FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
JOICE ALINE PIRES VILELA
EMULSÕES CONTENDO GELANA ACILADA: EFEITO DO
PROCESSAMENTO E DA ADIÇÃO DE SAIS NOS MECANISMOS DE
ESTABILIZAÇÃO
CAMPINAS 2016
JOICE ALINE PIRES VILELA
EMULSÕES CONTENDO GELANA ACILADA: EFEITO DO
PROCESSAMENTO E DA ADIÇÃO DE SAIS NOS MECANISMOS DE
ESTABILIZAÇÃO
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do Título de Doutora em Engenharia de Alimentos.
Profª Dra. Rosiane Lopes da Cunha Orientadora
Este exemplar corresponde à versão final da tese defendida pela aluna Joice Aline Pires Vilela e orientada pela Profª Dra. Rosiane Lopes da Cunha
CAMPINAS 2016
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Profa. Dra. Rosiane Lopes da Cunha (Orientadora)
Faculdade de Engenharia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas
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Prof. Dr. Edvaldo Sabadini (Membro)
Instituto de Química – Universidade Estadual de Campinas
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Prof. Dr. Paulo José do Amaral Sobral (Membro)
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos – Universidade de São Paulo
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Prof. Dr. Pedro Esteves Duarte Augusto (Membro)
Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"- Universidade de São Paulo
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Profa. Dra. Samantha Cristina de Pinho (Membro)
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos – Universidade de São Paulo
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Prof. Dr. Guilherme Máximo (Suplente)
Faculdade de Engenharia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas
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Profa. Dra. Miriam Dupas Hubinger (Suplente)
Faculdade de Engenharia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas
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Profa. Dra. Izabel Cristina Freitas Moraes (Suplente)
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos – Universidade de São Paulo
Agradecimentos
Agradeço, antes de tudo, à energia que existe, agradeço a essa rede, essa malha fina que conecta todas as coisas que vibram. Ao que alguns chamam de energia divina. Para outros se trata do consciente coletivo, a força do cosmo, a possibilidade de organização em meio ao caos. Agradeço a esse ser que não é senão sendo. A esse olho que tudo vê e acompanha. A esse que para alguns é criador, para outros, criatura. Agradeço àquele que para muitos é a força motriz desse intrincado carrossel de planetas, estrelas e galáxias. A esse que é eterno, que tudo permeia, que tudo contém e em tudo está contido. Agradeço a esse mistério, que não pode ser designado, nem explicado, muito menos compreendido, mas que se faz presente, sem sombra de dúvidas, a cada sopro de vida e no pulsar de tudo que há na natureza.
Agradeço à Professora Rosiane Lopes da Cunha pela orientação durante todo esse período e à Faculdade de Engenharia de Alimentos, professores e funcionários, e às agências de fomento, CNPq, Capes e, principalmente, à Fapesp, todos imprescindíveis para a realização desse trabalho. Também gostaria de agradecer a todos do Laboratório de Engenharia de Processos (às técnicas Vanessa, Zildene e Patrícia, às professoras Ana Carla, Carolina e Fabiana e aos alunos Luiz Henrique, Fernanda, Raphaela, Raquel, Guilherme, David, Ana Letícia, Cristiane, Andresa, Mariano, Paula, Thaís, Kátia e Rejane).
Meus agradecimentos à banca examinadora, pelas valiosas correções e sugestões que contribuíram para a melhoria desse trabalho. Também ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Fotônica Aplicada a Biologia Celular (INFABIC), por disponibilizar o microscópio confocal. Ao Laboratório de Extração, Termodinâmica Aplicada e Equilíbrio/FEA, pelo auxílio e uso de equipamentos. Também ao professor Marcelo Menossi/IB por disponibilizar equipamentos para uso.
por terem disponibilizado as matérias-primas utilizadas nesse trabalho. Ao Cléo T. G. V. M. T. Pires pelas análises de espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura das amostras de borra de café.
Agradeço imensamente aos meus pais Geraldo e Solange, e aos meus irmãos, Luana e Giovanni, bem como a todos os meus familiares e agregados queridos, a todas as tias (em especial às tias Iza, Betânia, Irene, Conceição, Vilda e Silca), aos tios, primos, primas e ao Vô Victor e Vô Salatiel, todos são muito importantes na minha vida.
Por fim, agradeço a todos os amigos que estiveram junto comigo durante essa caminhada (Cléo, André, Tida, Robson, Ediane, Mariana, Amanda, Glaudson, Walquíria, Henrique, Felipe, Flávio, Pedro Paulo, Pedro C., Luzinha, Christian, Samuel, Paulinha, Chun, Petty, Fernando, Gui, Julião, Vanessa, Bruno, Érika).
se como uma alternativa frente às emulsões clássicas estabilizadas por surfactantes. Estas emulsões são caracterizadas por uma elevada estabilidade à coalescência e menor sensibilidade às alterações do meio. As gelanas acilada (HA) e desacilada (LA) foram os materiais estudados como potenciais estabilizantes de emulsões de óleo de girassol disperso em água. Diferenças importantes foram observadas nas propriedades das gelanas HA e LA, principalmente no comportamento reológico e nos valores de potencial zeta, que auxiliaram a entender o mecanismo de atuação desses polissacarídeos em emulsões óleo-água. Em dispersões contendo baixas concentrações de polissacarídeo, foi observado que a capacidade espessante da gelana HA é muito superior e que esta apresentou valores de potencial zeta duas vezes maior que o encontrado para a gelana LA. Além disso, a gelana LA não mostrou capacidade emulsificante nas condições estudadas. Já em relação às emulsões contendo gelana HA, baixas concentrações de polissacarídeo (a partir de 0,05% m/m) foram capazes de estabilizar emulsões contendo 30% (m/m) de óleo de girassol. O efeito da força iônica nas emulsões contendo gelana HA também foi determinado. As propriedades das emulsões mostraram-se bastante dependentes da razão polissacarídeo/sal e também do tipo de sal utilizado. O aumento da viscosidade da fase contínua, a repulsão eletrostática entre as gotas e a deposição de partículas sólidas na interface (Pickering) foram os mecanismos que provavelmente contribuíram para a estabilização, sendo o predomínio de um mecanismo sobre o outro dependente da composição e condições utilizadas na preparação das emulsões. Independente do mecanismo de estabilização atuando, é importante ressaltar as baixas concentrações de polissacarídeo utilizadas, mostrando que a gelana HA tem potencial para ser utilizada como um ingrediente estabilizante/emulsificante. Esse carboidrato é de uso “Generally Recognized as Safe” (GRAS) e, portanto, constitui-se como uma interessante opção na estabilização de emulsões alimentícias, especialmente considerando o atual interesse em reduzir a utilização de ingredientes sintéticos ou derivados de origem animal, como os derivados do ovo ou do leite comumente usados como emulsificantes. Outra parte desse trabalho (ANEXO I) envolveu o estudo das partículas de borra de café, um subproduto da indústria de alimentos rico em carboidratos, cujas partículas podem ter aplicação em diversos segmentos. Na caracterização da borra de café foi observado que se trata de um material constituído de partículas com diâmetro médio variando numa faixa bastante abrangente (37 m a 10 mm), com morfologia heterogênea e potencial zeta negativo no pH natural (5,0). Não foram observadas diferenças significativas de composição entre as frações separadas por tamanho através de peneiras. Métodos químicos e físicos foram utilizados para alcançar reduções no tamanho das partículas de borra de
Emulsions stabilized by solid particles, called Pickering emulsions, could be used as an alternative emulsion type in comparison to classic emulsions stabilized by surfactants. These emulsions are characterized by a high stability to coalescence and reduced sensitivity to environmental changes. Acylated (HA) and deacylated (LA) gellan were the materials studied in this work for stabilization of emulsions containing sunflower oil dispersed in water. Significant differences were observed between the properties of HA and LA gellans, mainly on rheological behavior and zeta potential, which allowed understanding the emulsion stabilization mechanism performed by these polysaccharides. Dispersions containing low polysaccharide concentrations showed that the thickening capacity and the zeta potential values of HA gellan was much higher than LA gellan. Moreover, the LA gellan did not show emulsifying capacity in the studied conditions. Regarding emulsions containing HA gellan, low concentrations of polysaccharide (from 0.05% w/w) were able to stabilize emulsions containing 30% (w/w) of sunflower oil. The effect of ionic strength in the emulsions containing gellan HA was also determined. Emulsions properties were quite dependent of the polysaccharide/salt ratio and also of the type of salt used. The increased viscosity of the continuous phase, the electrostatic repulsion between the charged droplets and deposition of solid particles onto the interface (Pickering) were the suggested stabilization mechanisms, and the predominance of each mechanism was dependent on the composition and conditions used to prepare the emulsions. Regardless of the stabilization mechanism, it is important to highlight the low polysaccharide concentrations used, showing that HA gellan can be potentially used as a stabilizer/emulsifier ingredient. This carbohydrate is GRAS and therefore it is an interesting option in the stabilization of food emulsions, especially considering the current interest in reducing the use of synthetic ingredients or animal derivatives, as egg or milk derivatives commonly used as emulsifiers. Another part of this work (Annex I) involved the study of coffee grounds particles, a byproduct of the food industry rich in carbohydrates, which particles can be applied in several areas. It was observed that the coffee grounds is a material consisting of particles with average size in a wide range (37 m to 10 mm), with heterogeneous morphology, and negative zeta potential at the natural pH (5.0). No significant differences in composition were observed among the fractions separated by size using sieves. Chemical and physical methods have been used to achieve size reduction of the coffee grounds particles. The use of rotor-stator followed by separation by filtration allowed obtaining micro/nanoparticles. Because of the low yield in obtaining these particles, their application in the stabilization of emulsions was not performed in this work.
