Obtenção de emulsões multicamadas de óleo de chia (Slavia Hispânica L.) estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite/pectina microencapsuladas em spray dryer

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Carla Noello

Campinas-SP

2016

OBTENÇÃO DE EMULSÕES MULTICAMADAS DE ÓLEO DE

CHIA (Salvia Hispânica L.) ESTABILIZADAS POR CONCENTRADO

PROTEICO DE SORO DE LEITE/PECTINA

MICROENCAPSULADAS EM SPRAY DRYER

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CARLA NOELLO

OBTENÇÃO DE EMULSÕES MULTICAMADAS DE ÓLEO DE CHIA

(Salvia Hispânica L.) ESTABILIZADAS POR CONCENTRADO

PROTEICO DE SORO DE LEITE/PECTINA MICROENCAPSULADAS

EM SPRAY DRYER

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do titulo de Mestra em Engenharia de Alimentos.

Orientador: Profª Drª Míriam Dupas Hubinger

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA CARLA NOELLO E ORIENTADA PELA PROFª DRª MÍRIAM DUPAS HUBINGER

Campinas-SP

2016

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BANCA EXAMINADORA

Profª Drª Míriam Dupas Hubinger

Orientadora – FEA/UNICAMP

Profª Drª Carolina Siqueira Franco Picone

Membro titular – UNICAMP

Profª Drª Izabela Dutra Alvim

Membro titular – ITAL/CAMPINAS

Profª Drª Carmem Sílva Fávaro Trindade

Membro suplente - FZEA/USP

Profª Drª Vera Maria Rodrigues

Membro suplente – Universidade de Passo Fundo(UPF)

A ata de defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.

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“Não se revolte e nem apresente resistência ao enfrentar infortúnio pense que a árvore que se verga ao vento durante a tempestade continuará em pé no meio daquelas que foram arrancadas por não terem se dobrado”. Autor desconhecido

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Agradecimentos

Dedico este trabalho aos meus pais, Nélio e Olivia, minha irmã Eduarda e ao meu amor Leomar, por todo amor, incentivo e apoio integral.

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vii

Agradecimentos

AGRADECIMENTOS

Eu gostaria primeiramente de agradecer a Deus por me dar a possibilidade de estar realizando todos os meus sonhos, por estar sempre ao meu lado me abençoando em cada passo da minha caminhada.

Aos meus pais, Nélio e Olivia que estão sempre ao meu lado, me apoiando e incentivando em todas as minhas decisões, mesmo que estas não nos permitam estarmos perto fisicamente, mas estamos sempre unidos pelo amor incondicional.

À minha irmã Eduarda, por todos os momentos em que me apoiou e assumiu as responsabilidades e dificuldades durante esses dois anos em que estive distante. Pelo incentivo, companheirismo e amor. Ao meu cunhado Henrique que sempre esteve ao lado da minha família dando apoio nos momentos que precisamos.

Ao meu amor Leomar, além de suportar a distância nesses dois anos esteve sempre ao meu lado nos momentos mais difíceis, me apoiando e incentivando para realizar os meus sonhos. Quero que saiba que o meu amor por você só se fortalece a cada dia.

À minha amiga Caroline, que nesses dois anos de muita convivência foi a minha segunda família. Obrigada por estar ao meu lado em todos os momentos em que acreditava que nada daria certo, por todo apoio, companheirismo, choros, risos e pelos momentos de muito trabalho e também de descontração.

À amiga Fernanda, amizade desenvolvida no mestrado e que vou levar pelo resto da minha vida. Obrigada por estar sempre presente em todos os momentos em que precisei, pelas risadas, festas e todos os momentos em que vivenciamos.

Às amigas Larissa, Heloisa e Tanara, por todo apoio, amizade e contribuição na minha adaptação em Campinas, pelas festas, risadas e momentos de descontração e também pelos conselhos.

À amiga Gabriela, que conheci na metade do mestrado e que se tornou uma amiga muito especial, obrigada por estar sempre disposta a ajudar e colaborar com a minha estadia em Campinas.

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Agradecimentos

À professora Miriam Dupas Hubinger, pela orientação, compreensão e confiança no meu trabalho.

Às colegas Ana Gabriela e Vanessa, pelo auxilio, conselhos e ensinamentos, sempre contribuindo para a melhor realização deste trabalho, além da amizade e disponibilidade. Às colegas de laboratório Vivian, Mariana, Renata, Fernando, Nirse e Eliana, pelos momentos de muito trabalho e descontração.

Ao amigo Guilherme, por todos os ensinamentos e concelhos. Ao apoio financeiro da FAPESP e ao CNPq pela bolsa de mestrado.

Aos funcionários, professores e alunos do Departamento de Engenharia de Alimentos e do Laboratório de Engenharia de Processos pelo auxilio e disponibilidade que tornou possível a realização deste trabalho.

À professora Carolina Siqueira Franco Picone, professora Izabela Dutra Alvim, Carmem Fávaro Trindade e Vera Maria Rodrigues pelas contribuições para melhoria do meu trabalho, por meio de sugestões, correções e por aceitarem participar da minha banca.

E, finalmente, a todas as pessoas que de forma direta ou indireta contribuíram para a realização do meu trabalho.

Enfim,

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Resumo

RESUMO

O óleo da semente de chia possui elevado teor de ácido α-linolênico (60%) e ácido linoleico (30%). A aplicação deste óleo em diferentes produtos é limitada devido ao seu estado líquido, além da presença de insaturações que fazem com que seja facilmente oxidado quando em contato com o oxigênio. Neste contexto, para facilitar a aplicação do óleo de chia em produtos alimentícios e aumentar a sua proteção contra a oxidação, pretendeu-se neste trabalho produzir emulsões estabilizadas por multicamadas e camada simples e realizar o processo de secagem por spray drying, obtendo assim, um produto em pó com maiores possibilidades de aplicações quando comparado com o óleo em estado líquido. Como agente estabilizante foram utilizados concentrado proteico de soro de leite, uma proteína de caráter catiônico quando em pH 3,8 e pectina, polissacarídeo de caráter aniônico, além de materiais de parede como maltodextrina 10DE e amido modificado Hi-Cap® 100. As emulsões estabilizadas por concentrado de soro de leite e pectina foram obtidas através da técnica de estabilização por atração eletrostática de cargas opostas entre o concentrado proteico de soro de leite e pectina. Para a definição do processo de homogeneização das emulsões foi realizado um estudo de densidade energética, onde foram avaliados diferentes tempos e velocidades de homogeneização em rotor-estator e diferentes níveis de pressão e número de passes em homogeneizador de alta pressão, a fim de obter emulsões estáveis com menores gastos energéticos. As emulsões foram caracterizadas em relação à densidade de carga superficial, distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota, microscopia ótica, estabilidade e comportamento reológico. Foi possível diminuir o gasto energético na obtenção de emulsões estáveis estabilizadas por somente concentrado proteico de soro de leite e por concentrado proteico de soro de leite e pectina em torno de 70% e 20%, respectivamente. As emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, adicionadas de maltodextrina 10DE e as emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite adicionadas de Hi-Cap® 100 foram submetidas ao processo de secagem em spray dryer a 170 oC. As micropartículas obtidas foram caracterizadas em relação ao conteúdo de umidade, atividade de água, distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas, microestrutura e estabilidade oxidativa, sendo esta avaliada pelo tempo de indução, realizada pelo método Rancimat. As micropartículas obtidas apresentaram diâmetro médio entre 7,00 e 9,00 μm e alta eficiência de encapsulação, acima de 99%. Foi observado pela análise de microestrutura que as partículas constituídas de maltodextrina 10DE apresentaram superfície rugosa,

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x

Resumo

diferentemente das partículas obtidas com Hi-Cap® 100 que mostraram aspecto liso, porém em nenhuma das amostras foi verificada a presença de rachaduras. O processo de encapsulação foi eficiente para o óleo de chia, pois as micropartículas apresentaram um maior tempo de indução, quando comparadas ao óleo puro.

