Análise da fluidodinâmica do sistema no processo de encapsulação de extrato vegetal em leito fluidizado

As partículas sementes utilizadas como modelo nesta etapa do trabalho foram pellets de celulose microcristalina de diferentes granulometrias - Celphere® CP-507, com tamanho médio e densidade respectivamente de 500 a 710 µm e 0,95 g/mL; e Celphere® CP-305, respectivamente com tamanho e densidade de 300 a 500 µm e 0,93 g/mL, sendo classificadas como tipo B através do diagrama simplificado de Geldart (1973).

4.2.8.1 Obtenção da composição de alimentação encapsulante

A formulação de alimentação encapsulante contendo extrato de alecrim (Rosmarinus officinalis) utilizada como padrão para todos os experimentos realizados nesta etapa do trabalho contém uma parte lipídica, uma parte de carboidratos, e goma Arábica, apresentando teor de sólidos de 25 % m/m, proporção extrato vegetal: carreadores de 1:5, sendo os carreadores - Poloxamer 407 (20%

m/m), ácido esteárico (10% m/m), Maltodextrina D10 (30% m/m) e goma Arábica (40% m/m). O Poloxamer e o ácido esteárico foram misturados e aquecidos a 70 °C, sendo então adicionados à mistura de extrato vegetal com maltodextrina e goma Arábica, previamente hidratadas durante 24 horas, e aquecida a 70 °C. A formulação foi então homogeneizada em Ultra Turrax a 18.000 rpm durante 5 min.

4.2.8.1.1 Caracterização da composição de alimentação encapsulante

A formulação foi caracterizada quanto à densidade através do método do picnômetro, e também pelos aspectos reológicos determinados através do reômetro Brookfield modelo LV-DVIII, à temperatura de 50 °C ± 1 °C, utilizando spindle SC4- 25, sendo as amostras das formulações submetidas a velocidades crescentes de rotação na faixa de 20 à 200 rpm. Os valores da viscosidade, em função do gradiente de cisalhamento, foram avaliados e referem-se ao valor médio obtido em triplicata da leitura do equipamento em velocidade de rotação especificada.

4.2.8.2. Processo inicial para determinação da velocidade do ar de fluidização inicial mais adequada

Inicialmente foi realizado ensaio do processo de encapsulação em leito fluidizado para determinação da velocidade do ar de fluidização mais adequada para ser aplicada nos ensaios posteriores a partir da determinação da Umf dos grânulos formados durante o processo. Este ensaio foi iniciado com 300 g de partículas Celphere® CP-507 nas seguintes condições experimentais: vazão da suspensão de alimentação (Ws) de 7,0 g/min; vazão do ar de atomização (Wat) de 20 L/min; pressão do ar de atomização (Pat) de 2,0 kgf/cm3; temperatura do ar de fluidização de 70 °C. A velocidade do ar de fluidização (U) inicial foi equivalente a quatro vezes o valor da velocidade mínima de fluidização das partículas sementes (Umf). O processo foi mantido até o colapso do sistema, sendo então interrompido, e realizada a determinação das características fluidodinâmicas dos grânulos obtidos, como descrito no item 4.2.2.

Foi coletada uma amostra dos grânulos a cada 15 min de processo para determinação da cinética de crescimento e porcentagem de aglomeração através do peneiramento dos grânulos, com descrito no item 4.2.6.1.2.

A caracterização dos grânulos foi realizada através da determinação do diâmetro médio, índice de SPAN e fator de forma através de análise por imagem, densidade bruta e de compactação, fator de Hausner e índice de Carr, pelos métodos descritos nos itens 4.2.1.1, 4.2.1.2 e 4.2.1.3, respectivamente.

A partir da determinação da Umf dos grânulos obtidos ao longo do processo (até o colapso do sistema), a velocidade do ar de fluidização foi corrigida e o processo reiniciado nas mesmas condições operacionais, mantendo-se U/Umf = 4. O processo prosseguiu até o colapso do sistema, sendo então novamente interrompido para caracterização fluidodinâmica do sistema, como realizado anteriormente, e assim sucessivamente por mais duas vezes, até 70 minutos de processo.

Baseada nos resultados obtidos neste ensaio inicial foi selecionada a velocidade do ar de fluidização inicial (U) igual a oito vezes a Umf das partículas sementes para os ensaios seguintes.