FIGURA 1.MECANISMOS DE DESESTABILIZAÇÃO DE EMULSÕES (MCCLEMENTS,2007). ... 29
FIGURA 2.(A)PARTÍCULA ESFÉRICA NA INTERFACE ÓLEO-ÁGUA COM ÂNGULO DE CONTATO NA JUNÇÃO DAS TRÊS FASES: PARTÍCULA (P), ÓLEO (O) E ÁGUA (A).QUANTIDADES PO,PA E OA SÃO AS TENSÕES NAS INTERFACES.(B)
MONOCAMADA DE PARTÍCULAS NA SUPERFÍCIE DE UMA GOTA DE ÓLEO DISPERSA EM ÁGUA (FONTE:DICKINSON,2012). ... 31 FIGURA 3.UNIDADE REPETIDA DO TETRASSACARÍDEO QUE COMPÕEM A GOMA GELANA ACILADA (A) E DESACILADA (B). ... 39 FIGURA 4.ILUSTRAÇÃO ESQUEMÁTICA DAS ETAPAS UTILIZADAS NO PREPARO DAS EMULSÕES 1,2,3 E 4.TODAS AS EMULSÕES
FINAIS APRESENTAM A MESMA CONCENTRAÇÃO DE GELANA HA E ÓLEO,0,1% M/M E 30% M/M, RESPECTIVAMENTE. .. 45 FIGURA 5.CURVAS DE ESCOAMENTO A 25ºC DAS DISPERSÕES CONTENDO A)0,07,B)0,10,C)0,14 OU D)0,21%(M/M) DE
GELANA HA PREPARADAS ATRAVÉS DE AGITAÇÃO MAGNÉTICA EM TEMPERATURA AMBIENTE.“SUB1”= PRIMEIRA CURVA DE SUBIDA;“DESC”= CURVA DE DESCIDA E “SUB2”= SEGUNDA CURVA DE SUBIDA. ... 55
FIGURA 6.AJUSTE EXPONENCIAL E LINEAR DAS CURVAS REPRESENTANDO O COMPORTAMENTO DE K (A), N (B) E VISCOSIDADE APARENTE A 100 S-1(C) FRENTE AO AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE GELANA. ... 56 FIGURA 7.VARREDURA DE FREQUÊNCIA DAS DISPERSÕES CONTENDO A)0,07,B)0,10,C)0,14 OU D)0,21%(M/M) DE HAG
A 25ºC.MÓDULO ELÁSTICO (G’) REPRESENTADO PELOS SÍMBOLOS CHEIOS E MÓDULO VISCOSO (G”) REPRESENTADO PELOS SÍMBOLOS VAZIOS. ... 57
FIGURA 8.(A)CURVAS DE ESCOAMENTO A 25º C DAS SUSPENSÕES AQUOSAS DE GELANA HA E LA NA MESMA CONCENTRAÇÃO PREPARADAS ATRAVÉS DE DIFERENTES CONDIÇÕES.AM: DISPERSÕES PREPARADAS ATRAVÉS DA AGITAÇÃO MAGNÉTICA. RE: DISPERSÕES SUBMETIDAS A UMA PASSAGEM EM ROTOR-ESTATOR (14.000 RPM/4 MIN).UT: DISPERSÕES QUE PASSARAM POR TRATAMENTO EM SONDA DE ULTRASSOM.(B)VISCOSIDADE APARENTE A 100 S-1 DAS SUSPENSÕES AQUOSAS DE GELANA HA E LA NA MESMA CONCENTRAÇÃO PREPARADAS ATRAVÉS DE DIFERENTES CONDIÇÕES.LETRAS DIFERENTES REPRESENTAM DIFERENÇA SIGNIFICATIVA (P <0,05) ENTRE VALORES DA MESMA COLUNA. ... 58 FIGURA 9.EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO (TT) NAS CURVAS DE ESCOAMENTO (A) E NOS VALORES DE VISCOSIDADE APARENTE E POTENCIAL ZETA (B) DAS DISPERSÕES DE GELANA HA E LA. ... 61 FIGURA 10.A)DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS E POTENCIAL ZETA DAS DISPERSÕES DE GELANA HA ANTES DO
TRATAMENTO EM ULTRASSOM.B)DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS E POTENCIAL ZETA DAS DISPERSÕES DE GELANA HA APÓS O TRATAMENTO EM ULTRASSOM.O POTENCIAL ZETA FOI MEDIDO EM DILUIÇÕES CONTENDO 0,014% (M/M) DE GELANA. ... 63 FIGURA 11.CURVAS DE ESCOAMENTO DAS SUSPENSÕES CONTENDO GELANA ACILADA E KCL.A)0,035% E B)0,14%(M/M) DE
FIGURA 13.PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES DAS EMULSÕES CONTENDO GELANA DESACILADA (LA). ... 68 FIGURA 14.PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES DAS EMULSÕES CONTENDO GELANA HA PREPARADAS UTILIZANDO (A)ROTOR
-ESTATOR OU (B)ROTOR-ESTATOR SEGUIDO DE HOMOGENEIZAÇÃO A 300 BAR. ... 69 FIGURA 15.ESTABILIDADE POR TEMPO PROLONGADO DAS EMULSÕES COM GELANA HA PREPARADAS EM ROTOR-ESTATOR.A)
PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES E B)VALORES DE D43 APÓS 1,30 OU 60 DIAS DE ARMAZENAMENTO A TEMPERATURA AMBIENTE.LETRAS DIFERENTES SIGNIFICAM DIFERENÇA SIGNIFICATIVA ENTRE VALORES DA MESMA COLUNA (P <0,05). 70 FIGURA 16.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES PREPARADAS USANDO ROTOR-ESTATOR
CONTENDO:A)0,05%,B)0,075%,C)0,10%,D)0,125%,E)0,15% OU F)0,20%(M/M) DE GELANA HA(BARRA: 200M). ... 72 FIGURA 17.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS, DIÂMETRO MÉDIO (D43,D32 E D50%) E SPAN DAS EMULSÕES
PREPARADAS USANDO ROTOR-ESTATOR CONTENDO:0,05%,0,075%,0,10%,0,125%,0,15% OU 0,20%(M/M) DE GELANA HA.LETRAS DIFERENTES SIGNIFICAM DIFERENÇA SIGNIFICATIVA ENTRE VALORES DA MESMA COLUNA (P <0,05). ... 73 FIGURA 18.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES PREPARADAS USANDO ROTOR-ESTATOR SEGUIDO
DE HOMOGENEIZAÇÃO A 300 BAR CONTENDO:A)0,05%,B)0,075%,C)0,10%,D)0,125%,E)0,15% OU F)0,20% (M/M) DE GELANA HA(BARRA:200M). ... 74
FIGURA 19.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS, DIÂMETRO MÉDIO (D43,D32 E D50%) E SPAN DAS EMULSÕES PREPARADAS USANDO ROTOR-ESTATOR SEGUIDO DE HOMOGENEIZAÇÃO A 300 BAR CONTENDO:0,05%,0,075%, 0,10%,0,125%,0,15% OU 0,20%(M/M) DE GELANA HA.LETRAS DIFERENTES SIGNIFICAM DIFERENÇA SIGNIFICATIVA ENTRE VALORES DA MESMA COLUNA (P <0,05). ... 75
FIGURA 20.A)CURVAS DE ESCOAMENTO DAS EMULSÕES PREPARADAS SOMENTE COM ROTOR-ESTATOR.B)CURVAS DE ESCOAMENTO DAS EMULSÕES PREPARADAS COM ROTOR-ESTATOR SEGUIDO DE HOMOGENEIZAÇÃO A 300 BAR.O
COMPORTAMENTO REOLÓGICO DAS AMOSTRAS FOI INDICADO POR “PP” PARA COMPORTAMENTO DE FLUIDO
PSEUDOPLÁSTICO OU “HB” PARA COMPORTAMENTO DO TIPO HERSCHEL-BULKLEY. ... 77