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Abstract

ABSTRACT

Chia seed oil has a high content of α-linolenic acid (60%) and linoleic acid (30%). The application of this oil in various products is limited due to its liquid state and to unsaturation that is easily oxidized when in contact with oxygen. In this context, to facilitate the implementation of chia oil in food products and increase their protection against oxidation, the aim of this study was to produce emulsions stabilized by multilayer and single layer and perform the drying process by spray drying, thereby obtaining a powdered product with higher use possibilities compared to the liquid oil. Whey protein concentrate was used as stabilizing agent, a protein with cationic character at pH 3.8 and pectin, a polysaccharide of anionic character, as well as wall materials as maltodextrin 10DE and starch modified Hi-CAP® 100. Emulsions stabilized by whey protein concentrate and pectin were obtained by the stabilization technique of electrostatic attraction of opposite charges between the whey protein concentrated and pectin. For the selection of the emulsion process homogenization, energy density was measured at different times and mixing speeds of rotor-stator and different levels of pressure and number of passes in the high-pressure homogenizer, to obtain stable emulsions with lower energy consumption. The emulsions were characterized for surface charge density, size distribution and average droplet size, optical microscopy, stability and rheological behavior. It was possible to decrease the energy consumption from 70% and 20%, respectively, for obtaining stable emulsions stabilized only with whey protein concentrate (WPC) and WPC and pectin. Emulsions stabilized by whey protein concentrate and with added pectin and maltodextrin 10DE and emulsions stabilized by whey protein concentrate added with Hi-CAP® 100 were subjected to the drying process in spray dryer at 170 ° C. Microparticles were characterized in relation to moisture content, water activity, size distribution and average particle diameter, microstructure and oxidative stability, which was evaluated by the induction time held by the Rancimat method. Microparticles had an average diameter between 7.00 and 9.00 μm and high encapsulation efficiency, above 99%. The particles produced with maltodextrin 10DE showed rough surface, unlike the particles produced with Hi-CAP® 100 which presented smoothness, but none of the samples showed the presence of cracks. Encapsulation process was effective for chia oil wherein the microparticles showed a bigger induction period when compared to the pure oil.

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Lista de Figuras

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Sementes de chia (Salvia Hispanica L.). Fonte: Thinkstock/Getty Images ... 25 Figura 2 Processo de formação de emulsões multicamadas (GUZEY e MCCLEMENTS,

2006a) ... 30

Figura 3 Representação esquemática da obtenção de emulsões utilizando dois métodos de

homogeneização. Fonte: McClements (2005). ... 32

Figura 4 Representação esquemática do homogeneizador rotor-estator. Fonte: Maa e Hsu

(1996) ... 33

Figura 5 Três diferentes tipos de estrutura de microcápsulas. Fonte: Adaptado de LAKKIS

(2007) ... 35

Figura 6 Diagrama de fluxo das etapas de preparação das emulsões de óleo de chia em água

... 44

Figura 7 Spray dryer Büchi utilizado nos processos de secagem ... 50 Figura 8 Influência do pH sobre o potencial zeta das dispersões de WPC e pectina ... 56 Figura 9 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC em diferentes

concentrações, (A) 0,5%, (B) 1% e (C) 2% homogeneizadas em alta pressão a 350 bar com 1 passagem ... 57

Figura 10 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC em diferentes

concentrações, (A) 0,5%, (B) 1% e (C) 2% homogeneizadas em alta pressão a 350 bar com 3 passagens ... 58

Figura 11 Distribuição de tamanho de gota das emulsões obtidas com diferentes

concentrações de WPC e passagens em homogeneizador de alta pressão. (A) emulsão estabilizada com 0,5% de WPC, (B) emulsão estabilizada com 1,0% de WPC e (C) emulsão estabilizada com 1,5% de WPC. Linha tracejada : 1 passe (pressão 350 bar) e linha continua: 3 passes (pressão 350 bar). ... 62

concentrações de WPC e passagens em homogeneizador de alta pressão. (A) emulsão estabilizada com diferentes concentrações de WPC submetidas a 1 passagem em homogeneizador de alta pressão e (B) emulsão estabilizada com diferentes concentrações de WPC submetidas a 3 passagens em homogeneizador de alta pressão (--- 0,5%, ... 1,0% e ___ 2,0%) ... 63

Figura 13 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de

leite em diferentes concentrações e óleo de chia, homogeneizadas em alta pressão a 350 bar com 1 passagem: 0,5% (A), 1,0% (B) e 2,0% (C), aumento de 100x ... 64

Figura 14 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de

leite em diferentes concentrações e óleo de chia, homogeneizadas em alta pressão a 350 bar com 3 passes: 0,5% (A), 1,0% (B) e 2,0% (C), aumento de 100x... 65

Figura 15 Curva de escoamento das emulsões nas diferentes concentrações de WPC ... 69 Figura 16 Curva de escoamento da fase inferior das emulsões nas diferentes concentrações de

WPC ... 70

(13)

xiii

Lista de Figuras

Figura 18 Curva de viscosidade da fase inferior das emulsões nas diferentes concentrações de

WPC ... 72

Figura 19 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de

soro de leite-pectina em diferentes concentrações de pectina: 0,25% (A), 0,5% (B) e 1,0% (C) ... 74

concentrações de pectina ... 76

Figura 21 Microscopia ótica das emulsões formada por WPC 0,5% e diferentes

concentrações de pectina: 0,25% (A), 0,5% (B) e 1,0% (C), aumento de 100x... 77

Figura 22 Curva de escoamento das emulsões estabilizadas por WPC-pectina nas diferentes

Figura 23 Curva de viscosidade das emulsões estabilizadas por WPC-pectina nas diferentes

Figura 24 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas nos diferentes tempos de

homogeneização em rotor estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C) ... 83

Figura 25 Distribuição de tamanho de gotas das emulsões estabilizadas por WPC obtidas

com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ... 84

Figura 26 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com diferentes

tempos de homogeneização em rotor-estator: ES1.A: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.B: 3 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES1.C: 5 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x... 85

Figura 27 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas nas diferentes velocidades de

homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C) ... 87

com diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.B: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES2.C: 1 min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão... 89

velocidades de homogeneização em estator: (A) ES2.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES2.B: 1 min/16.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES2.C: 1 min/20.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x ... 90

Figura 30 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas com diferentes pressões de

(14)

xiv

Lista de Figuras

com diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: ES3.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES3.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 450bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ... 94

níveis de pressão de homogeneização em alta pressão: (A) ES3.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES3.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 350bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES3.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 450bar/5passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x ... 95

Figura 33 Avaliação da estabilidade das emulsões obtidas em diferentes passagens de

homogeneização em alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens (ES4.C) ... 97

com diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão: ES4.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão. ES4.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/7passes em homogeneizador de alta pressão. ... 99

passagens em homogeneizador de alta pressão: (A) ES4.A: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/3passes em homogeneizador de alta pressão, (B) ES4.B: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/5passes em homogeneizador de alta pressão e (C) ES4.C: 1 min/12.000 rpm em rotor-estator + 250bar/7passes em homogeneizador de alta pressão, aumento de 100x ... 100

Figura 36 Curvas de escoamento das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com diferentes

níveis energéticos ... 104

Figura 37 Curva de viscosidade versus taxa de deformação das emulsões estabilizadas por

