtained with the 0.2 µm membrane were more stable than those obtained with the 0.8 µm membrane. The effect of oil concentration (10% to 20%), surfactant concentration (1% to 4%), tangential velocity (0.12 m·s-1 to 0,24 m·s-1) and pressure (1 bar to 3 bar) on the process performance was tested using a Plackett & Burman experimental design. All the parameters significantly influenced mean droplet size, span and stability. Mean droplet size varyied from 10 to 36-fold the membrane mean pore size, and monodisperse and polydisperse emulsions were obtained. Membrane with 0.2 µm mean pore size yielded better results than 0.8 µm membrane, since they yielded smaller droplet size and span. The emulsions prepared by this membrane were stable up to 100 days. The stability is an important issue for product quality and safety. The membrane emulsions were comparable to those obtained by common homogenization process (Ultra-Turrax®). The use of a magnetic field in the emulsification process resulted in a more stable emulsion than those obtained in the process without application of the field.