FIGURA 21.PROPRIEDADES REOLÓGICAS DAS EMULSÕES PREPARADAS SOMENTE COM ROTOR-ESTATOR OU ROTOR-ESTATOR SEGUIDO DE HOMOGENEIZAÇÃO A 300 BAR (HOMOG).A)ÍNDICE DE COMPORTAMENTO.B)ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA.C) VISCOSIDADE A 100 S-1.D)VISCOSIDADE A 3 S-1. ... 78 FIGURA 22.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES CONTENDO 0,1%(M/M) DE GELANA HA E 30%
FIGURA 23.A)CURVAS DE ESCOAMENTO,B)DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS GOTAS E C) SPAN E DIÂMETROS MÉDIOS DAS EMULSÕES CONTENDO 0,1%(M/M) DE GELANA HA E 30%(M/M) DE ÓLEO DE GIRASSOL PREPARADAS COMO DESCRITO ANTERIORMENTE (SEÇÃO 4.4.3):E1,E2,E3 E E4. ... 81 FIGURA 24.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES CONTENDO 1)0,025% OU 2)0,1%(M/M) DE
GELANA HA COM ADIÇÃO DE KCL NAS FORÇAS IÔNICAS DE A)0,03,B)0,3,C)3 E D)30 MM.BARRA:200M. ... 86 FIGURA 25.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES CONTENDO 1)0,025% OU 2)0,1%(M/M) DE
GELANA HA COM ADIÇÃO DE CACL2 NAS FORÇAS IÔNICAS DE A)0,03,B)0,3,C)3 E D)30 MM.BARRA:200M. ... 87
FIGURA 26.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES CONTENDO 1)0,025% OU 2)0,1%(M/M) DE GELANA HA COM ADIÇÃO DE FECL3 NAS FORÇAS IÔNICAS DE A)0,03,B)0,3,C)3 E D)30 MM.BARRA:200M. ... 88
FIGURA 27.PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES DAS EMULSÕES CONTENDO GELANA HA(0,025 OU 0,1% M/M) E SAIS (KCL,CACL2 OU FECL3).PORÇÃO DE COR BRANCA DAS BARRAS REPRESENTA FASE SORO.PORÇÃO CINZA REPRESENTA A FASE CREME OU A PRÓPRIA EMULSÃO (QUANDO NÃO HOUVE SEPARAÇÃO DE FASES). ... 90
FIGURA 28.PROPRIEDADES REOLÓGICAS (ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA, ÍNDICE DE COMPORTAMENTO E VISCOSIDADE APARENTE A
100 S-1) DAS EMULSÕES CONTENDO GELANA HA(0,025 OU 0,1% M/M) E SAIS (KCL,CACL2 OU FECL3). ... 92
FIGURA 29.D43 E SPAN DAS EMULSÕES CONTENDO GELANA HA(0,025 OU 0,1% M/M) E SAIS (KCL,CACL2 OU FECL3). ... 93
FIGURA 30.REGISTRO FOTOGRÁFICO DAS EMULSÕES CORADAS COM VERMELHO DO NILO (MARCADOR DO ÓLEO) E FITC
(MARCADOR DA GELANA HA) UTILIZADAS NA MICROSCOPIA CONFOCAL.A)EMULSÕES SEM ADIÇÃO DE SAIS COM 0,025, 0,075,0,10,0,125 OU 0,15%(M/M) DE GELANA HA.B)EMULSÕES CONTENDO 0,025%(M/M) DE GELANA HA SEM ADIÇÃO DE SAL OU COM ADIÇÃO DE KCL,CACL2 OU FECL3(FI=0,3 MM).C)EMULSÕES CONTENDO 0,10%(M/M) DE GELANA HA SEM ADIÇÃO DE SAL OU COM ADIÇÃO DE KCL,CACL2 OU FECL3(FI=0,3 MM). ... 94
FIGURA 31.MICROSCOPIA CONFOCAL DAS EMULSÕES ESTABILIZADAS POR A)0,025%(FASE SUPERIOR),B)0,10% OU C) 0,15%(M/M) DE GELANA HA.O CANAL 1 APRESENTA A GELANA HA MARCADA COM FITC EM VERDE, O CANAL 2
APRESENTA A MICROSCOPIA ÓPTICA DO SISTEMA E O CANAL 3 APRESENTA O ÓLEO MARCADO COM VERMELHO DO NILO EM VERMELHO.AS BARRAS REPRESENTAM 50M. ... 95 FIGURA 32.COLOCALIZAÇÃO DOS COMPONENTES MARCADOS (GELANA HA E ÓLEO) NAS EMULSÕES CONTENDO A)0,025%
(M/M) DE GELANA HA(FASE SUPERIOR),B)0,15%(M/M) DE GELANA HA E C)0,10% DE GELANA HA COM KCL (FI=0,3 MM). ... 96 FIGURA 33.DUAS DIFERENTES PERSPECTIVAS DAS MONTAGENS EM 3D ATRAVÉS DA VARREDURA EM PROFUNDIDADE DAS
DAS EMULSÕES:C) SEM ADIÇÃO DE SAL,D) COM 62,6 MG DE KCL/G DE GELANA,E)626 MG DE KCL/G DE GELANA E F) 15633 MG DE KCL/G DE GELANA.MICROSCOPIA FLUORESCENTE DAS EMULSÕES CONTENDO ÓLEO MARCADO COM VERMELHO DO NILO:G)1563 MG DE KCL/G DE GELANA (7,5 MM) OU H)15633 MG DE KCL/G DE GELANA (75 MM). BARRA =200M. ... 100 FIGURA 35.EMULSÃO COM 0,10%(M/M) DE GELANA HA.A)PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES E DIÂMETRO MÉDIO D43.B)
PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES E VISCOSIDADE APARENTE A 100 S-1.MICROGRAFIAS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS EMULSÕES:C) SEM ADIÇÃO DE SAL,D) COM 62,6 MG DE KCL/G DE GELANA,E)1563 MG DE KCL/G DE GELANA E F) 6260 MG DE KCL/G DE GELANA.G)IMAGEM AMPLIFICADA DA EMULSÃO CONTENDO 1563 MG DE KCL/G DE GELANA (30
MM).BARRA =200M. ... 102 FIGURA 36.PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES DAS EMULSÕES CONTENDO 0,025%(M/M) DE GELANA HA COM ADIÇÃO DE:A)0
MM,B)0,75 MM,C)3 MM OU D)7,5 MM DE KCL. ... 104
FIGURA 37.PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES DAS EMULSÕES CONTENDO 0,10%(M/M) DE GELANA HA COM ADIÇÃO DE:A)0
MM,B)3 MM,C)12 MM OU D)30 MM DE KCL. ... 105 FIGURA 38.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS DAS EMULSÕES CONTENDO:A)0,025% M/M OU B)0,1% M/M DE GELANA
HA ANALISADAS 24H APÓS O PREPARO. ... 108
FIGURA 39.CURVAS DE ESCOAMENTO DAS EMULSÕES ESTABILIZADAS POR GELANA HA(0,1% M/M) COM DIFERENTES
CONCENTRAÇÕES DE KCL. ... 109 FIGURA 40.VARREDURA DE FREQUÊNCIA A 25ºC DAS EMULSÕES ESTABILIZADAS POR GELANA HA(0,1% M/M) COM DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE KCL:A)0,0,3 E 3 MM;B)0,12 E 30 MM. ... 110
FIGURA 41.A)DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS DA BORRA DE CAFÉ.B)FRAÇÕES SEPARADAS POR TAMANHO ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE PENEIRAS COM MESH 3,5,14,30,70,100,120 E 200.C)DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS DAS FRAÇÕES RETIRADAS DAS PENEIRAS COM MESH 400 E 100. ... 123 FIGURA 42.MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DAS FRAÇÕES 100(DMÉDIO=179,5M) E 400(DMÉDIO=49,5M).