WPC obtidas com diferentes níveis energéticos ... 105

Figura 38 Avaliação da estabilidade das emulsões estabilizadas por WPC-pectina obtidas em

diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/ 3 passagens (EDS5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem (ED5.D) ... 107

Figura 39 Distribuição de tamanho das gotas de emulsões estabilizadas por WPC-pectina

obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/3 passagens(ED5.A), 250 bar/3 passagens(ED5.B), 150 bar/1 passagem(ED5.C) e 250 bar/1 passagem(ED5.D) ... 109

Figura 40 Microscopia ótica das emulsões estabilizadas por WPC-pectina obtidas em

diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: (A)150 bar/ 3 passagens (ED5.A), (B)250 bar/ 3 passagens (ED5.B), (C)150 bar/1 passagem (ED5.C) e (D)250 bar/ 1 passagem (ED5.D). aumento de 100x ... 110

Figura 41 Curva de escoamento reológico das emulsões estabilizadas por WPC-pectina

(15)

xv

Lista de Figuras

passagens (ED5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem (ED5.D) ... 113

Figura 42 Curva de viscosidade versus taxa de deformação das emulsões estabilizadas por

WPC-pectina btidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/3 passagens(ED5.A), 250 bar/3 passagens(ED5.B), 150 bar/1 passagem(ED5.C) e 250 bar/1 passagem(ED5.D) ... 114

Figura 43 Avaliação da estabilidade de emulsões estabilizadas por WPC. (A) Maltodextrina

10 DE e (B) Hi-Cap® 100 ... 117

Figura 44 Avaliação da estabilidade de emulsões estabilizadas por WPC-pectina. (A)

Maltodextrina 10 DE e (B) Hi-Cap® 100 ... 118

Figura 45 Distribuição de tamanho de gotas das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais... 120

Figura 46 Microscopia ótica das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede

adicionais. Simples+HiCap (A) e Dupla+maltodextrina (B) ... 121

Figura 47 Curva de escoamento das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede

adicionais ... 124

Figura 48 Curva de viscosidade versus taxa de deformação das emulsões obtidas com

diferentes materiais de parede adicionais ... 124

Figura 49 Distribuição de tamanho das partículas estabilizadas por WPC e WPC-pectina . 128 Figura 50 Microestrutura externa das micropartículas estabilizadas por WPC adicionada de

Hi-Cap® 100 (A) e estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE (B) com aumento de 2.000 vezes ... 131

Figura 51 Microestrutura externa das micropartículas estabilizadas por WPC adicionada de

Hi-Cap® 100 (A) e estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE (B) com aumento de 7.000 vezes ... 132

Figura 52 Microestrutura interna das micropartículas estabilizadas por WPC adicionada de

Hi-Cap® 100 (A) e estabilizada por WPC-pectina adicionada de maltodextrina 10DE(B) com aumento de 7000 vezes ... 134

(16)

Lista de Tabelas

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composição da emulsão estabilizada por WPC-pectina ... 43 Tabela 2 Ensaios realizados com diferentes níveis energéticos para obtenção de emulsão

estabilizada por WPC ... 45

Tabela 3 Ensaios realizados com diferentes níveis energéticos para obtenção da emulsão

estabilizada por WPC-pectina ... 46

Tabela 4 Composição da emulsão estabilizada por WPC ... 47 Tabela 5 Características e especificações do óleo de semente de Chia ... 54 Tabela 6 Composição dos ácidos graxos do óleo de semente de chia (Salvia hispânica L.) .. 55 Tabela 7 Densidade de carga superficial das dispersões de maltodextrina 10DE, HiCap® 100,

WPC e pectina em pH 3,8 ... 56

Tabela 8 Diâmetro médio de gota, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) das emulsões obtidas com

diferentes concentrações de WPC e diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão ... 60

Tabela 9 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por concentrado proteico

de soro de leite (WPC) em diferentes concentrações e passagens em homogeneizador de alta pressão ... 66

Tabela 10 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais das emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite ao modelo da Lei da Potência, modelo de Herschel-Bulkley(HB) e ao modelo Newtoniano ... 68

Tabela 11 Valores de viscosidade obtidos para as diferentes emulsões ... 71 Tabela 12 Tensão interfacial entre a fase oleosa e diferentes concentrações de WPC na fase

aquosa ... 72

Tabela 13 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões obtidas com

diferentes concentrações de pectina ... 75

Tabela 14 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-pectinaobtidas

com diferentes concentrações de pectina ... 77

Tabela 15 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais das emulsões

estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite ao modelo da Lei da Potência, modelo de Herschel-Bulkley e ao modelo Newtoniano ... 79

Tabela 16 Valores de viscosidade obtidos para as diferentes emulsões ... 80 Tabela 17 Diâmetro médio de gota, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) das emulsões estabilizadas

por WPC obtidas com diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C)... 83

Tabela 18 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC obtidas com

diferentes tempos de homogeneização em rotor-estator: 1 minuto (ES1.A), 3 minutos (ES1.B) e 5 minutos (ES1.C) ... 86

Tabela 19 Diâmetro médio de gota, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) das emulsões estabilizadas

por WPC obtidas com diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C) ... 88

(17)

Lista de Tabelas

diferentes velocidades de homogeneização em rotor-estator: 12.000 rpm (ES2.A), 16.000 rpm (ES2.B) e 20.000 rpm (ES2.C) ... 91

por WPC obtidas com diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: 250 bar (ES3.A), 350 bar (ES3.B) e 450 bar (ES3.C) ... 93

diferentes pressões de homogeneização em alta pressão: 250 bar(ES3.A), 350 bar (ES3.B) e 450 bar (ES3.C) ... 96

por WPC obtidas com diferentes passagens no homogeneizador de alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens (ES4.C) ... 98

diferentes passagens em homogeneizador de alta pressão: 3 passagens (ES4.A), 5 passagens (ES4.B) e 7 passagens (ES4.C) ... 101

Tabela 25 Densidade energética total utilizada em cada etapa do estudo para obtenção de

emulsões estabilizadas por WPC ... 102

Tabela 26 Valores dos parâmetros obtidos pelo ajuste dos dados experimentais ao modelo da

lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB) das emulsões estabilizadas por WPC e obtidas nos diferentes níveis energéticos ... 103

Tabela 27 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões estabilizadas

por WPC-pectina obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/ 3 passagens (ED5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem (ED5.D) ... 108

Tabela 28 Densidade de carga superficial das emulsões estabilizadas por WPC-pectina

obtidas em diferentes pressões e passagens em homogeneizador de alta pressão: 150 bar/ 3 passagens (ED5.A), 250 bar/ 3 passagens (ED5.B), 150 bar/1 passagem (ED5.C) e 250 bar/ 1 passagem (ED5.D) ... 111

lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB) das emulsões estabilizadas por WPC-pectina e obtidas nos diferentes níveis energéticos ... 112

Tabela 30 Densidade energética total utilizada em cada etapa do estudo para obtenção de

emulsões estabilizadas por WPC-pectina ... 115

Tabela 31 Diâmetro médio das gotas, span, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) de emulsões obtidas com

diferentes materiais de parede adicionais ... 119

Tabela 32 Densidade de carga superficial das emulsões obtidas com diferentes materiais de

parede adicionais... 122

lei da potência, Newtoniano e Herschel-Bulkley (HB) das emulsões obtidas com diferentes materiais de parede adicionais ... 123

Tabela 34 Conteúdo de umidade (%b.u.) e atividade de água (aw) das micropartículas

estabilizadas por WPC e WPC-pectina ... 126

(18)

