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EMULSIFICAÇÃO E HOMOGENEIZADORES Aula 21. EMULSIFICAÇÃO EMULSIFICAÇÃO pode ser definido como a operação em que dois líquido imiscíveis são intimamente.

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1 EMULSIFICAÇÃO E HOMOGENEIZADORES Aula 21

2 EMULSIFICAÇÃO EMULSIFICAÇÃO pode ser definido como a operação em que dois líquido imiscíveis são intimamente misturados, onde um líquido seja ele disperso descontínuo e a fase interna se tornando em gotas ou glóbulos dispersos em outro líduido disperso contínuo ou a fase externa.

3 EMULSIFICAÇÃO

4 Na maioria das emulsões os dois líquidos envolvidos são água e óleo. Na fase aquosa podem estar as concentrações de sal, açucar ou outros materiais organicos (material hidrofílico) Na fase óleo hidrocarbonetos, resinas ou outras substâncias que se comportam como óleo (material hidrofóbico) EMULSIFICAÇÃO

5 Ha ainda uma terceira substância que é adicionada com o objetivo de estabilizar a emulsão é o chamados agente emulsificante. Quando o óleo e a água são misturados pode ocorrer dois tipos de emulsão. Quando o óleo fica disperso e se forma a Emulsão óleo em água (O/W) e se a fase aquosa for a dispersa será a Emulsão água em óleo(W/O). EMULSIFICAÇÃO

6 Tensão Interfacial A interface entre dois líquidos imiscíveis é um local de energia livre decorrentes de um desequilíbrio nas forças de coesão dos dois líquidos. Esta energia faz com que a interface se contraia para formar a menor área interfacial possível. Em uma emulsão a fase interna sempre tende a formar gotículas esféricas que representa a menor área interfacial de líquido por unidade de volume.EMULSIFICAÇÃO

7 EMULSIFICAÇÃO

8 Além disso essas gotículas tendem a coalescer para formar as maiores, mais uma vez reduzir a área interfacial. Em uma emulsão de óleo, este processo pode prosseguir até ficar completamente separadas. A formação de uma emulsão envolve a própria criação de uma série de novas áreas interfaciais contrária à tendência de contração decorrentes de tensão interfacial. Tensão InterfacialEMULSIFICAÇÃO

9 Quanto maior a tensão interfacial mais difícil a formação de uma emulsão e menos estável ela será. Para que se consiga um emulsão estável é necessário reduzir a tensão interfacial entre os líquidos utilizando os chamados agentes emulsificantes. Tensão InterfacialEMULSIFICAÇÃO

10 Agente Emulsificante A substância utilizada como agente emulsificantes são numerosos e variados e incluem: materiais que ocorrem naturalmente, tais como proteínas, fosfolipídios e esteróis: uma vasta gama de materiais sinteticos tais como ésteres de glicerol, propilenoglicol, ésteres de sorbitol, de ácidos graxos, éteres de celulose, carboximetilcelulose e muitos outros: sólidos finamente divididos, tais como bastonite e carvão.EMULSIFICAÇÃO

11 Agente Emulsificante A substância utilizada como agente emulsificantes são numerosos e variados e incluem: materiais que ocorrem naturalmente, tais como proteínas, fosfolipídios e esteróis: uma vasta gama de materiais sinteticos tais como ésteres de glicerol, propilenoglicol, ésteres de sorbitol, de ácidos graxos, éteres de celulose, carboximetilcelulose e muitos outros: sólidos finamente divididos, tais como bastonite e carvão.EMULSIFICAÇÃO

12 A maioria dos agentes emulsificantes são compostos de substâncias com moléculas contendo grupos polares e não-polares. Em uma emulsão tal agente é adsorvido na interface entre as fases e, assim, reduz a tensão interfacial. Agente EmulsificanteEMULSIFICAÇÃO

13 Ao serem adsorvidos o agente emulsificante orienta-se na interface para que os grupos não polares, os quais têm afinidade com o óleo, apontam para a fase de oleosa, enquanto os grupos polares irá se direcionar para a fase aquosa com que tem uma afinidade. Assim, uma película de agente emulsificante é formada na interface, e age como um filme interfacial que fornecem um revestimento sobre as gotículas da fase interna, impedindo a coalescência sob a influência da tensão interfacial. Agente EmulsificanteEMULSIFICAÇÃO

14 Um agente emulsificante pode ser selecionado para uma determinada aplicação, com base em seu balanço hidrofílico-lipofílico (HLB). HBL ( Hidrophile-lipophile balance) é definido como a razão entre o peso percentual dos grupos hidrofílicos sobre o peso percentual de grupos hidrofóbicos da molécula. Agente EmulsificanteEMULSIFICAÇÃO

15 Os valores HLB podem ser determinada experimentalmente. Os valores de HLB em agentes emulsificantes podem variar de Agentes com baixos valores de 3-6, promovem a formação de emulsões do tipo água em óleo (w/o), enquanto aqueles com altos valores, 8- 18, favorecem a formação de emulsão do tipo óleo em água (o/w). Agente EmulsificanteEMULSIFICAÇÃO

16 Para formar uma emulsão, o processo deve ser feito no sistema para superar a resistência para a criação de novas interfaces (decorrentes da tensão interfacial). Teoricamente, esta operação de emulsificação é equivalente ao produto da superfície recém- criada e da tensão interfacial. Além disso, a energia deve ser fornecida para manter os líquidos em movimento e para superar resistência friccional. Métodos de EmulsificaçãoEMULSIFICAÇÃO