MAGNITUDE DE 100X.AS BARRAS REPRESENTAM 100M. ... 124 FIGURA 43.VARIAÇÃO DO POTENCIAL ZETA EM FUNÇÃO DO PH DA FRAÇÃO 400(DMÉDIO=49,5M ) DA BORRA DE CAFÉ. ... 125
FIGURA 44.COMPOSIÇÃO ELEMENTAR CHN DAS FRAÇÕES DA BORRA DE CAFÉ. ... 126
FIGURA 45.A)ESPECTRO DE ABSORÇÃO NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO DA FRAÇÃO 400 COM AS PRINCIPAIS BANDAS INTERPRETADAS ATRAVÉS DA COMPARAÇÃO COM TRABALHOS SIMILARES.B)ESPECTROS DE ABSORÇÃO NA REGIÃO DO
M) E 400(DMÉDIO=49,5M). ... 128
FIGURA 46.EFEITO DA A) CONCENTRAÇÃO DE HCL,B) TEMPO,C) TEMPERATURA E D) UTILIZAÇÃO DE ULTRASSOM DURANTE A HIDRÓLISE NA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS DA BORRA DE CAFÉ. ... 129 FIGURA 47.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS DA FRAÇÃO 100(DMÉDIO=179,5M) EM FUNÇÃO DO NÚMERO DE
PASSAGENS EM HOMOGENEIZADOR A ALTA PRESSÃO. ... 131 FIGURA 48.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS DA FRAÇÃO 100(DMÉDIO=179,5M) EM FUNÇÃO DA PRESSÃO DE
HOMOGENEIZAÇÃO. ... 131 FIGURA 49.DIÂMETRO MÉDIO (D43) E POLIDISPERSÃO DAS PARTÍCULAS EM FUNÇÃO DO NÚMERO DE PASSOS EM ROTOR
-ESTATOR DA FRAÇÃO 100(DMÉDIO=179,5M). ... 132
FIGURA 50.EFEITO DE 3 PASSAGENS EM ROTOR-ESTATOR NAS FRAÇÕES DE BORRA DE CAFÉ:F14(3535M),F30(985M), F70(385M) E F100(179M). ... 133 FIGURA 51.DIÂMETRO MÉDIO DAS PARTÍCULAS APÓS A PASSAGEM DA FRAÇÃO 100(DMÉDIO=179,5M) EM ROTOR-ESTATOR
UTILIZANDO DIFERENTES TEMPERATURAS DURANTE O PROCESSO (5,25,50 OU 70ºC). ... 133
FIGURA 52.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS (QUINTUPLICATAS) DOS FILTRADOS OBTIDOS APÓS A)2,B)4,C)7 E
D)8 PASSAGENS EM ROTOR-ESTATOR.E)POTENCIAL ZETA DOS FILTRADOS EM FUNÇÃO DAS PASSAGENS NO ROTOR
-ESTATOR.F)MICROGRAFIA OBTIDA EM MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA DO FILTRADO OBTIDO APÓS 8
PASSAGENS EM ROTOR-ESTATOR COM MAGNITUDE DE 1000X.BARRA REPRESENTA 10M.A FRAÇÃO 100 FOI A
TABELA 1.EXEMPLOS DE PARTÍCULAS BIOCOMPATÍVEIS UTILIZADAS NA ESTABILIZAÇÃO DE EMULSÕES O/A DO TIPO PICKERING.33
TABELA 2.RAZÕES MÁSSICAS DE KCL,CACL2 E FECL3 UTILIZADAS E SUAS CORRESPONDENTES FORÇAS IÔNICAS. ... 46
TABELA 3.CONCENTRAÇÃO DE KCL UTILIZADA NAS EMULSÕES COM GELANA HA. ... 47
TABELA 4.PROPRIEDADES FÍSICAS E FÍSICO-QUÍMICAS DAS GELANAS LA E HA A 25ºC. ... 53
TABELA 5.PROPRIEDADES REOLÓGICAS DAS DISPERSÕES CONTENDO 0,07,0,10,0,14 OU 0,21%(M/M) DE GELANA HA A 25ºC. ... 56
TABELA 6.POTENCIAL ZETA DAS DISPERSÕES DE GELANA HA E LA ANTES E APÓS O TRATAMENTO EM SONDA DE ULTRASSOM (UT) A 25ºC. ... 60
TABELA 7.PARÂMETROS REOLÓGICOS DAS SUSPENSÕES COM GELANA ACILADA E KCL. ... 64
TABELA 8.TENSÃO INTERFACIAL (FASE AQUOSA-ÓLEO DE GIRASSOL) A 25ºC. ... 65
TABELA 9.POTENCIAL ZETA DAS EMULSÕES PREPARADAS COM HOMOGENEIZAÇÃO (300 BAR). ... 71
TABELA 10.AMOSTRAS SELECIONADAS COM A CORRESPONDÊNCIA ENTRE RAZÃO MÁSSICA E FORÇA IÔNICA... 103
TABELA 11.D43(M) APÓS 1,30 OU 60 DIAS DE ARMAZENAMENTO A TEMPERATURA AMBIENTE. ... 106
TABELA 12.POTENCIAL ZETA DAS EMULSÕES CONTENDO GELANA HA E KCL A 25ºC. ... 107
TABELA 13.PROPRIEDADES REOLÓGICAS DAS EMULSÕES CONTENDO 0,10%(M/M) DE GELANA HA A 25ºC. ... 109
TABELA 14.COMPOSIÇÃO APROXIMADA DA BORRA DE CAFÉ (BASE SECA). ... 118
TABELA 15.CONDIÇÕES UTILIZADAS NOS EXPERIMENTOS DE HIDRÓLISE ÁCIDA DA BORRA DE CAFÉ. ... 119
TABELA 16.RENDIMENTO MÁSSICO DAS FRAÇÕES DE BORRA DE CAFÉ. ... 124
TABELA 17.DIÂMETRO MÉDIO E SPAN DAS PARTÍCULAS OBTIDAS APÓS AS DIFERENTES CONDIÇÕES DE HIDRÓLISE. ... 130
TABELA 18.DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS PRESENTES NAS FRAÇÕES 400 E 100 DA BORRA DE CAFÉ ANTES E APÓS TRATAMENTO EM HOMOGENEIZADOR A ALTA PRESSÃO OU EM ROTOR-ESTATOR. ... 134
HA Gelana acilada
LA Gelana desacilada
GRAS “Generally Recognized as Safe”
O/A Emulsão óleo em água
A/O Emulsão água em óleo
Ângulo de contato
Tensão na interface
ΔGd Energia livre de dessorção espontânea
r Raio da partícula
T Temperatura
H Hidrólise
E Emulsão
FI Força iônica
D32 “Sauter mean diameter”
D43 “De Brouckere mean diameter”
Tensão (Pa)
𝛾̇ Taxa de deformação (s-1)
F Força (N)
Viscosidade (Pa.s)
ap Viscosidade aparente (Pa.s) k Índice de consistência (Pa.sn)
n Índice de comportamento
o Tensão residual (Pa)
C* Concentração crítica de sobreposição C** Concentração crítica de agregação
UT Tratamento em sonda de ultrassom
TT Tratamento térmico
KCl Cloreto de potássio
CaCl2 Cloreto de cálcio
FeCl3 Cloreto férrico
1. INTRODUÇÃO 23
2. OBJETIVOS 26
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 28
3.1.EMULSÕES 28
3.1.1.EMULSÕES DO TIPO PICKERING 30 3.1.2EMULSÕES ESTABILIZADAS POR POLISSACARÍDEOS 35
3.2GELANA 38
4. MATERIAL E MÉTODOS 42
4.1MATERIAL 42
4.2.CARACTERIZAÇÃO DAS GELANAS 42
4.2.1EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE GELANA HA NAS PROPRIEDADES REOLÓGICAS DAS DISPERSÕES 42
4.2.2EFEITO DO PROCESSO DE HOMOGENEIZAÇÃO NAS DISPERSÕES DE GELANA 42
4.2.3EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO NAS SUSPENSÕES DE GELANA 43 4.2.4EFEITO DA FORÇA IÔNICA NAS SUSPENSÕES DE GELANA 43 4.2.5DETERMINAÇÃO DA TENSÃO INTERFACIAL DAS SUSPENSÕES DE GELANA 43
4.3EMULSÕES 44
4.3.1PREPARAÇÃO DE EMULSÕES COM GELANA HA E LA EM ROTOR-ESTATOR 44 4.3.2PREPARO DE EMULSÕES COM GELANA HA EM HOMOGENEIZADOR A ALTA PRESSÃO 44 4.3.3EFEITO DO TRATAMENTO ULTRASSÔNICO NAS EMULSÕES DE GELANA HA 45 4.3.4EFEITO DA ADIÇÃO DE KCL,CACL2 OU FECL3 NAS EMULSÕES COM GELANA HA 46
4.3.5EFEITO DA ADIÇÃO DE KCL NAS EMULSÕES DE GELANA HA 46
4.4METODOLOGIAS DE ANÁLISE 48
4.4.1.DETERMINAÇÃO DE POTENCIAL ZETA 48 4.4.2DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS –DIFRAÇÃO A LASER 48 4.4.3.MEDIDAS REOLÓGICAS 49 4.4.4.PERFIL DE SEPARAÇÃO DE FASES 50
4.4.5.MICROSCOPIA ÓPTICA 50 4.4.6TENSÃO INTERFACIAL 50
4.4.9TEOR DE CARBONO, HIDROGÊNIO E NITROGÊNIO (CHN) 51
4.5ANÁLISE ESTATÍSTICA 51
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 53
5.1CARACTERIZAÇÃO DAS GELANAS 53
5.1.1PROPRIEDADES DAS GELANAS – CARACTERIZAÇÃO REOLÓGICA DA GELANA HA 54
5.1.2PROPRIEDADES DAS GELANAS - EFEITO DO PROCESSO DE HOMOGENEIZAÇÃO 57 5.1.3PROPRIEDADES DAS GELANAS - EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO 61 5.1.4PROPRIEDADES DAS GELANAS - EFEITO DA FORÇA IÔNICA 62 5.1.5PROPRIEDADES DAS GELANAS – TENSÃO INTERFACIAL 64
5.2EMULSÕES CONTENDO GELANA 68
5.2.1EMULSÕES COM GELANA DESACILADA (LA) 68 5.2.2EMULSÕES COM GELANA ACILADA (HA)–ROTOR-ESTATOR OU HOMOGENEIZAÇÃO 69
5.3.EFEITO DA FORÇA IÔNICA EM EMULSÕES COM GELANA HA 85
5.3.1EFEITO DA ADIÇÃO DE KCL,CACL2 OU FECL3 NAS EMULSÕES COM GELANA HA 85
5.3.2EFEITO DA ADIÇÃO DE KCL NAS EMULSÕES COM GELANA HA 98
6. CONCLUSÕES 114
7. ANEXO I - ESTUDO DAS PARTÍCULAS DA BORRA DE CAFÉ 117
7.1INTRODUÇÃO 117
7.2MATERIAL E MÉTODOS 118
7.2.1MATERIAL 118
7.2.2.CARACTERIZAÇÃO DA BORRA DE CAFÉ 118 7.2.3REDUÇÃO DE TAMANHO DA BORRA DE CAFÉ 119 7.2.4METODOLOGIAS DE ANÁLISE 120 7.2.4.1DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS –PENEIRAGEM 120
7.2.4.2TEOR DE CARBONO, HIDROGÊNIO E NITROGÊNIO (CHN) 120 7.2.4.3MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA 120 7.2.4.4DETERMINAÇÃO DE POTENCIAL ZETA 120
7.3.1CARACTERIZAÇÃO DA BORRA DE CAFÉ 122 7.3.2REDUÇÃO DE TAMANHO DAS PARTÍCULAS DA BORRA DE CAFÉ 129 7.3.2.4CARACTERIZAÇÃO DOS FILTRADOS 134
7.4CONCLUSÃO 136
1. INTRODUÇÃO
As emulsões, sistemas constituídos pela mistura de dois líquidos imiscíveis, encontram-se presentes em uma ampla quantidade de produtos alimentícios, farmacêuticos e cosméticos. O principal desafio encontrado na obtenção de produtos emulsionados está em alcançar a estabilidade cinética do sistema com o uso de compostos que não ofereçam riscos à saúde do consumidor (McCLEMENTS, 2005). Nesse sentido, as emulsões do tipo Pickering aparecem como uma alternativa às emulsões estabilizadas por surfactantes sintéticos.