Lista de Tabelas

Tabela 36 Eficiência de encapsulação das micropartículas estabilizadas por WPC e

WPC-pectina ... 129

Tabela 37 Tempo de indução obtido pelo método Rancimat para as micropartículas

(19)

Sumário SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ... 21 2 OBJETIVOS ... 23 2.1 Objetivo Geral ... 23 2.2 Objetivos específicos ... 23 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 25

3.1 Chia (Salvia Hispanica L.) ... 25

3.1.1 Óleo de chia ... 26

3.2 Emulsões ... 27

3.2.1 Emulsão multicamada ou camada por camada ... 28

3.3 Avaliação de densidade energética na obtenção de emulsões ... 32

3.3.1 Técnicas de homogeneização... 32

3.4 Microencapsulação por spray dryer ... 34

3.4.1 Agentes Encapsulantes ... 36

3.4.2 Oxidação ... 38

4 MATERIAL E MÉTODOS ... 39

4.1 Materiais ... 39

4.1.1 Óleo de chia - Ativo ... 39

4.1.2 Agentes estabilizantes e material de parede ... 39

4.2 Métodos... 39

4.2.1 Caracterização do óleo de Chia (Salvia hispânica L.) ... 39

4.2.2 Análise da densidade de carga superficial dos agentes estabilizantes e materiais de parede para definição de pH de trabalho das emulsões ... 41

4.2.3 Ensaios Preliminares ... 42

4.2.4 Obtenção das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite -pectina ... 43

4.2.5 Obtenção das emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite .... 46

4.2.6 Caracterização das emulsões formadas ... 47

4.2.7 Secagem por atomização ... 49

4.2.8 Eficiência de encapsulação ... 50

4.2.9 Caracterização das partículas obtidas no processo de secagem ... 51

4.2.10 Estabilidade oxidativa ... 52

(20)

xx

Sumário

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 54

5.1 Caracterizaçao do óleo de semente de chia (Salvia Hispânica L.)... 54

5.2 Densidade de Carga superficial ... 55

5.3 Ensaios preliminares ... 57

5.3.1 Caracterização das emulsões simples produzidas com diferentes concentrações de WPC ... 57

5.3.2 Caracterização das emulsões dupla camada produzidas com diferentes concentrações de pectina ... 73

5.4 Estudo da densidade energética ... 81

5.4.1 Avaliação da densidade energética na obtenção de emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite... 81

5.4.2 Avaliação da densidade energética na obtenção de emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite-pectina ... 106

5.5 Caracterização das emulsões para o processo de secagem ... 116

5.5.1 Estabilidade... 116

5.5.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de gota ... 118

5.5.3 Microscopia ótica ... 121

5.5.4 Densidade de carga superficial ... 121

5.5.5 Comportamento reológico ... 122

5.6 Processo de Secagem ... 126

5.6.1 Conteúdo de umidade e atividade de água ... 126

5.6.2 Distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas ... 127

5.6.3 Eficiência de encapsulação ... 129

5.6.4 Morfologia das partículas ... 129

5.6.5 Estabilidade oxidativa ... 135

6 CONCLUSÃO ... 138

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 140

(21)

Introdução e Justificativa

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

A semente de chia (Salvia hispânica L.) é conhecida devido ao seu elevado valor nutricional e seu consumo pode trazer benefícios à saúde. Corresponde a uma semente originária do sul do México, é composta basicamente de óleo, fibra e proteínas. O óleo da chia é rico em ácidos graxos poli-insaturados fonte de ômega 3, por isso vem sendo amplamente utilizado como enriquecedor em produtos de origem animal e de panificação (MARTÍNEZ-CRUZ e PAREDES-LÓPEZ, 2014). Nos últimos anos, o aumento da demanda por produtos alimentícios nutritivos e saudáveis tem feito com que a indústria alimentícia enfoque com muito mais atenção sua pesquisa e desenvolvimento em produtos desta natureza (ABERKANE, ROUDAUT e SAUREL, 2014).

O óleo de chia é constituído por aproximadamente 59,9 a 63,2% de ácido α-linolênico e 18,9 a 20,1% de ácido linoleico, ácidos graxos poli-insaturados (PUFAs) ômega 3 e 6. A principal razão da inserção de alimentos ricos em ω-3 PUFAs na dieta é devido ao corpo humano não possuir a enzima responsável pela produção deste composto (GUIOTTO et al., 2014; PORRAS-LOAIZA et al., 2014).

Em sua forma original, o óleo de chia é encontrado no estado líquido, o que limita sua aplicação em processos industriais. O elevado teor de ácidos graxos poli-insaturados presentes neste óleo faz com que ele apresente baixa estabilidade oxidativa quando em sua forma “in

natura”. O contato deste produto com oxigênio, luz, umidade e calor resulta no aumento do

processo oxidativo (RODEA-GONZÁLEZ et al., 2012). O processo de secagem em spray

drying é uma boa alternativa para conversão de líquidos em pós e inclusive pode ser utilizado

na microencapsulação destes líquidos. O processo de microencapsulação consiste no envolvimento de um material ativo, podendo ser liquido ou sólido, em um material de parede formando uma partícula, a qual oferece elevada proteção contra agentes externos (umidade, luz, calor e oxigênio) e possibilidade de liberação controlada do ativo (GHARSALLAOUI et

al., 2007).

A qualidade das partículas e a melhor proteção do ativo se devem aos agentes encapsulantes utilizados no processo. A seleção do material e possível combinação afetam tanto as propriedades da emulsão quanto as partículas secas (ABERKANE, ROUDAUT e SAUREL, 2014). As substâncias microencapsuladas obtidas podem ser mais facilmente

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Introdução e Justificativa

aplicadas em produtos alimentícios e são altamente estáveis quando comparadas com o produto em sua estrutura original.

Visando aumento da estabilidade oxidativa do óleo de chia e maiores possibilidades de aplicação do produto, o presente trabalho visa à produção de emulsões de óleo de chia estabilizadas com concentrado proteico de soro de leite e pectina e posterior microencapsulação em spray drying.

A formação de emulsões estabilizadas por multicamadas consiste na deposição eletrostática de polímeros de diferentes cargas. Neste processo ocorre a interação entre o complexo proteína-polissacarídeo, onde uma camada de emulsificante é recoberta por uma ou mais camadas de polieletrólito que o rodeiam, garantindo uma melhor proteção e estabilidade das gotículas formadoras da emulsão (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

Na literatura são encontrados trabalhos utilizando a técnica de microencapsulação em spray drying de emulsões formadas por multicamada (KLINKESORN et al., 2005; SERFERT, SCHRODER, MESCHER, LAACKMANN, SHAIKH, et al., 2013; CARVALHO, SILVA e HUBINGER, 2014). Entretanto, são poucos os trabalhos que relatam a obtenção de micropartículas a partir de sistemas emulsionados pelo principio de deposição eletrostática com a formação de camadas sobre a gota de óleo em comparação aos métodos convencionais de preparo de emulsões com a formação de única camada. Desta forma, verifica-se a importância de avaliar o processo de obtenção de emulsões estabilizadas com concentrado proteico de soro de leite e emulsões de óleo de chia estabilizadas com concentrado proteico de soro de leite/pectina. Além disso, avaliar a interação entre diferentes tipos de materiais de parede, no processo de obtenção das emulsões e formação de micropartículas em spray drying.

