Emulsificação óleo/água por membranas utilizando isolado proteico de soro de queijo como surfactante

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2019.

Neste trabalho, foram estudadas a formação de emulsões óleo-em-água (O/A) pela técnica de emulsificação direta por membrana (EM) cerâmica, empregando como surfactante o isolado proteico de soro de leite (WPI), composto por numa mistura de proteínas obtidas do soro de leite bovino, este foi comparado a surfactantes não-iônicos tradicionalmente empregados em trabalhos com emulsificação (Tween® 20 e Span® 80). Membranas cerâmicas de alumina com dois tamanhos médios de poros foram testadas (0,1 µm e 0,2 µm). A fase contínua foi preparada dissolvendo diferentes concentrações de WPI (1 a 10%) e Tween? 80 (1%); óleo de girassol e Span® 80 (1, 2, 3 %) foram usados na fase dispersa. Nos ensaios foram avaliados: o efeito de campos magnéticos (CM), pressão, % de óleo de girassol, WPI e Span® 80 a fim de obter a melhor condição para produção de emulsão pelo método de EM e posterior comparação com o método convensional e analisada a estabilidade das emulsões produzidas. As densidades de fluxo de campo magnético foram de 0,3, 0,6 e 1,34 T. A permeabilidade do óleo através das membranas foi determinada assim como a influência da bomba de recirculação da fase contínua, testando-se dois tipos de bombas de engrenagem e uma bomba de diafragma, com vazão fixa de 1,2 ± 0,2 L.min-1, com ambos surfactantes (WPI e Tween? 80). A influência do CM sobre a solução contendo o WPI foi avaliada para de determinação do potencial zeta e da concentração micelar crítica (CMC) das soluções, com e sem indução magnética. Os resultados mostraram que não houve diferença significativa entre o potencial zeta e CMC das amostras de WPI expostas ou não ao CM. Observou-se que as bombas não levam à formação de emulsão estável no sistema estudado. Entre os fatores avaliados, a concentração de WPI e a pressão foram os que influenciaram significativamente no processo. Com o Tween® 80 e a combinação de WPI e Span® 80 foi possível produzir emulsões com menores índices de dispersão (span) e diâmetro de Sauter (D3/2), sendo que a estabilidade máxima obtida foi de 40 dias. O Processo de EM foi mais eficiente do que as emulsões produzidas por método de rotor-estator. A melhor condição para produção de emulsões utilizando o processo de EM foi pressão 2 bar, vazão da bomba (de engrenagem Micropump®) 1,2 L.min-1 e 20 % óleo. É possível realizar o processo que possui dentre suas vantagens um menor gasto energético e empregando WPI como substituto aos surfactantes tradicionais.<br>

Abstract : In this work, the formation of oil-in-water (O/W) emulsions by membrane emulsification technique (EM) was studied. Whey Protein Isolate (WPI), a mixture of proteins derivated from bovine serum, was tested as a surfactant in combination with other two tradicional non-ionic surfactants, Tween® 20 and Span® 80. Ceramic alumina membranes with two pore sizes (0.1 µm and 0.2 µm) were tested. The continuous phase was prepared testing different concentrations of WPI (1 to 10%) combined with Tween® 80 (1%) and the dispersed phase was prepared using sunflower oil and Span® 80 (1, 2 and 3%). The follow parameters: Effect of magnetic field, (CM), pressure, % of sunflower oil, WPI and Span® 80 were evaluated in order to obtain the optimal conditions for the emulsification using the MS technique, comparing the results with emulsions produced by the conventional rotor-stator method. The magnetic field flux densities evaluated were 0.3, 0.6 and 1.34 T. The oil permeability through the membranes was determinated, as well as the influence of two diferent pumps (recirculation and diaphragm) with a fixed flow rate of 1.2 2 ± 0.2 L.min-1, with both surfactants (WPI and Tween ® 80). Also, the influence of CM on the solution containing WPI was evaluated in order to determinate the zeta potential and the critical micellar concentration (CMC) of the solutions, with and without magnetic induction. The results showed that there was no significant difference between the zeta potentials and the CMC?s of the WPI samples exposed or not to the magnetic field. It was observed that the pumps didn?t lead to a stable formation in the studied system. Among the evaluated parameters, the WPI concentration and the pressure were the most significant ones. Using Tween ® 80 and combining WPI with Span® 80 it was possible to produce emulsions with the lower dispersion índices (span) and Sauter?s diameter (D3/2). The maximum stability period reached was 40 days. The MS technique turned out more eficient than the rotor-stator technique. The best conditions finded for the emulsification process by MS technique were: 2 bar pressure, pump flow (Micropump® gear) 1.2 L.min-1 and 20% sunflower oil. It?s possible to perform the emulsification by a method that has among its advantages a lower energy expenditure, using WPI as a substitute for tradicional surfactants.