As emulsões denominadas Pickering são aquelas cuja estabilização é realizada através da simples deposição de partículas sólidas de dimensões coloidais na interface óleo/água ou ar/água, formando uma barreira estérica à coalescência das gotas ou bolhas. A deposição de partículas que são parcialmente molháveis tanto pela fase polar quanto pela fase apolar na interface é um processo praticamente irreversível (DICKINSON, 2012). Assim, essas emulsões possuem elevada estabilidade à coalescência, mesmo quando gotas de tamanho milimétrico estão presentes. Além disso, as emulsões formadas são menos sensíveis às alterações nas propriedades do meio, como pH, temperatura e força iônica, e em muitos casos, as gotas envoltas pela camada de partículas sólidas podem ser separadas da emulsão e redispersas novamente (CHEN et al., 2011). Assim, as emulsões
Pickering também podem ser utilizadas como uma via para a produção de cápsulas com tamanho e
permeabilidade controlados (DINSMORE et al., 2002).
Apesar do mecanismo de estabilização por partículas sólidas ter sido descrito pela primeira vez na literatura há mais de 100 anos (PICKERING, 1907), a maioria dos estudos relacionados com tal tipo de sistema foi realizada na última década. Nestes estudos o uso de materiais inorgânicos, como partículas de sílica, de carbono e argilas, é predominante. Assim, pesquisas visando à obtenção de partículas biocompatíveis para uso na estabilização de emulsões são de grande importância (DICKINSON, 2012). Nesse sentido, os polissacarídeos são materiais de elevado potencial para este tipo de aplicação, já que são provenientes de fontes naturais e seguros para o consumo humano. Em geral, os polissacarídeos, devido ao seu caráter predominantemente hidrofílico, não são considerados como bons emulsificantes, mas sim agentes estabilizantes que impedem a coalescência das gotas das emulsões através do aumento da viscosidade da fase contínua (DICKINSON & STAINSBY, 1988; DICKINSON, 2003; OZTURK & McCLEMENTS, 2016). Porém, estudos tem demonstrado que há diversas maneiras de atuação dos polissacarídeos em uma emulsão, incluindo-se sua adsorção na interface das gotas mesmo sem conter resíduos de proteína na cadeia (GARTI & LESSER, 2001). Existem vários exemplos de polissacarídeos capazes de se depositar na interface óleo-água, estabilizando as emulsões através do mecanismo Pickering (ZOPPE et al., 2012; TZOUMAKI et al.,
2011; RAYNER et al., 2012; JIA et al., 2015). A gelana, polissacarídeo aniônico produzido através de fermentação, possui amplo uso na indústria de alimentos, principalmente na formação de sistemas gelificados (SANDERSON, 1990). Porém, suas características como estabilizante/emulsificante ainda foram pouco exploradas.
Outra estratégia para a produção de nanopartículas biocompatíveis para uso como estabilizante em emulsões seria através do uso de subprodutos da indústria de alimentos. A borra de café, resíduo insolúvel altamente disponível, rico em fibras e proteínas (SILVA et al., 1998; MUSSATTO et al., 2011), constitui-se como uma boa alternativa.
2. OBJETIVOS
O objetivo principal deste trabalho foi estudar a capacidade de materiais ricos em polissacarídeos (borra de café, gelana acilada e desacilada) de estabilizar emulsões e os mecanismos associados a esta estabilização usando diferentes condições de processo de formação de emulsões e força iônica.
Os objetivos específicos podem ser enumerados, como:
- Caracterização da borra de café e determinação de um método adequado para a obtenção de partículas de tamanho nanométrico para posterior emprego na estabilização de emulsões. - Estudo das diferentes propriedades (como comportamento reológico, potencial zeta e tensão
interfacial) da gelana em sua forma acilada (HA) e desacilada (LA).
- Estudo das propriedades e mecanismos de estabilização das emulsões utilizando a gelana como emulsificante/estabilizante.
- Estudo da influência da força iônica e aplicação de ultrassom nas propriedades das emulsões contendo gelana como emulsificante/estabilizante.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1. Emulsões
É de amplo conhecimento que óleo e água não se misturam a não ser que se aplique força mecânica e que agentes emulsificantes sejam adicionados ao sistema. Assim, as emulsões, sistemas formados por dois líquidos imiscíveis, são termodinamicamente instáveis devido à energia livre positiva necessária para aumentar a área entre as fases aquosa e oleosa, bem como pela diferença de densidade entre as fases. Emulsões simples são sistemas presentes em muitos produtos alimentícios, cosméticos e fármacos, podendo ser do tipo óleo em água (O/A), quando consistem de gotas de óleo dispersas em uma fase contínua aquosa, ou água em óleo (A/O), quando a fase contínua é oleosa (McCLEMENTS, 2005).
A emulsificação pode ser considerada, antes de qualquer outra definição, como um processo natural, existente em vários sistemas biológicos. Um exemplo pode ser encontrado na digestão de lipídeos. As lipases podem atuar somente na superfície das gotas de óleo, portanto se faz necessário aumentar a área superficial dos lipídeos para torná-los mais acessíveis às enzimas do trato digestivo humano, acelerando e melhorando a eficiência da digestão. Dessa forma, faz-se uso do processo de emulsificação, que irá quebrar a fase oleosa em gotas menores. Os sais biliares (bile) produzidos pelo fígado são compostos emulsificantes que, aliados à temperatura corporal e aos movimentos peristálticos, viabilizam o processo de emulsificação e, consequentemente, da própria digestão dos lipídeos (MALDONADO-VALDERRAMA et al., 2011).
Outra ocorrência natural de sistemas emulsionados é o leite, um alimento que existe naturalmente como uma emulsão. Em seu estado natural, o leite é uma emulsão do tipo óleo-em-água que contém glóbulos de gordura (fase dispersa que geralmente representa cerca de 4% (m/m) da composição) suspensos em um meio contínuo aquoso que contém uma mistura complexa de proteínas, açúcares e sais. A interface dos glóbulos de gordura encontra-se estabilizada principalmente por proteínas e fosfolipídios do leite e esses glóbulos de gordura servem como solvente para as vitaminas lipossolúveis naturalmente presentes, como as vitaminas A, D e E (McCLEMENTS, 2005; WALSTRA et al., 1999).
Uma vez realizada a emulsificação, sabe-se que as emulsões tendem a se desestabilizar com o tempo, resultando em duas fases líquidas macroscopicamente separadas, processo indesejado em alimentos, bebidas, fármacos e cosméticos emulsionados. Particularmente para emulsões O/A existem diversos mecanismos de desestabilização, sendo os principais a cremeação, sedimentação, floculação e coalescência das gotas (Figura 1). A floculação é um processo no qual as gotas
emulsificadas se associam em flocos sem a destruição das gotas individuais. Quando a interface das gotas é destruída e existe a formação de gotas maiores, trata-se do processo conhecido como coalescência. A cremeação ocorre quando a fase dispersa é menos densa do que a fase contínua, porém não existe coalescência. Já na sedimentação, as gotas são mais densas do que o meio contínuo (McCLEMENTS, 2007; HILL, 1996).
Figura 1. Mecanismos de desestabilização de emulsões (McCLEMENTS, 2007).
Como todas as emulsões são termodinamicamente instáveis e, portanto, informações sobre a estabilidade cinética são importantes para o desenvolvimento de produtos que apresentem propriedades desejáveis por um período de tempo suficientemente longo. Emulsões cineticamente estáveis podem ser alcançadas por diversas maneiras, porém a maioria das emulsões alimentícias envolve a aplicação de força mecânica aliada à adição de emulsificantes e estabilizantes. Emulsificantes são compostos anfifílicos de baixa massa molecular (surfactantes, como polissorbatos e lecitina) ou de alta massa molecular (como proteínas do leite, proteínas de soja e do ovo) que atuam reduzindo a tensão interfacial das gotas. Já os estabilizantes atuam aumentando a viscosidade da fase contínua (ou até mesmo provocando a gelificação da fase contínua, com formação dos sistemas denominados como “emulsion-filled gel”), prevenindo, assim, a agregação das gotas (McCLEMENTS, 2005). Vários polissacarídeos podem ser utilizados como estabilizantes, como as gomas xantana, carragena e outras (DICKINSON, 2003).
