Secagem por atomização

A secagem por atomização (spray drying) é a técnica mais comum para a produção de flavors com baixa umidade (REINECCIUS, 1988). Por definição, spray drying é a transformação do material de alimentação em estado fluido (solução, dispersão ou pasta) em um produto particulado, formado pela atomização do fluido em um meio de secagem a quente. É um processo contínuo que envolve diversas fases: atomização do fluido, mistura do fluido atomizado com o ar quente, evaporação da água e separação do produto em pó do ar de secagem (GHARSALLAOUI et al., 2007).

As variáveis de processo que influenciam a retenção de compostos de flavor durante o processo de secagem por atomização são: conteúdo de sólidos do material de alimentação; o peso molecular e a pressão de vapor dos compostos de flavor; o tipo e o peso molecular dos carreadores usados; concentração dos componentes de flavor; viscosidade do material de alimentação do secador; velocidade do ar de secagem; temperaturas do ar de entrada e saída; porcentagem de umidade do ar de entrada na secagem; tamanho da partícula da gotícula atomizada e temperatura da alimentação (REINECCIUS, 1988).

Na secagem por atomização, apesar de a técnica utilizar altas temperaturas, sua rápida evaporação mantém relativamente baixa a temperatura das gotículas, podendo dessa maneira ser aplicada em produtos sensíveis ao calor, tais como produtos biológicos e

A pequena perda de voláteis durante a secagem por atomização pode ser explicada pela teoria da difusão seletiva. De acordo com esse conceito, a membrana seletiva formada, ao redor da gota atomizada no início processo de secagem, impede a saída de voláteis sem impedir a saída de água. Como a formação da membrana ocorre muito rapidamente, a perda de voláteis é reduzida consideravelmente (RÉ, 1998).

Sabe-se que a retenção de voláteis durante a secagem está relacionada ao conteúdo de sólidos dissolvidos na alimentação e que o aumento na concentração total de sólidos resulta no aumento da viscosidade (RÉ, 1998). O primeiro efeito é devido à grande concentração de sólidos proporcionar uma redução no tempo necessário para a formação de uma membrana semipermeável sobre a superfície da partícula, durante a secagem (REINECCIUS, 1988).

Um termo comumente usado em microencapsulação é a relação entre a massa do material de recheio e a massa do material de parede, a qual representa, na verdade, a concentração de óleo ou de flavor. Na maioria dos trabalhos publicados, uma relação típica de material recheio e de parede de 1:4 (20% de material de recheio no pó encapsulado) é adotado e reportado como sendo o ótimo para vários materiais, incluindo a goma arábica e amidos modificados (JAFARI et al., 2008).

A temperatura do ar de entrada é diretamente proporcional à taxa de secagem das microcápsulas e ao conteúdo final de água. Quando a temperatura de entrada do ar é baixa, a baixa taxa de evaporação causa a formação de microcápsulas com membranas de alta densidade, alto teor de umidade, baixa fluidez, o que pode facilitar a aglomeração. Contudo, uma alta temperatura do ar de entrada causa uma evaporação excessiva e resulta em fissuras na membrana, induzindo a liberação prematura, degradação do ingrediente microencapsulado e também perdas de voláteis. A temperatura do ar de entrada é normalmente condicionada por dois fatores: custo e faixa de temperatura que pode ser seguramente empregada, sem causar danos ao produto ou perigos operacionais (GHARSALLAOUI et al., 2007).

Diversos estudos verificaram o efeito da temperatura de entrada e saída na eficiência de encapsulação de óleos e flavors. Sabe-se que temperaturas de entrada do ar suficientemente altas (160-220ºC) permitem a formação rápida de uma membrana

semipermeável na superfície da partícula, resultando em uma retenção ótima de flavor (JAFARI et al., 2008).

A viscosidade do material também afeta as condições de secagem e qualidade do produto final. Como a viscosidade varia em função da temperatura, o pré-aquecimento do produto na alimentação do atomizador é um parâmetro que poderia ser avaliado, uma vez que uma redução da viscosidade pode tornar possível o aumento da concentração de sólidos no fluido. Como conseqüência, a capacidade do processo de secagem aumenta, o tempo de secagem diminui e a qualidade do produto final é melhorada.

Rodrigues (2004) estudou a produção de microcápsulas de extrato de café crioconcentrado por spray drying, usando como agente encapsulante a maltodextrina, a goma arábica e a goma de cajueiro. Para a determinação das melhores condições de temperatura de secagem e da relação material de recheio/concentração de sólidos de parede, foram avaliadas as temperaturas 150, 180 e 200º C e a relação material de recheio/concentração de sólidos 10%, 20 % e 30%, usando maltodextrina como material de parede. Os melhores resultados foram obtidos para a temperatura de 180º C com 20% de material de recheio em relação à concentração de sólidos.