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Objetivos

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

O presente trabalho teve por objetivo estudar a formação de emulsões estabilizadas pelo principio de interação eletrostática entre o concentrado proteico de soro de leite e pectina e compará-las com emulsões estabilizadas somente por concentrado proteico de soro de leite, tendo como agente ativo o óleo de chia (Salvia hispânica L.). Além disso, avaliar o comportamento dessas emulsões após a secagem por spray drying com a formação de micropartículas. Como materiais de parede foram utilizados amido modificado Hi-Cap® 100 e maltodextrina 10DE na forma pura.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Avaliar a melhor concentração de agentes estabilizantes para produzir emulsões óleo em água, estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, sendo a fase oleosa composta de óleo de chia.

 Adicionar maltodextrina 10DE e amido modificado Hi-Cap®

100 nas emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina e somente por concentrado proteico de soro de leite a fim de agregar teor de sólidos para posterior processo de secagem em spray drying.

 Estudar vários níveis de densidade energética na produção de emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite – pectina e somente por concentrado proteico de soro de leite e definir as melhores condições para a obtenção destas emulsões.

 Avaliar as emulsões obtidas em cada etapa da variação da densidade energética em relação à estabilidade, distribuição de tamanho e diâmetro médio das gotas, microscopia ótica, densidade de carga superficial, comportamento reológico e tensiômetria.

 Comparar as emulsões estabilizadas por concentrado proteico de soro de leite e pectina, e somente por concentrado proteico de soro de leite.

 Produzir micropartículas através da secagem das emulsões em spray drying e caracterização em relação às propriedades físico-químicas e morfológicas, como umidade,

(24)

Objetivos

atividade de água, distribuição de tamanho e diâmetro médio das partículas e microestrutura.

 Estudar a influência da emulsão estabilizada por concentrado proteico de soro de leite- pectina e somente por concentrado proteico de soro de leite na eficiência do processo de encapsulação e na estabilidade oxidativa das micropartículas.

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Revisão Bibliográfica

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 CHIA (SALVIA HISPANICA L.)

Chia (Salvia hispânica L.) é uma planta herbácea anual, que floresce nos meses do verão, pertencente à Família Lameaceae, nativa do sul do México e norte da Guatemala. Muitas áreas de terra eram destinadas ao cultivo da semente de chia, que juntamente com o milho, feijão e amaranto, era um componente essencial na dieta de muitas civilizações pré-colombianas das Américas, incluindo as populações maias e astecas. Após sua descoberta, essa semente foi uma grande mercadoria, sendo utilizada como alimento e medicamento e começou a ser muito valorizada como fonte de óleo para uso medicinal (MARTÍNEZ-CRUZ e PAREDES-LÓPEZ, 2014).

Figura 1 Sementes de chia (Salvia Hispanica L.). Fonte: Thinkstock/Getty Images

A semente de chia é cultivada em solos arenosos, argilosos e áridos que possuem boa drenagem, devido a sua baixa produtividade em solos muito molhados. Segundo o Canal Agro Paraguai (CAP, 2013), o cultivo da chia é realizado em países como a Austrália, México, Guatemala, Argentina, Bolívia, Equador e recentemente no Paraguai, Brasil, Chile e Peru. Em 2012 a área cultivada no mundo foi aproximadamente 10.000 hectares, sendo a produção estimada em 5.000 toneladas, gerando uma produção média de 500 kg/ha.

As sementes de chia são caracterizadas pelo formato oval e tamanho pequeno quando comparadas com outros tipos de sementes; possuem cor que varia do marrom ao bege, sendo

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que algumas possuem algumas manchas pretas e outras também podem ser de coloração branca ou acinzentada (AYERZA, 1995; COATES e AYERZA, 1996). A chia possui uma quantidade significativa de óleo, aproximadamente 40% do peso total da semente, sendo que cerca de 60% deste óleo é composto de ácido α-linolênico (família ômega 3). Possui também alta quantidade de fibra dietética e proteínas, 30% e 19% do peso total, respectivamente, sendo ambos importantes na dieta humana. Além disso, essa semente contém antioxidantes naturais, vitaminas e minerais (OLIVOS-LUGO, VALDIVIA-LOPEZ e TECANTE, 2010).

Nos dias atuais, a semente de chia vem se popularizando devido às suas propriedades nutricionais, sendo muito utilizada na sua forma “in natura” ou na forma de óleo em dietas para perda de peso, embora ainda seja pouco aplicada pela indústria de alimentos. A semente de chia pode ser utilizada como suplemento nutricional na fabricação de barras de cereais, biscoitos e também como enriquecedor nutricional em vários alimentos (GOMÉZ, 2008).

Em 2009, a semente de chia foi aprovada pelo Parlamento Europeu e pelo Conselho Europeu como novo alimento, e não possui histórico de efeitos alergênicos ou adversos causados pelo seu consumo “in natura” ou trituradas (REGULAMENTO(CE), 2009).

3.1.1 Óleo de chia

A chia tem atraído o interesse de vários estudos em virtude, principalmente, de seu elevado conteúdo de óleo, rico em ácidos graxos poli-insaturados, pertencentes a família dos ácidos graxos poli-insaturados ômega-3 e 6(ω-3 e ω-6 PUFA) que desempenham papel fundamental na prevenção de doenças (COATES e AYERZA, 1996).

Ácidos graxos poli-insaturados ômega-3 (ω-3 PUFA) são um termo genérico referente a um conjunto de lipídios que possui uma insaturação, ou dupla ligação, com a primeira dupla ligação posicionada no terceiro carbono, ou seja, na posição ω-3 das cadeias hidrocarbonadas. Os ácidos graxos poli-insaturados ômega-6 (ω-6 PUFA) possuem uma insaturação, com a primeira dupla ligação posicionada no sexto carbono. Os ácidos graxos α-linolênico (ALA), docosahexaenóico (DHA) e eicosapentaenóico (EPA) são exemplos de ω-3 PUFA. Esses ácidos graxos ω-3 PUFA não são produzidos pelo organismo humano, devido à ausência de enzimas que possuem habilidade de inserir dupla ligação na posição ω-3, logo, é muito importante consumir na dieta alimentos ricos em ω-3 PUFA (OLIVEIRA, LUZIA e RONDÓ, 2012; KAUSHIK et al., 2014)

Porras-Loaiza, et al. (2014) em um estudo sobre a composição da semente de chia, observaram que ela possui ácidos graxos de alta qualidade, sendo formada de 59,9-63,2% de

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ácido α-linolênico e 18,9-20,1% de ácido linoleico. A alta concentração de ácidos graxos poli-insaturados proporciona a diminuição da estabilidade oxidativa e vida de prateleira do óleo de chia. Ixtaina, Nolasco e Tomás, (2012) verificaram que a estabilidade do óleo de chia puro é muito baixa e com a adição de antioxidantes, esta estabilidade aumenta consideravelmente.

Como o óleo de chia é rico em ácidos graxos poli-insaturados, apresenta instabilidade na presença de oxigênio, luz, umidade e calor que pode ser melhorada através de microencapsulação, sem a necessidade de adição de antioxidades sintéticos (RODEA-GONZÁLEZ et al., 2012).

3.2 EMULSÕES

As emulsões são formadas basicamente por dois líquidos imiscíveis, sendo a maioria das vezes óleo e água. Estes dois líquidos são misturados sob agitação constante, e essas duas fases tendem a formar gotículas dispersas de um dos líquidos no interior do outro (OLIVEIRA et al., 2004). São inúmeras as possibilidades de aplicações das emulsões, incluindo higiene pessoal, produtos e cuidados para a casa e produtos alimentícios (SADOVOY et al., 2013).

A formação das emulsões pode acontecer de duas maneiras, óleo-em-água (O/W), a qual consiste em gotículas de óleo dispersas em um meio aquoso, como cremes, bebidas e molhos, ou emulsões do tipo água-em-óleo (W/O), onde as gotículas de água estão dispersas em meio oleoso, como margarina e manteiga. O líquido que forma as gotículas é normalmente referido como a fase dispersa ou descontínua, enquanto que o líquido circundante é referido como a fase dispersão ou contínua (MCCLEMENTS, 2005).