Os atributos sensoriais e físico-químicos de produtos alimentícios emulsionados são fortemente influenciados pelas características das gotas presentes em sua composição. Essas características incluem desde a concentração, tamanho e carga das gotas, até as possíveis interações entre elas (FRIBERG et al., 2004; McCLEMENTS, 2005). A concentração das gotas pode influenciar na textura, estabilidade, aparência, atributos sensoriais e qualidade nutricional de uma
emulsão. Essa concentração pode ser expressa através da fração mássica ou volumétrica da fase dispersa (McCLEMENTS, 2005).
O tamanho da gota, por sua vez, pode ter efeito na estabilidade, propriedades ópticas (ex.: opaca, translúcida), no comportamento reológico e nos atributos sensoriais. Na prática, as emulsões alimentícias possuem gotas de tamanho variando dentro de uma faixa específica, representada através das curvas de distribuição de tamanhos. Várias informações podem ser obtidas através dessas curvas, incluindo o Índice de Polidispersão (PDI) das gotas ou polidispersidade. O PDI relaciona a largura da curva de distribuição com o tamanho médio das gotas. Para uma amostra perfeitamente uniforme, situação teórica, o PDI teria valor zero, indicando que todas as gotas tem exatamente o mesmo tamanho. Na prática, valores menores que 0,05 são raramente encontrados. Amostras com valores de PDI entre 0-0,1 indicam uma distribuição de tamanhos do tipo monodispersa estreita. Enquanto que valores entre 0,1-0,4 indicam amostra polidispersa moderada e acima de 0,4 amostra amplamente polidispersa (McCLEMENTS, 2005; ISO, 2008).
As gotas, em boa parte das emulsões em alimentos, possuem carga elétrica devido à adsorção de espécies ionizadas ou ionizáveis (ex.: proteínas, alguns polissacarídeos, surfactantes iônicos, fosfolipídios e íons) em sua superfície. As características elétricas da superfície das gotas dependem do tipo e concentração das espécies ionizadas presentes, bem como da composição iônica e propriedades físicas do meio líquido circundante. A carga das gotas em uma emulsão é importante, pois determina a natureza das interações com outras espécies carregadas e o comportamento na presença de campos elétricos. Gotas em vários alimentos emulsionados são estáveis à agregação devido ao uso de emulsificantes iônicos que adsorvem na superfície e impedem que as gotas se aproximem o suficiente devido à repulsão eletrostática (FRIBERG et al., 2004; McCLEMENTS, 2005; DICKINSON, 1992).
Já as interações coloidais determinam quando as gotas se agregam ou permanecem separadas, bem como as características dos agregados formados, como seu tamanho, formato, porosidade e deformabilidade. A estabilidade à cremeação e a reologia de muitas emulsões em alimentos dependem da quantidade de gotas agregadas e da natureza desses agregados (FRIBERG et al., 2004; McCLEMENTS, 2005).
3.1.1. Emulsões do tipo Pickering
O conceito de estabilização de emulsão do tipo Pickering, descrita pela primeira vez em 1907 pelo pesquisador homônimo (PICKERING, 1907), está relacionado à barreira mecânica formada na interface através da deposição de partículas sólidas de dimensões coloidais, que podem evitar a
floculação e coalescência das gotas. Curiosamente, este conceito de estabilização através da deposição de partículas na interface tem sido aplicado há séculos em alimentos, sem ser cientificamente estudado. Por exemplo, no molho de mostarda (uma emulsão concentrada de óleo-em-água que tem sido utilizada há muito tempo) as partículas finas de mostarda contribuem para a estabilidade física e coloidal da emulsão, evitando a coalescência das gotas de óleo (BINKS, 2007).
A eficiência da proteção da barreira mecânica formada depende da dificuldade de remoção das partículas adsorvidas na interface. A barreira estérica é mais efetiva no caso de partículas adsorvidas que são preferencialmente molháveis pela fase contínua, as quais, consequentemente, tendem a se posicionar predominantemente na superfície externa das gotas. Além disso, para uma estabilização Pickering efetiva, o tamanho médio das partículas deve ser no mínimo uma ordem de magnitude menor que o tamanho das gotas da emulsão. Assim, nanopartículas são necessárias para a estabilização de gotas submicrométricas (DICKINSON, 2012; CHEVALIER & BOLZINGER, 2013).
A localização de uma partícula individual em relação à interface óleo/água é definida pelo ângulo de contato (), como representado na Figura 2 para o caso idealizado da partícula esférica hidratada preferencialmente pela água ( < 90°).
Figura 2. (A) Partícula esférica na interface óleo-água com ângulo de contato na junção das três fases: partícula (p), óleo (o) e água (a). Quantidades po, pa e oa são as tensões nas interfaces. (B) Monocamada de partículas na superfície de uma gota de óleo dispersa em água (Fonte: DICKINSON, 2012).
Na Figura 2 está apresentada a situação em que a estabilização de gotas de óleo em água é favorecida. Em termos termodinâmicos, o ângulo de contato trifásico (partícula, óleo e água) está relacionado ao balanço das energias livres nas interfaces partícula-água, partícula-óleo e óleo-água. Em termos mecânicos, a resolução para as três forças paralelas à superfície do sólido na junção das três fases é expressa pela clássica equação de Young (1):
cos = (po – pa) /oa (1)
em que po, pa e oa são as tensões interfaciais partícula-óleo, partícula-água e óleo-água,
respectivamente. Para as partículas igualmente molháveis por óleo e água, o ângulo será exatamente
= 90°, enquanto que para partículas mais hidrofílicas 0 ≤ < 90° e mais hidrofóbicas 90° < ≤ 180° (BINKS, 2002; DICKINSON, 2012; CHEVALIER & BOLZINGER, 2013).
A grande estabilidade alcançada através do mecanismo Pickering, que torna estas emulsões tão diferentes das estabilizadas por surfactantes, reside no fato de que para uma partícula de raio r a adsorção na interface óleo-água pode ser vista como um processo irreversível quando não é muito próximo de 0° ou 180°. A razão para esta irreversibilidade está na energia livre de dessorção espontânea (ΔGd), que é extremamente alta quando comparada com a energia térmica:
ΔGd = r² oa (1 – cos)² (2)
Na equação 2 estão apresentados os fatores mais importantes relacionados à energia de interação da partícula com a interface são o ângulo de contato e o tamanho da partícula. Assim, partículas que possuem condições favoráveis de molhabilidade ( não próximo de 0° ou 180°) e tamanhos acima de 10 nm, aproximadamente, irão adsorver irreversivelmente na interface, já que seu ΔGd será muito maior que kT (nas condições próximas da ambiente), em que k é a constante de
Boltzmann (k = 1,38 . 10-23 J/K) e T é a temperatura absoluta. Em contraste a essa adsorção irreversível está o comportamento das moléculas de surfactante, as quais permanecem em equilíbrio dinâmico, adsorvendo e dessorvendo da interface em uma rápida escala de tempo. A alta força de adsorção explica a elevada estabilidade encontrada nas emulsões Pickering, mesmo quando gotas de tamanho elevado (da ordem de milímetros) estão presentes, o que não é observado em emulsões estabilizadas por surfactantes (DICKINSON, 2012; RAYNER et al., 2012; BINKS, 2002; CHEVALIER & BOLZINGER, 2013).
Ainda que muitos pesquisadores na última década venham se dedicando ao entendimento e desenvolvimento de emulsões estabilizadas por partículas sólidas (EEPS ou emulsões Pickering), a maioria dos trabalhos envolve sistemas coloidais-modelo contendo partículas inorgânicas, como óxido de ferro, argilas, partículas de carbono e de sílica (BINKS & LUMSDON, 1999; HUNTER et al., 2008;. STOCCO et al., 2011; YI et al., 2011). Porém, há alguns estudos realizados com partículas que podem ter aplicação em alimentos e fármacos sem riscos à saúde do consumidor (DICKINSON,
2012; CHEVALIER & BOLZINGER, 2013). A Tabela 1 apresenta alguns trabalhos conduzidos com partículas biocompatíveis em emulsões O/A.
Tabela 1. Exemplos de partículas biocompatíveis utilizadas na estabilização de emulsões O/A do tipo
Pickering.
Tipo de partícula Tamanho Referência
Nanocristais de quitina 240 nm x 20 nm TZOUMAKI et al., 2011.
Flavonoides ~ 100 nm LUO et al., 2011.
Nanocristais de celulose 50-250 nm x 3-15 nm ZOPPE et al., 2012. Grânulos de amido de quinoa 1-3 m RAYNER et al., 2012. Grânulos de amido de arroz,
milho, trigo e batata
5,2 a 52 m LI et al., 2013.
Agregados de nanopartículas de proteína de soja
~ 100 nm LIU & TANG, 2013.
Microgéis de isolado proteico de soro do leite
235 nm DESTRIBATS et al., 2014
Celulose amorfa Não especificado JIA et al., 2015.
A maioria dos materiais apresentados na Tabela 1 são altamente polidispersos e com ângulo de contato favorecendo a adsorção na interface óleo-água, e muitos existem na forma de agregados. Na maioria dos casos foram utilizadas partículas de proteína e polissacarídeos, os mesmos ingredientes que já vêm sendo utilizados para estabilizar emulsões clássicas. Assim, o limiar entre estabilização clássica e Pickering é bastante estreito em alguns casos, principalmente no caso das proteínas, que geralmente possuem propriedades tensoativas.