Huynh et al. (2008) otimizaram a microencapsulação de óleo de murta (lemon

myrtle), através secagem por atomização, usando a metodologia de superfície de resposta. Foram avaliados, através de um planejamento completo de faces centradas, o efeito do tipo de material (amido modificado e maltodextrina ou proteína de soro concentrada e maltodextrina), concentração de alimentação (20 a 30%), concentração de óleo (10 a 20%) e temperatura de saída (60 a 70º C) em relação às respostas retenção de óleo e concentração de óleo na superfície. Os autores observaram que a retenção de óleo era significativamente afetada pelo tipo de material de parede e pela concentração de sólidos, já o conteúdo de óleo da superfície foi influenciado pelo tipo de agente encapsulante, pelo conteúdo de óleo e a temperatura de saída do ar de secagem. A condição otimizada foi encontrada utilizando- se 40% de concentração de alimentação, 18% de concentração de óleo e 65º C de temperatura de saída de ar.

planejamento fatorial completo, quatro variáveis: concentração de óleo, proporção de proteína de leite isolada em relação ao material de parede, concentração de lecitina de soja e pressão de homogeneização. Em relação à eficiência de microencapsulação, as condições otimizadas foram: 23,6% de óleo de girassol, 19% de proteína isolada de leite, 2,5% de lecitina de soja e 54,8% de dextrina, sendo que, nessas condições, a eficiência de encapsulação foi 96,6%. Além disso, foi constatado que o efeito da pressão de homogeneização não foi significativo.

3.5. Emulsões

Uma emulsão consiste de dois líquidos imiscíveis (normalmente óleo e água), com um dos líquidos disperso como partículas esféricas pequenas no outro. Na maioria dos alimentos, o diâmetro das gotas está normalmente entre 0,1 e 100 µm (FRIBERG; LARRSON, 1997). As emulsões podem ser classificadas convenientemente de acordo com a sua distribuição de óleo na fase aquosa. Um sistema que consiste de gotas de óleo dispersas em uma fase aquosa é chamada de emulsão óleo em água (O/A) (por exemplo, leite, creme, maionese, bebidas, sopas) e um sistema que consiste de gotas de água dispersas na fase óleo são chamadas emulsão água em óleo (A/O). A substância ou solução que compõe a gota é chamada de fase dispersa, descontínua ou fase interna, enquanto que a substância que envolve as gotas é chamada de fase contínua ou externa (MCCLEMENTS, 2005).

Para promover a estabilização das emulsões, geralmente são adicionados dois tipos de compostos: estabilizantes e emulsificantes (DICKINSON, 1992). Os estabilizantes são componentes que conferem estabilidade às emulsões por longo período de tempo (DICKINSON, 1992), já os emulsificantes são moléculas anfifílicas que promovem a formação da emulsão e estabilização por ação interfacial (DICKINSON, 2003).

O processo de formação de emulsões consiste na mistura de dois líquidos imiscíveis através de uma etapa de homogeneização, que pode ser dividida em duas categorias: homogeneização primária e secundária. A homogeneização primária é definida como a produção de uma emulsão diretamente a partir de dois líquidos imiscíveis, enquanto que a

homogeneização secundária consiste na redução dos tamanhos de gotas já existentes em uma emulsão (MCCLEMENTS, 2005). Em algumas circunstâncias, partículas podem se combinar (coalescer) e formar partículas maiores (ROBINS; WATSON; WILDE, 2002).

Em relação aos diferentes processos de homogeneização de emulsões, atualmente são empregados misturadores do tipo rotor-estator, homogeneizadores a altas pressões, emulsificadores ultrasônicos e sistemas de membranas. Esses processos influenciam diretamente a adsorção da proteína na interface, diâmetro de gota e estabilidade de sistemas, produzindo emulsões com diferentes propriedades físico-químicas e organolépticas (PERRIER-CORNET et al., 2005).

A homogeneização a alta pressão visa a redução do tamanho das gotas da macro- emulsão pré-formada, como por exemplo, em um misturador do tipo rotor-estator (MCCLEMENTS, 2005). Durante a homogeneização a alta pressão, a macro-emulsão passa por um estreito orifício sob pressão elevada. O fluido acelera rapidamente alcançando velocidade de 300 m/s nos canais. A energia fornecida como resultado do cisalhamento, impacto e cavitação é representada como energia livre adicional necessária para a criação de uma grande área superficial, resultando numa redução do tamanho das gotas (ANTON; BENOIT; SAULNIER, 2008). Durante o processo ocorre um equilíbrio dinâmico entre a quebra das gotas, colisões e posterior recoalescência. Além da redução do tamanho de gotas, algumas reações ou alterações físicas são favorecidas em altas pressões, como a desnaturação de proteínas (MOZHAEV et al., 1996).

3.5.1. Caracterização da emulsão

Um dos passos chave na encapsulação por spray drying de óleos e flavors é o preparo da emulsão de alimentação. Essa emulsão constitui um importante parâmetro na determinação da retenção de voláteis e da quantidade de óleo na superfície do pó final encapsulado. Para a formação da emulsão são significativos: o total de sólidos, viscosidade, estabilidade, tamanho de partícula (ou de gota) e método de emulsificação (JAFARI et al., 2008).

O aumento da viscosidade da emulsão inicial pode ajudar a retenção de voláteis, devido à formação rápida de uma membrana semi-permeável. Em relação à concentração de sólidos, o aumento da concentração é favorável até um ponto em que é relevante para a obtenção de uma viscosidade ótima. Já a estabilidade da emulsão inicial influencia a eficiência de encapsulação de óleos e flavors: melhor a estabilidade, maior a eficiência. Além disso, alguns trabalhos têm mostrado que o tamanho das gotas da emulsão tem efeito considerável na eficiência de encapsulação de óleos e flavors durante a microencapsulação por secagem por atomização (JAFARI et al., 2008).