Os diferentes tipos de emulsões podem ser obtidos em diferentes condições. A emulsão convencional, também conhecida como macroemulsão, possui gotículas com diâmetros médios entre 0,5 a 100 µm. Esse tipo de emulsão é termodinamicamente instável e tendem a ser turva ou opaca. A nanoemulsão pode ser considerada uma emulsão convencional que contém gotículas muito pequenas, isto é, diâmetros médios entre 10 e 100 nm, não possui turbidez e é considerada termodinamicamente instável devido às fases de óleo e de água separadas terem uma energia livre mais baixa do que as fases de óleo e de água emulsionadas, como ocorre nas emulsões convencionais (MASON et al., 2006). Uma microemulsão é um sistema termodinamicamente estável (ou seja, forma-se espontaneamente em determinado

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tempo), as gotículas formadas possuem diâmetros entre 100 e 1000nm e são geralmente translucidas (SOLANS et al., 2005; WINDHAB et al., 2005).

Convencionalmente, emulsões do tipo óleo em água são formadas por homogeneização das fases oleosa e aquosa na presença de um ou mais componentes emulsificantes e estabilizantes (MCCLEMENTS, 2007). Os agentes emulsificantes possuem propriedade de diminuir a tensão interfacial entre o óleo e a água. Os estabilizantes conferem estabilidade às emulsões por longo período de tempo, um exemplo são os polissacarídeos que modificam a viscosidade da fase contínua (DICKINSON, 2003; MCCLEMENTS, 2007).

Segundo McClements (2010) o estudo das emulsões proporciona uma fundamental compreensão da relação entre as propriedades das gotículas dentro de uma emulsão, como a concentração, dimensão, carga, estado físico e características das interações interfaciais, e suas propriedades físico-químicas, como estabilidade, propriedades ópticas, reologia, e distribuição molecular.

Recentemente, tem havido um crescente interesse na indústria de alimentos em melhorar ou ampliar o desempenho funcional de alimentos utilizando novas estruturas de emulsões. Segundo McClements (2010) são várias as emulsões que podem ser desenvolvidas e muito utilizadas pela indústria de alimentos e outros setores industriais, incluindo nanoemulsões, emulsões multicamadas, partículas lipídicas sólidas e partículas de hidrogel.

3.2.1 Emulsão multicamada ou camada por camada

As emulsões óleo/água formadas a partir de camadas simples possuem baixa estabilidade e podem estar mais susceptíveis à oxidação; logo, a formação de emulsões a partir do complexo proteína-polissacarídeo apresenta-se como uma interessante alternativa para obtenção de emulsões mais estáveis. Esse complexo consiste em uma camada de emulsificante envolvido por uma ou mais camadas de polieletrólito, garantindo assim uma melhor proteção e estabilidade das gotas de óleo encapsuladas. Essa técnica é conhecida como deposição eletrostática camada por camada ou emulsão multicamada (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

Sistemas emulsionados obtidos através da técnica de multicamada têm atraído grande interesse, devido a sua versatilidade em obter gotas com tamanho e composição variadas e estabilidade melhorada. Esses sistemas devem apresentar proteção para substâncias encapsuladas e mecanismos de liberação controlada. Além disso, a formação passo a passo desses sistemas emulsionados multicamadas, permite a introdução de múltiplas

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funcionalidades, proporcionando assim uma ampla aplicação devido à sua estrutura e função (JOHNSTON et al., 2006; ANTIPINA et al., 2014).

Os emulsificantes são responsáveis por adsorver na superfície das gotículas recém-formadas e reduzir a tensão interfacial, o que previne a ruptura e coalescência da gota. Além disso, ocorre a formação de uma camada protetora em torno das gotículas, responsável pela proteção de quaisquer agregações que podem ocorrer através de interações repulsivas. Os emulsificantes diferem em custo, disponibilidade, compatibilidade com outros ingredientes e facilidade de aplicação; devido a isso não existe um único emulsificante que pode ser aplicado em qualquer produto alimentar. São vários os fatores que devem ser observados no momento de escolha de um emulsificante, como as condições ambientais no processo de fabricação, armazenagem e utilização e também o tipo e concentração dos outros ingredientes que formam a emulsão (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

É importante o conhecimento dos princípios físico-químicos que regulam a formação e as propriedades dessas interfaces multicamadas, pois estabelecem as condições ideais e necessárias para a produção dessas emulsões com as propriedades desejáveis. Outro fator que é muito importante no processo de formação das emulsões multicamadas é controlar cuidadosamente a composição do sistema e as condições de preparação, a fim de que as gotículas multicamadas formadas sejam estáveis (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b).

O processo de obtenção de multicamadas inicia-se com uma emulsão de óleo em água com adição de um emulsificante iônico. Esta emulsão primária é então misturada com uma solução contendo moléculas de biopolímero de carga oposta, que serão adsorvidas nas superfícies das gotículas através da atração eletrostática formando uma segunda emulsão. A emulsão secundária é adicionada de outra solução de biopolímero, estando este com carga oposta ao anterior, e assim por diante. Desse modo as gotículas de óleo são revestidas de múltiplas camadas, como mostra a Figura 2. Com isso uma gotícula multicamadas é obtida, cuja espessura pode variar de poucos nanometros a vários micrometros, de acordo com os polieletrólitos envolvidos, número de ciclos de deposição e as condições do meio (MCCLEMENTS, 2010; ANTIPINA et al., 2014).

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Figura 2 Processo de formação de emulsões multicamadas (GUZEY e MCCLEMENTS,

2006a)

O processo de formação de sistemas emulsionados multicamadas apresenta um elevado custo operacional, devido à utilização de ingredientes extras, como as proteínas, e também devido ao processamento, aonde são utilizados processos de mistura, homogeneização, centrifugação entre outros. O elevado custo de produção é aceitável devido às características do produto obtido, sendo este pouco propício à oxidação e muito mais estável quando comparado com um produto obtido por camada simples. O seu alto custo também pode ser compensado no aumento do custo do produto final, devido à melhoria da funcionalidade ou aumento da vida de prateleira (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

Um dos principais fatores que podem dificultar o uso do processo de multicamadas é a tendência de agregação das partículas. Para que isto não ocorra é necessário controlar as condições de preparo e composição das emulsões. A quantidade de polieletrólito deve ser suficiente para saturar as superfícies das gotas, o processo de adsorção das gotículas deve ser rápido para não ocorrer colisões entre essas gotículas, e também a quantidade de polieletrólito não deve ser demasiada, para que não ocorra a floculação (MCCLEMENTS, 2010).

Na literatura são encontrados vários trabalhos aplicando a metodologia de sistemas emulsionados multicamadas com compostos ativos dispersos na fase oleosa. Diversos autores estudaram diferentes combinações de proteína-polissacarídeo e avaliaram as emulsões obtidas. Alguns autores estudaram a combinação de lecitina/quitosana (OGAWA, DECKER e MCCLEMENTS, 2003), concentrado proteico de soro de leite/pectina (MOREAU et al.,

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2003; MAO et al., 2014; SALMINEN e WEISS, 2014), β-lactoglobulina/pectina (GUZEY, KIM e MCCLEMENTS, 2004; GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b; KATSUDA et al., 2008; BENJAMIN et al., 2012), caseinato de sódio/k-carragena (PERRECHIL e CUNHA, 2013), caseinato de sódio/pectina (SURH, DECKER e MCCLEMENTS, 2006), alfa-lactoalbumina/conjugado de quitosana e caseinato de sódio/conjugados de quitosana (WEI e GAO, 2016) e lactoferrina/polissacarídeos solúveis de soja e lactoferrina/ pectina (ZHAO et

al., 2014). Estudos obtendo emulsões formadas por camada tripla também foram realizados,

como por exemplo, β-lactoglobulina/pectina/quitosana (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b), sulfato de sódio/quitosana/pectina (AOKI, DECKER e MCCLEMENTS, 2005), lecitina/quitosana/pectina (OGAWA, DECKER e MCCLEMENTS, 2004).