Na prática, a maioria dos ingredientes ricos em proteína usados como agentes emulsificantes na indústria de alimentos (leite em pó, concentrado proteico de soro de leite, proteínas do ovo, etc.) contém vários tipos de agregados de proteína e partículas coloidais de proteínas que podem se acumular na interface óleo-água durante a homogeneização. Mesmo diante desse fato, deposição de
partículas de proteína na interface, as referidas emulsões não são chamadas de emulsões tipo
Pickering por duas razões principais (DICKINSON, 2012). Primeiramente, muitas das partículas
dispersas nesses coloides alimentícios coexistem na fase aquosa com moléculas solúveis de proteína, e essas pequenas espécies moleculares são predominantemente responsáveis pela rápida redução da tensão interfacial durante a homogeneização. Segundo, uma vez que os agregados auto-organizados de proteínas se tornam realmente adsorvidos na superfície das gotas, eles começam a se romper em fragmentos menores, que gradualmente se redistribuem na interface para formar uma camada final do tipo gel de proteína adsorvida. Então, para ser considerado um emulsificante/estabilizante do tipo
Pickering, as partículas dispersas devem permanecer insolúveis e intactas durante o tempo útil da
emulsão em questão (DICKINSON, 2001, 2012).
DESTRIBATS e colaboradores (2014) conseguiram contornar os problemas envolvidos na fragmentação dos agregados de proteínas. É de amplo conhecimento que as proteínas globulares do soro do leite são capazes de se auto-organizar em diferentes tipos de agregados dependendo das condições existentes (de temperatura, pressão, força iônica e pH). No estudo conduzido por DESTRIBATS e colaboradores (2014), os agregados de proteína do soro do leite foram covalentemente reticulados e então denominados de microgéis, os quais foram utilizados com sucesso na estabilização do tipo Pickering de emulsões óleo-em-água.
Na opinião dos autores dessa tese, algumas restrições quanto à classificação do tipo de estabilização presente em uma emulsão podem levar a alguns enganos. Na maioria dos casos há mais de um mecanismo de estabilização ocorrendo simultaneamente (aumento da viscosidade da fase contínua, redução da tensão interfacial, impedimento estérico, repulsão eletrostática, etc.). O exemplo dos ingredientes ricos em proteína mostra que em algum momento há agregados de proteína na interface atuando como estabilizante do tipo Pickering. Mesmo que os agregados se rompam e formem a camada gelificada de proteína na interface, não se pode ignorar que o mecanismo
Pickering ocorreu em algum momento da formação da emulsão. Assim, no presente trabalho haverá
sempre a tentativa de entender e identificar qualquer tipo de mecanismo que esteja contribuindo para a estabilização das emulsões sem se restringir a uma única classificação.
Já o caso dos polissacarídeos em emulsões Pickering é menos controverso, pois a maioria dos polissacarídeos não possui atividade interfacial ou propriedades tensoativas. Mesmo assim, afirmar que uma emulsão é do tipo Pickering não é tarefa fácil. Em alguns trabalhos as maiores evidências encontradas são microscopias que mostram as partículas na interface, mas isso nem sempre é possível, pois a microscopia óptica não é suficiente quando se trata de tamanhos na escala nanométrica, e outras técnicas de microscopia exigem preparos na amostra, como secagem da
emulsão e coloração/marcação de ingredientes, que podem modificar suas propriedades ou mesmo inviabilizar a análise.
Mesmo diante dessas dificuldades considera-se importante estudar o mecanismo de estabilização Pickering considerando os resultados promissores obtidos, como alta estabilidade à coalescência, liberação mais controlada e prolongada de alguns fármacos ou ingredientes lipofílicos encapsulados (FRELICHOWSKA et al., 2009), maior estabilidade em relação à oxidação lipídica (KARGAR et al., 2011), e até mesmo redução na velocidade da digestão dos lipídeos (TZOUMAKI et al., 2013), quando comparada com emulsões convencionais contendo surfactantes. Assim, este tipo de emulsão pode se constituir como um potencial sistema de encapsulação e entrega controlada, podendo ser utilizado para o desenvolvimento de novos alimentos funcionais (LIU & TANG, 2013; CHEVALIER & BOLZINGER, 2013).
3.1.2 Emulsões estabilizadas por polissacarídeos
Um dos aspectos mais críticos na formação de produtos emulsionados bem sucedidos é a seleção de um emulsificante adequado. Em geral, há inúmeros tipos de emulsificantes sintéticos e naturais que podem ser utilizados na indústria de alimentos, incluindo proteínas, polissacarídeos, fosfolipídios e tensoativos. No entanto, os consumidores estão cada vez mais exigentes e há uma crescente demanda na indústria de alimentos por ingredientes naturais para fabricar os denominados “produtos com rótulo limpo" (OZTURK & McCLEMENTS, 2016; TAVERNIER et al., 2016). Nesse sentido, os polissacarídeos constituem-se como interessante alternativa, já que a maioria desses compostos é proveniente de fontes naturais e são seguros para uso em alimentos (“generally recognized as safe” - GRAS) (STEPHEN & CHURMS, 2006).
A maioria dos polissacarídeos são moléculas altamente hidrofílicas que não apresentam atividade superficial significativa e, por conseguinte, não são bons emulsificantes (DICKINSON & STAINSBY, 1988; DICKINSON, 2003; OZTURK & McCLEMENTS, 2016). Em vez disso, os polissacarídeos podem ser considerados como bons agentes estabilizantes devido ao seu caráter hidrofílico, sua alta massa molecular e capacidade gelificante, que leva à formação de barreiras macromoleculares no meio aquoso entre as gotas dispersas, ou seja, eles tendem a estabilizar as emulsões através do aumento da viscosidade da fase aquosa contínua, inibindo o movimento das gotas (DICKINSON & STAINSBY, 1988).
Com frequência, os polissacarídeos são modificados para se transformarem em compostos com atividade superficial (GAONKAR, 1991; DICKINSON, 2003). Em geral, são realizadas modificações químicas ou enzimáticas, em que grupos hidrofóbicos ou resíduos de proteínas são
anexados às cadeias hidrofílicas, porém, o emulsificante obtido já não pode mais ser considerado como um emulsificante natural. Os principais exemplos são os amidos e celuloses modificadas. Os complexos formados através da reação de Maillard entre proteínas e polissacarídeos também são vias interessantes para produção de emulsificantes à base de polissacarídeos, já que, em geral, os complexos formados não necessitam de permissão de uso por parte das autoridades da área da saúde (GAONKAR, 1991; GARTI, 1999; DICKINSON, 2003).
Alguns polissacarídeos naturais têm boas propriedades emulsificantes porque eles já têm grupos não-polares ou proteínas ligados às suas cadeias. Os exemplos mais comuns são goma arábica, pectina e galactomananas (DICKINSON, 2003; OZTURK & McCLEMENTS, 2016). Atualmente, a goma arábica é o emulsificante à base de polissacarídeo natural mais amplamente utilizado na indústria de alimentos (NAKAUMA et al., 2008; DICKINSON, 1993; GARTI, 1999). No entanto, a grande desvantagem do uso da goma arábica é a proporção relativamente elevada de emulsificante-óleo (1:1) necessária para formar emulsões estáveis (DICKINSON, 1993; GARTI, 1999). Estudos recentes têm mostrado que as pectinas cítricas também podem ser usadas como emulsificantes (SCHMIDT et al., 2015). Outros estudos têm mostrado que polissacarídeos isolados a partir de sementes de manjericão mostraram-se como bons emulsificantes, com atividade superficial atribuída à presença de porções de proteína e grupos não-polares na cadeia do carboidrato (HOSSEINI-PARVAR et al., 2016). A goma de fibra de milho também tem mostrado boas propriedades emulsificantes, as quais também foram atribuídas à presença de porções proteicas (YADAV et al., 2012).
No entanto, existem algumas indicações recentes de que certos hidrocolóides, principalmente aqueles que pertencem à família das galactomananas, são capazes de se adsorver em interfaces óleo-água e estabilizar emulsões através do mecanismo de estabilização estérica mesmo sem conter resíduos de proteína em sua cadeia (OZTURK & McCLEMENTS, 2016). Gomas guar e de feno-grego foram isoladas e purificadas até que a maior parte da matéria proteica fosse removida e, ainda assim, apresentaram adsorção na interface. As emulsões preparadas com gomas guar e de feno-grego purificadas foram altamente estáveis mesmo em condições diluídas e forte birrefringência foi detectada na interface óleo-água indicando a presença de uma camada espessa e orientada de polissacarídeos (GARTI, 1999; GARTI & LESSER, 2001).
O aumento da viscosidade da fase contínua e a estabilização estérica não são os únicos mecanismos de estabilização desempenhados por polissacarídeos. Assim como citado anteriormente, há também muitos estudos mostrando a capacidade de alguns polissacarídeos de estabilizar emulsões
através do mecanismo de deposição de partículas na interface, denominada estabilização do tipo
Pickering (ZOPPE et al., 2012; TZOUMAKI et al., 2011; RAYNER et al., 2012; JIA et al., 2015).