17 Como principio geral, o processo é realizado submetendo os líquidos a agitação violenta. O tipo de agitação mais adequado para a emulsificação é aquele que submete uma grande gota da fase interna a corte. Por essa ação as gotas são deformadas e quebradas em pedaços menores, mais finamente dispersas enfim gotículas. Métodos de EmulsificaçãoEMULSIFICAÇÃO

18 Passos preparatórios 1.O agente emulsificante deve ser utlizado em função do tipo de emulsão requerido; 2. A relação fase volume (P/V) ( a porcentagem pelo volume da fase interna) afeta o tipo de emulsão formado. A fase em maior proporção tende a ser a fase externa 3.A temperatura de emulsificação deve ser especificada. A tensão interfacial e a viscosidade podem cair com o aumento da temperatura.EMULSIFICAÇÃO

19 Passos preparatórios Como regra geral é melhor que as duas fases seja preparadas separadamente. O Agente emulsificante em geral é adicionado a fase externa mas existem exceções. Alguns compostos se dispersam melhor na fase oleosa para minimizar dilatação e formação de caroços.EMULSIFICAÇÃO

20 Passos preparatórios Quando a pré agitação é praticada, a fase interna é geralmente gradualmente adicionada na fase externa, enquanto ela está sendo agitada.EMULSIFICAÇÃO

21 Equipamentos Agitadores Os tipos de agitadores utilizados para processos de emulsificação são as de Alta velocidade como as do tipo turbinas e hélices, particularmente utilizados para baixa viscosidade. São utilizadas para o pré mistura de ingredientes na produção de molhos de salada, creme para bolo, e podem ser o emulsificadores para maioneses e queijos processados entre outros.

22 O homogeneizador de alta pressão é um equipamento dotado de bomba de pistões de alta pressão com válvulas especiais denominadas válvulas homogeneizadoras. O produto entra na sede da válvula, cuja saída é fechada por um êmbolo e pelo aperto de uma mola ou pistão hidráulico. Homogeneizador de alta pressão

23 Equipamentos Pela pressão do produto, este êmbolo recua uma fração de milímetro e o produto sai por essa folga a uma velocidade extremamente elevada (até 300 m/s), colidindo contra um anel de impacto disposto em volta da válvula. Pela queda brusca de pressão e o impacto, as partículas de sólidos ou líquidos suspensas no produto se fracionam em partículas extremamente pequenas, na faixa de 0, 1 a 10 micras, de acordo as condições de operação. Homogeneizador de alta pressão

24 Equipamentos Homogeneizador de alta pressão

25 Equipamentos Homogeneizador de alta pressão ProdutoEstágio de Homog. PressãoMateeial Pistão/Dispositvo Comentários AMF ( anidrous Milk)1100Std Butter oil1100Std Cream < 20% Fat Std Cream > 20% Fat2<100 barStd Chocolate Milk Chr.pistSemi abrasive Egg2100Std Ice Cream mix Chr.pistStd or semi abrasive Juices nectars Chr.pist Milk Pasteurizad Std Soy Product Special Material Tomato Juice Special MaterialAbrasive

26 Equipamentos Homogeneizador de alta pressão – Tetra Pack

27 Equipamentos Homogeneizador de alta pressão – Tetra Pack

28 Equipamentos Homogeneizadores por Hydroshear O princípio do sistema câmara cilíndrica que tem uma porta de entrada tangencial no centro e dois bicos de formato cônico para de descarga no final da câmara. A alimentação é por um orifício estreito para obter um alta velocidade inicial. O líquidos é espalhado para cobrir toda a largura da parede da câmara, corre ao longo da parede e é forçada em direção ao centro da câmara girando em círculos cada vez menores e acelerando.

29 Equipamentos Homogeneizadores por Hydroshear O corte se desenvolve entre as camadas de liquido devido a diferença de velocidade. Uma área de pressão bem baixa é criada e no centro do cilindro que sofre uma grande cavitação e por uma alta frequência de vibração e ondas de choque. A alimentação é bombeada a pressões acima de 250 psi. Este tipo de homogeneizador produz dispersões de 2 a 8 µm.

30 Equipamentos Homogeneizadores por Hydroshear

31 Equipamentos Homogeneizadores Ultrasônicos Quando um líquido é exposto a alta energia de ondas ultrasonicas, cada pequena região alternadamente para a sofre tensão e compressão. Na metade negativa do ciclo, quando elas estão sobre teñsão elas expandem, na outra metade sobre compressão elas, contraem. As bolhas se colapsam violentamente na compressão se quebram.

32 Homogeneizadores Ultrasônicos O mais comum é o de agulhas transdutora onde uma haste com bordas em forma de agulha é posicionado em frente a um bico. O líquido é bombeado através do bocal e o jato colide daí o líquido emergentes na ponta da haste estará vibrando. A haste é normalmente fixada em um ou mais pontos nodais e ressoa na freqüência, transmitindo ondas de freqüência ultra-sônica para o líquido. Equipamentos

33 Homogeneizadores Ultrasônicos Equipamentos

34 Moinhos coloidais O principio dessa operação consiste na passagem de uma emulsão bruta entre uma superficie estacionária e uma supercie rotativa separadas por uma pequeno e ajustável espaço livre. Ao passar entre essas superficie o líquido é submetido a corte por turbulencia se dispersando na fase interna.

35 Equipamentos

36 APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA Fabricação de Manteiga Margarina Molhos para Salada Maionese Molhos em geral Bolo e produtos de panificação


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