A microencapsulação de emulsões multicamadas em spray drying também tem sido estudada, pois converte dispersões liquidas em pós e resulta no aumento da estabilidade das micropartículas obtidas. Podem-se citar algumas combinações de agentes encapsulantes como: lecitina/quitosana (KLINKESORN et al., 2005; SHAW, MCCLEMENTS e DECKER, 2007; SERFERT, SCHRODER, MESCHER, LAACKMANN, SHAIKH, et al., 2013; CARVALHO, SILVA e HUBINGER, 2014; KWAMMAN e KLINKESORN, 2015), β-lactoglobulina/pectina (SERFERT, SCHRODER, MESCHER, LAACKMANN, RATZKE, et

al., 2013) e isolado proteico de ervilha/pectina (GHARSALLAOUI et al., 2010;

GHARSALLAOUI, ROUDAUT, et al., 2012).

Gharsallaoui, et al. (2012) estudaram emulsões estabilizadas por concentrado proteico de ervilha/pectina de alto grau de metoxilação e somente com concentrado proteico de ervilha e como ativo foi utilizado substâncias voláteis pertencentes ao aroma de morango (acetato de etila, butirato de acetato e etil hexanoato), os autores obtiveram como resultados uma maior retenção de compostos voláteis nas emulsão estabilizada por concentrado proteico de ervilha/ pectina, devido a maior eficiencia na estabilidade das emulsões e na proteção dos voláteis após o processo de secagem. Klinkesorn, et al. (2005) avaliaram a estabilidade oxidativa de partículas de óleo de atum secas em spray drying, obtidas a partir de emulsões estabilizadas por lecitina/quitosana, os autores observaram que essas partículas apresentaram alta estabilidade oxidativa quando comparadas com o óleo de atum em seu estado original.

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3.3 AVALIAÇÃO DE DENSIDADE ENERGÉTICA NA OBTENÇÃO DE EMULSÕES

O processo de obtenção de emulsões é realizado basicamente pela homogeneização de dois líquidos imiscíveis resultando numa mistura estável. São vários os métodos de homogeneização que podem ser utilizados neste processo como o rotor-estator, alta pressão e ultrassom, entre outros, sendo os citados os métodos mais utilizados.

O processo de homogeneização é realizado com o intuito de produzir emulsões com gotas muito pequenas para que estas apresentem uma maior estabilidade, este processo é realizado por métodos que envolvem alta energia como os citados anteriormente (JAFARI, SEID MAHDI et al., 2008).

3.3.1 Técnicas de homogeneização

O processo de obtenção de emulsões mais eficiente normalmente é realizado em duas partes; primeiramente é obtida uma emulsão grosseira a partir da fase oleosa e aquosa, chamada de homogeneização primária, utilizando rotor estator, onde a emulsão apresenta um elevado tamanho de gota. Após este processo é realizada a redução das gotas utilizando, por exemplo, sistemas de alta pressão ou ultrassom, processo chamado de homogeneização secundária (MCCLEMENTS, 2005; JAFARI, SEID MAHDI et al., 2008). Na Figura 3 está representado um esquema da obtenção de emulsoes através da utilização dos dois princípios de homogeneização: rotor-estator e alta pressão.

Figura 3 Representação esquemática da obtenção de emulsões utilizando dois métodos de

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3.3.1.1 Rotor Estator

A técnica de homogeneização realizada em rotor-estator consiste na alimentação de um líquido com fases separadas em um moinho coloidal, onde este líquido flui nos espaçamentos existentes entre um disco rotativo (rotor) e um disco estático (estator). O equipamento é constituído de um rotor de forma concêntrica alojado dentro do estator que possui algumas ranhuras onde, à medida que o rotor gira, ele gera uma pressão mais baixa para realizar a circulação do líquido de dentro para fora do conjunto gerando assim o processo de emulsificação do líquido (MAA e HSU, 1996). A representação esquemática do equipamento está na Figura 4.

Figura 4 Representação esquemática do homogeneizador rotor-estator. Fonte: Maa e Hsu

(1996)

Segundo Maa e Hsu (1996), o tamanho das gotas das emulsões é reduzido devido a duas forças principais que ocorrem no processo de homogeneização, uma delas é o choque mecânico que acontece contra parede, devido à alta aceleração do fluido e outra é o cisalhamento que ocorre entre o rotor e o estator.

A densidade energética gasta no processo de homogeneização em rotor-estator é definida na equação 1, onde a intensidade de homogeneização é definida pela potência e o tempo em que a emulsão permanece em cisalhamento no equipamento (KARBSTEIN e SCHUBERT, 1995).

𝐸_{𝑣,𝑅𝐸} =𝑃𝑥𝑇_𝑉 (1) Onde Ev,RE é a densidade energética em dispositivo rotor estator, P é a potência mecânica

do dispositivo (W), T é o tempo de homogeneização e V é o volume de liquido que foi submetido ao processo.

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3.3.1.2 Alta pressão

Emulsões com pequeno diâmetro médio de gotas normalmente são obtidas após submetidas ao processo de homogeneização em alta pressão, este método é utilizado em emulsões que já sofreram uma pré-homogeneização, ou seja, é uma homogeneização secundária que resulta na quebra das gotas já formadas (MCCLEMENTS, 2005)

O processo de homogeneização em equipamentos de alta pressão consiste na alimentação de uma emulsão pré-homogeneizada na entrada da válvula do homogeneizador; o equipamento, através de uma bomba, transfere a emulsão para dentro de uma câmara, passa por uma válvula muito estreita e devido à atuação de forças cisalhantes resulta na diminuição das gotas. O processo de homogeneização em alta pressão pode ser realizado em dois estágios, ou seja, existem equipamentos que possuem duas válvulas, onde a emulsão é forçada a passar por dois orifícios muito estreitos; a primeira válvula ou primeiro estágio é a que possui elevada pressão sendo esta a responsável pela maior quebra das gotas; já o segundo estagio, ou seja, a segunda válvula é a de menor pressão que possui a função de quebrar qualquer aglomerado que tenha sido formado durante a passagem no primeiro estágio (PHIPPS, 1985; STANG e SCHUBERT, 2001; MCCLEMENTS, 2005).

A densidade energética gasta no processo de homogeneização em alta pressão é equivalente à pressão de homogeneização aplicada ao produto na válvula de restrição. A equação utilizada para o calculo da densidade energética está apresentado na equação 2 (KARBSTEIN e SCHUBERT, 1995).

𝐸𝑣,𝐴𝑃 = 𝑝𝐻 (2) Onde, Ev,AP é a densidade energética em homogeneizador de alta pressão e pH é a

pressão de homogeneização utilizada no processo.