Um exemplo que pode ser citado é a estabilização de emulsões através da utilização de grânulos de amido nativo (LI et al., 2013, RAYNER et al., 2012). Em estudo conduzido por LI e colaboradores (2013), sobre a capacidade de grânulos de amido, provenientes de diferentes fontes naturais, de estabilizar emulsões através do mecanismo Pickering, foi observado que quanto menor o tamanho do grânulo maior era a capacidade de estabilizar emulsões. O grânulo de amido de menor tamanho estudado, proveniente de arroz, mostrou bom desempenho emulsificante, evitando a coalescência das gotas de emulsões armazenadas por vários meses. Com o aumento da concentração dos grânulos de amido de arroz houve aumento da densidade de empacotamento dos grânulos na interface e redução do tamanho das gotas. Os grânulos de amido de arroz apresentaram tamanho médio (D43) de, aproximadamente, 5 m e foram capazes de formar emulsões em concentrações a
partir de 3% (m/m). Quando a concentração de grânulos passou de 3 para 45% (m/m) foi observada uma redução no tamanho médio das gotas da emulsão de 802 m para 43 m, ou seja, o tamanho das gotas das emulsões foi intensamente dependente da concentração de grânulos presente. Alterações no pH e adição de sal não apresentaram efeito significativo sobre os sistemas.
Outro exemplo interessante de estabilização de emulsões através do uso de polissacarídeos está descrita no trabalho de HOSSEINI-PARVAR e colaboradores (2016). Os autores exploraram a capacidade emulsificante do polissacarídeo extraído da semente de manjericão. Mesmo em baixas concentrações (0,3% m/m) esse polissacarídeo se mostrou capaz de estabilizar emulsões contendo 30% (m/m) de fase oleosa, prevenindo a coalescência das gotas por até 1 mês de armazenamento. A goma de semente de manjericão apresentou adsorção na interface das gotas devido à presença de segmentos hidrofóbicos em sua cadeia e conferiu altos valores de potencial zeta (cerca de -58 mV) às gotas das emulsões em seu pH natural (~ 7,0). As propriedades das emulsões formadas foram altamente dependentes do valor de pH e de força iônica. Os mecanismos de estabilização principais apontados foram o impedimento estérico e a repulsão eletrostática, sendo que dependendo do pH e da concentração de sal adicionado houve predominância de um mecanismo sobre o outro. Além disso, uma microscopia existente na literatura mostrou que as dispersões da goma de semente de manjericão apresentam uma estrutura fibrilar com presença de partículas globulares de, aproximadamente, 1,5 m, mostrando que as dispersões desse polissacarídeo podem conter microgéis (RAFE et al., 2013). A presença desses microgéis juntamente com outras evidências apresentadas no trabalho, permitiu que os autores apontassem que a estabilização do tipo Pickering também pudesse estar ocorrendo.
Já NAN e colaboradores (2014) descreveram uma estratégia diferente para formular emulsões do tipo Pickering utilizando apenas polissacarídeos. Na primeira etapa do trabalho foram produzidas partículas de gel de alginato (de tamanho nanométrico) recobertas com quitosana. A adsorção de quitosana à superfície das partículas permitiu a obtenção de partículas com caráter menos hidrofílico e, portanto, mais adequadas para a estabilização das emulsões. Na segunda etapa, essas partículas de alginato recobertas com quitosana foram utilizadas para estabilizar emulsões. Quanto menor o tamanho das partículas, menor foi a concentração necessária para alcançar emulsões estáveis à coalescência. De modo geral, as emulsões obtidas se mostraram sensíveis às alterações de pH e de força iônica. Por conter apenas ingredientes biocompatíveis, as emulsões Pickering obtidas no trabalho foram citadas pelos autores como promissoras na encapsulação e veiculação de fármacos.
Assim, é possível que no futuro, muitos outros polissacarídeos sejam extraídos com o propósito de serem utilizados como emulsificantes e não só como estabilizantes. Para tanto, há necessidade de mais pesquisas para identificar, isolar e caracterizar as propriedades de emulsificantes à base de polissacarídeos a partir de fontes naturais (GARTI, 1999; GARTI & LESSER, 2001; OZTURK & MCCLEMENTS, 2016).
3.2 Gelana
A gelana é um polissacarídeo aniônico produzido por fermentação pela bactéria
Sphingomonas elodea que consiste de repetidas unidades de um tetrassacarídeo (-D-glicose, - D-ácido glicurônico, -D-glicose e -L-ramnose) contendo dois substituintes: glicerato e acetato. Ambos substituintes estão localizados no mesmo resíduo de glicose, e em média há um glicerato por unidade repetida e um acetato a cada duas unidades (Figura 3A). Essa é sua forma altamente acilada (gelana HA) ou natural. O tratamento com álcali é capaz de remover os grupos substituintes resultando na gelana desacilada (gelana LA). A gelana em sua forma desacilada é composta pelo mesmo tetrassacarídeo e cada unidade tetramérica repetida, assim como na gelana HA, possui um grupo carboxílico lateral (Figura 3B) (O’NEIL et al., 1983; JANSSON et al., 1983; SANDERSON, 1990).
Figura 3. Unidade repetida do tetrassacarídeo que compõem a goma gelana acilada (A) e desacilada (B) (SANDERSON, 1990).
A descoberta da goma gelana foi resultado de um esforço que existiu nos anos 70 para produzir polissacarídeos microbianos com massa molecular e pureza controladas, eliminando, dessa forma, as variações climáticas e geográficas que podem afetar as propriedades físicas e a disponibilidade dos biopolímeros provenientes de fontes vegetais (WHITTAKER et al., 1997).
A gelana HA possui massa molar em torno de 1-2 x 106 Daltons. Já a massa molar da gelana LA é menor, cerca de 2-3 x 105 Daltons. Geralmente, é necessário o aquecimento da água para a hidratação completa desse polissacarídeo. A temperatura de hidratação da gelana LA é bastante dependente das condições iônicas do meio aquoso e particularmente sensível à presença de íons divalentes. Para uma completa hidratação, a gelana LA requer uma temperatura de aproximadamente 75 ºC caso não haja sequestrantes na água. Porém, a completa hidratação em temperatura ambiente é possível através do uso de 0,3% de citrato de sódio como agente sequestrante (KANG et al., 1982; O’NEIL et al., 1983; JANSSON et al., 1983).
A gelana HA irá intumescer quando dispersa em água deionizada resultando em solução com consistência semelhante a soluções de amido. O uso de pequenas concentrações de cátions monovalentes inibe esse intumescimento. Assim, a adição de íons como sódio e potássio pode ser uma estratégia para melhorar a dispersão da goma e para reduzir a viscosidade da solução. O aquecimento é indispensável para a completa hidratação da gelana HA. Enquanto a presença de íons afeta a dispersão e intumescimento desse polissacarídeo, a temperatura de hidratação é praticamente insensível à presença deles, e está em torno de 70 a 80 ºC. A hidratação de ambas gelanas, LA e HA,
pode ser inibida pela presença de sólidos solúveis ou por baixos valores de pH (KANG et al., 1982; O’NEIL et al., 1983; JANSSON et al., 1983).
A principal aplicação da gelana tem sido na formação de géis. O mecanismo de gelificação da gelana é considerado como um processo em duas etapas: primeiro há a formação de duplas-hélices ordenadas (transição conformacional) durante o aquecimento, seguida pela interação entre as hélices (transição sol – gel) durante o resfriamento. A temperatura em que se dá a formação do gel depende do tipo de gelana, da concentração e do tipo de cátion presente na solução e da presença de outros sólidos dissolvidos. Na ausência de cátions a gelana LA forma gel em torno de 25 ºC, enquanto que na gelana HA a formação de gel se dá quando a temperatura no resfriamento alcança os 65 ºC. A adição de cátions, como sódio e cálcio, causa um aumento nessa temperatura. Nos dois tipos de gelana o gel é formado quase que instantaneamente, uma vez que a temperatura é atingida (GRASDALEN & SMIDSROD, 1987; KANG et al., 1982; O’NEIL et al., 1983; JANSSON et al., 1983).
A gelana HA forma gel através do simples resfriamento. Já a formação de gel com gelana LA requer adição de cátions, ácidos, sólidos solúveis ou uma combinação destes aditivos. Cátions divalentes são mais efetivos na formação de gel que os cátions monovalentes, sendo necessária maior concentração de cátions monovalentes para formar géis com força semelhante aos géis com cátions divalentes (NICKERSON et al., 2003; TANG et al., 1996; VILELA et al., 2011). A gelana HA produz géis fracos e elásticos devido à presença dos grupos glicerato que ficam localizados dentro das duplas-hélice, forçando uma rotação do grupo carboxílico e causando impedimento estérico no momento da agregação das hélices para formar a rede tridimensional. Os géis de gelana HA vão perdendo sua firmeza com o aumento da temperatura e podem ser desfeitos com o aquecimento prolongado. Já a gelana LA produz géis firmes, não elásticos e estáveis frente ao aquecimento (TANG et al., 1996; GRASDALEN & SMIDSROD, 1987; KANG et al., 1982; O’NEIL et al., 1983; JANSSON et al., 1983).
Em relação às emulsões, nenhum trabalho foi conduzido visando estudar a possibilidade de utilização da gelana como partícula coloidal na estabilização do tipo Pickering. Há poucos trabalhos sobre a utilização da gelana em emulsões (LORENZO et al., 2013; HUANG et al., 2001) e a referência existente, até essa data, sobre a utilização da gelana HA como único componente estabilizante/emulsificante do sistema é o trabalho que foi gerado a partir dessa tese (VILELA & CUNHA, 2016).