4.2.8.3 Processo de encapsulação em leito fluidizado

O processo de encapsulação foi iniciado introduzindo-se 300 g de partículas sementes no leito (Celphere® CP 507 – tamanho entre 500 e 710 µm). A velocidade do ar de fluidização (U) foi ajustada para 0,8 m/s, correspondente a 8 x Umf das partículas sementes, e mantida constante durante todo o processo. Para as partículas Celphere® CP 507, a vazão de alimentação da composição encapsulante foi de 7 g/min e, o tempo total de alimentação no sistema foi de 60 min.

No processo de encapsulação utilizando Celphere® CP 305 (tamanho entre 300 e 500 µm) como partículas sementes, a velocidade do ar de fluidização foi de 0,44 m/s, correspondente a 8 x Umf das partículas sementes. Neste caso, a vazão de alimentação da composição encapsulante foi ajustada para 4,0 g/min e o tempo total de alimentação no sistema foi de 105 min.

Todos os ensaios foram realizados em duplicata.

Foram estudados dois modos operacionais do processo: intermitente e contínuo. No modo intermitente, a atomização da composição de alimentação foi interrompida a cada 15 min e os grânulos mantidos sob fluidização no sistema por 5 min para redução do teor de umidade no leito. Amostras dos grânulos foram coletadas a cada 15 min de processo, no momento da interrupção da atomização da composição encapsulante e então caracterizadas. No modo operacional contínuo, a atomização da composição de alimentação foi mantida continuamente durante todo o processo e, as amostras dos grânulos coletadas a cada 15 min, sendo então caracterizadas.

Micromanômetro e transdutor de pressão de resposta rápida (Omega: 164PC01D37 e 163PC01D75) conectados a um sistema de aquisição de dados PCL 711-S card (Advantech) instalado em um computador contendo o programa Labtech (versão 3.21) foram utilizados para obtenção de dados sobre a pressão em uma frequência de 1 Hz durante todo o tempo de processo e os sinais de flutuação de pressão em uma frequência de 200 Hz durante 2 min a cada 15 min do processo. Para se determinar a evolução da temperatura e umidade do gás na saída do sistema, foi utilizado o transmissor de pressão barométrica, temperatura e umidade, iServer MicroServer i.BTHX-W-S 1160274, conectado a um computador, sendo a aquisição de dados realizada através de programa em Excel. A análise estatística de séries temporais da flutuação da pressão foi realizada através da amplitude dos sinais de flutuação da pressão a cada 15 min de intervalo, sendo calculados o desvio padrão e, também, através da Transformação Rápida de Fourier (FFT, método de Welch), de forma a se obter a densidade espectral de potência (PSD) e determinar a frequência média dominante.

4.2.8.4 Avaliação do processo de encapsulação em leito fluidizado

Os processos de encapsulação/aglomeração em leito fluidizado foram avaliados através da determinação da eficiência de revestimento, como descrito no item 4.2.6.1, e porcentagem de aglomeração, como descrito no item 4.2.6.2.

4.2.8.5 Caracterização dos produtos

Os produtos obtidos foram caracterizados através do diâmetro médio, distribuição granulométrica, índice de polidispersidade (índice de SPAN), fator de forma, densidade bruta e de compactação, fator de Hausner e índice de Carr pelos métodos descritos anteriormente para as partículas sementes nos itens 4.2.1.1, 4.2.1.2 e 4.2.1.3, respectivamente.

4.2.8.6 Morfologia das partículas sementes e dos produtos obtidos nos diferentes modos operacionais

A morfologia das partículas sementes e dos produtos obtidos foi analisada por microscopia eletrônica de varredura conforme descrito no item 4.2.7.7.

ETAPA IV

Com base nos resultados obtidos na Etapa III e visando a otimização do processo de encapsulação de extratos vegetais em leito fluidizado, foram realizados novos ensaios para avaliar a influência da vazão de atomização e velocidade do ar de fluidização, no desempenho do processo usando-se o modo operacional intermitente. A análise dos sinais de flutuação da pressão no leito também foi utilizada nesta etapa, uma vez que de acordo com os estudos prévios, esta ferramenta mostrou-se efetiva para auxiliar na seleção de variáveis operacionais adequadas à obtenção de produtos com características desejadas.

4.2.9 Otimização do processo de encapsulação/aglomeração de