3.4 MICROENCAPSULAÇÃO POR SPRAY DRYER

A microencapsulação na indústria de alimentos surgiu há mais de 60 anos, com o objetivo de melhorar e ampliar a aplicação de diversos ingredientes (DESAI e PARK, 2005). A partir daí, muitos pesquisadores e muitas indústrias de alimentos vem estudando e aprimorando esta técnica para que se torne cada vez mais utilizada. Os principais objetivos da microencapsulação são: proteger o núcleo do processo de degradação devido ao contato com o ambiente externo, manter as características originais do material encapsulado, controle da

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liberação do núcleo, mascarar o sabor, aumentar a solubilidade do material e melhorar a condição de aplicação do produto microencapsulado (LAKKIS, 2007)

O processo de microencapsulação é definido como uma tecnologia de envolvimento de partículas em uma membrana, resultando na formação de cápsulas muito pequenas que liberam o seu conteúdo em condições específicas controladas. A membrana responsável pela formação da partícula é obtida através de um agente encapsulante, denominada de parede ou material de cobertura. O material encapsulado é denominado material de recheio ou núcleo, que pode ser sólido ou liquido. O tamanho das micropartículas formadas varia de 1 a 1000 µm, mas comumente são inferiores a 200 µm (DESAI e PARK, 2005).

As micropartículas obtidas no processo de microencapsulação podem se formar de três maneiras. Sistema tipo “reservatório”, onde o material de recheio fica coberto por uma parede inerte, chamado também de mononucleados ou microcápsulas. O segundo sistema são as chamadas “matriz”, onde o recheio fica disperso no material de parede, também conhecidas como microesferas. E por fim o sistema gerado pela combinação dos dois tipos anteriores, onde uma matriz multinucleada fica envolvida por um material de parede, também é chamado de “combinado” (Figura 5)(LAKKIS, 2007).

Figura 5 Três diferentes tipos de estrutura de microcápsulas. Fonte: Adaptado de LAKKIS

(2007)

As micropartículas podem ser obtidas por três métodos: métodos químicos, físico-químicos e métodos físicos. O processo de secagem por spray dryer é um método físico, que consiste na pulverização de um produto em finas gotas formando uma névoa. Desde o momento de sua formação, essa névoa entra em contato com uma corrente de ar quente (120 a 250 ºC) que atua como fluido aquecedor e transportador de umidade. O fluxo de ar quente que entra em contato com as gotículas pode ser concorrente ou contra-corrente, responsável também pelo arraste das partículas até o recipiente coletor. (BARBOSA-CÁNOVAS, MA e BARLETTA, 1997; JAFARI, S. M. et al., 2008).

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A técnica de secagem por spray dryer é frequentemente aplicada em processos nos quais se deseja aumentar a estabilidade de ingredientes alimentares. São várias as propriedades que podem ser modificadas no processo de microencapsulação, como a composição de ingredientes, mecanismo de liberação, tamanho das partículas, forma física final e custos. Essa variação das propriedades possibilita a obtenção de inúmeros produtos com características diferentes (DESAI e PARK, 2005; JAFARI, S. M. et al., 2008).

A qualidade do produto final obtido na secagem por spray dryer é dependente da natureza dos materiais de parede e condições de secagem. A seleção do material de parede afeta tanto as propriedades da emulsão quanto as características das micropartículas após o processo de secagem e no período de armazenamento. Devido a isso a avaliação dos diferentes materiais de paredes que podem ser utilizados no processo é de importância relevante (ABERKANE, ROUDAUT e SAUREL, 2014).

3.4.1 Agentes Encapsulantes

No processo de encapsulação são inúmeros os produtos que podem ser usados como agentes encapsulantes, porém esses compostos apresentam algumas limitações para ser aplicados em alimentos. Fatores como pH, aquecimento, desidratação e congelamento afetam a estabilidade desses agentes. Sendo assim, os agentes encapsulantes devem possuir propriedades emulsificantes, estabilizantes e não deve ser reativo com o material ativo, sendo assim pode ser utilizado em processos de encapsulação (AZEREDO, 2005).

Os agentes encapsulantes mais comumente utilizados pela indústria alimentícia são a goma arábica, maltodextrinas, amido modificado e suas possíveis misturas. Esses agentes são utilizados quando se deseja um material solúvel em água. Outros tipos de materiais também vêm sendo muito utilizados como os polissacarídeos (alginato, gomas, pectina) e proteínas (proteínas do soro de leite, proteína da soja, caseinato de sódio, quitosana). Devido às limitações de processo, diversos estudos estão sendo desenvolvidos para encontrar métodos alternativos para a melhoria das propriedades funcionais das partículas produzidas. Uma das alternativas que vem sendo muito estudada é a utilização de complexos proteína-polissacarídeo, que apresentam boa atividade de superfície e maior proteção contra fatores externos (DESAI e PARK, 2005; GUZEY e MCCLEMENTS, 2006a).

O concentrado proteico de soro de leite é obtido do soro de leite, um subproduto da indústria láctea. O soro de leite representa a porção aquosa obtida no processo de produção do queijo, ou seja, é a porção restante após a retirada da coalhada. O soro de leite bruto é

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composto basicamente de 94 a 95% de água, 3,8 a 4,2% de lactose, 0,8 a 1,0% proteínas e 0,7 a 0,8% de minerais (PAGNO et al., 2009).

As proteínas do soro de leite são normalmente obtidas por processos de concentração por membrana, onde são realizadas diversas etapas para assim obter o concentrado proteico de soro de leite. A concentração de proteínas no soro de leite é muito baixa, mas as suas propriedades funcionais de emulsificação, gelificação, espessamento, capacidade de ligação com água e elevado valor nutricional fazem dessa proteína um excelente produto para aplicação em produtos alimentícios (LIZARRAGA et al., 2006; PAGNO et al., 2009). O concentrado proteico de soro de leite possui caráter aniônico e catiônico dependendo da sua faixa de pH, o seu ponto isoelétrico se encontra na faixa de pH de 4,5 a 5,2, sendo que abaixo do pH 4,5 apresenta-se carregado positivamente (RODRIGUES et al., 2014).

Flores, Singh e Kong, (2014) estudaram a microencapsulação em spray dryer de extrato obtido do bagaço de mirtilo, utilizando proteína do soro do leite como agente encapsulante e obtiveram boa eficiência no processo de encapsulação e maior proteção dos compostos fenólicos e antioxidantes do mirtilo. Mao et al. (2014) avaliaram a liberação de compostos voláteis em emulsões estabilizadas por isolado proteico de soro de leite (WPI)/pectina e observaram uma menor liberação dos compostos voláteis quando comparado com partículas obtidas somente com isolado proteico de soro de leite.

A pectina é um polissacarídeo aniônico, encontrado em plantas. Comercialmente é encontrada com alto grau de metoxilação (> 50% dos grupos carboxílicos esterificados) e baixo grau de metoxilação (< 50% dos grupos carboxílicos esterificados); a metoxilação é realizada para melhorar o processo de gelificação da pectina quando aplicada em produtos alimentícios (BATISTA, 2004). A sua carga aniônica é responsável por sua alta estabilidade em vários pH (GUZEY e MCCLEMENTS, 2006b; RODRIGUES et al., 2014).

A maltodextrina é um polissacarídeo formado por cadeias de D-glicose, ligadas por ligações α-(1,4), as quais são produzidas pela hidrólise ácida ou enzimática do amido de milho (SHAHIDI e HAN, 1993). Quando comparada com a goma arábica, a maltodextrina apresenta baixa viscosidade e propriedade emulsificante, mas isso não influencia na sua aplicação. Por possuir sabor suave, baixo custo e alta concentração de sólidos é bastante aplicada em processos de microencapsulação (ROCHA et al., 2009).

A modificação de amidos é realizada devido ao interesse em sua aplicação. Amidos quimicamente modificados possuem propriedades físico-químicas alteradas em relação aos amidos naturais. Essas modificações normalmente envolvem oxidação, esterificação, eterificação, cloração, piroconversão e a introdução de ligações cruzadas. Com essas