Ce travail de thèse vise à développer un procédé de synthèse d'esters dans un réacteur enzymatique membranaire fonctionnant en milieu CO2 supercritique. Un tel procédé représente une alternative intéressante à la synthèse chimique classiquement utilisée en industrie car il permet, d'une part, d'utiliser le CO2 supercritique comme solvant et de substituer ainsi les solvants organiques généralement utilisés et, d'autre part, d'avoir un produit final doté d'un label naturel grâce à l'utilisation d'un catalyseur biologique. Dans cette étude, une membrane enzymatique de taille industrielle a été développée. Un pilote spécifique permettant la conduite de réactions enzymatiques en milieu supercritique a été conçu. Le procédé a été testé à l'aide d'une réaction modèle : la synthèse d'acétate d'anisyle à partir d'alcool et d'acétate de vinyle. L'influence de divers paramètres opératoires tels que la température, la pression, ou le débit sur les performances du procédé a été évaluée. Les performances du procédé ont été également comparées à celles d'un réacteur à lit fixe. / This study deals with the development of an enzymatic membrane reactor working in supercritical carbon dioxide for ester synthesis. This process is an alternative to the chemical synthesis classically used in industry because it allows, on the one hand, the use of supercritical carbon dioxide as a solvent instead of organic solvents and on the other hand it leads to natural label ester thanks to the use of a biological catalyst. In this work, an industrial size enzymatic membrane was developed. A special pilot plant was designed to achieve enzymatic reactions in supercritical carbon dioxide medium. The process was studied with a model reaction : the anisyl acetate synthesis from anisic alcohol and vinyl acetate. The impact of several operating conditions like temperature, pressure and flow rate on the process performances was studied. The enzymatic membrane developed in this study was active and showed an interesting conversion rate. The performances were compared to those obtained with a packed bed reactor.

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavalcanti_RodrigoNunes_D.pdf: 5256950 bytes, checksum: 08795bef1266bd8fc10cd8e88b7a19ca (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, o conhecimento científico sobre a utilização de produtos naturais com propriedades funcionais, a exigência do consumidor quanto à qualidade dos alimentos, bem como ações legislativas para redução do uso de corantes sintetizados quimicamente têm propiciado o aumento da utilização de corantes naturais. Dentre estes, as antocianinas constituem pigmentos aquosolúveis responsáveis pelas principais cores encontradas na natureza, podendo variar desde o laranja, vermelho, violeta até o azul. Antocianinas são moléculas polares derivadas do cátion flavilion (C6-C3-C6) constituindo um importante subgrupo dos flavonóides. As principais propriedades biológicas atribuídas às antocianinas são atividade: antiinflamatória, anticarcinogênica e antioxidante. Diversos métodos de extração têm sido utilizados na obtenção de antocianinas. A extração supercrítica apresenta vantagens consideráveis sobre os métodos convencionais: o solvente é facilmente removido do soluto; utiliza pouco ou nenhum solvente orgânico; possibilita uma rápida extração; e, por fim, opera a baixas temperaturas favorecendo a extração de produtos voláteis e termolábeis. Este trabalho visou estudar o processo de extração supercrítica de antocianinas otimizando as diversas etapas do processo através de ensaios experimentais, simulação e comparação com outro(s) método(s) de extração. Inicialmente fez-se a caracterização da matéria-prima a qual apresentou altos teores de proteínas, carboidratos e fibras. As extrações via extração com fluido supercrítico (SFE ¿ supercritical fluid extraction) e extração com líquido pressurizado (PLE ¿ pressurized liquid extraction) utilizaram etanol, isopropanol e água como co-solvente e solvente, respectivamente. A composição dos extratos foi avaliada por espectrofotometria apresentando altos teores de fenólicos, flavonóides, antocianinas e atividade antioxidante em relação aos dados da literatura. Os melhores rendimentos de compostos fenólicos, flavonóides e atividade antioxidante foram obtidos por SFE utilizando co-solventes alcoóis. Já com relação ao teor de antocianinas houve pouca diferença entre os métodos PLE e SFE os quais atingiram melhores resultados utilizando água e alcoóis como solvente e co-solventes, respectivamente. De acordo com os resultados de tempo de retorno e custo de manufatura ambos os métodos de extração foram economicamente viáveis para a produção de extrato bruto de subproduto de jabuticaba. Os menores custos foram obtidos nas condições que apresentaram maior rendimento de extração e nas células extratoras de maior capacidade volumétrica. O estudo dos parâmetros cinéticos indicam que os melhores resultados foram obtidos utilizando alta vazão de solvente para ambos os processos SFE e PLE / Abstract: Currently, scientific knowledge about the use of natural products with functional properties, the consumer demand for quality food, as well as legislative action to reduce the use of chemically synthesized colorants have prompted an increasing use of natural colorants. Among these, anthocyanin are water-soluble pigments responsible for main colors found in nature ranging from orange, through red and violet to blue. Anthocyanins are polar molecules derived from the flavilium cation (C6-C3-C6) constituting an important subgroup of flavonoids. The main biological properties of anthocyanins are activity: anti-inflammatory, anticarcinogenic and antioxidant. Several extraction methods have been used to obtain anthocyanins. Supercritical fluid extraction has considerable advantages over conventional methods: the solvent is easily removed from the solute; uses little or no organic solvent, enables a rapid extraction and, finally, operates at low temperatures favoring the extraction of volatile and thermolabile compounds. This work aims to study the process of supercritical extraction of anthocyanins optimizing the various steps of the process through experimental testing, simulation and comparison with other(s) extraction method(s). Initially it was made the characterization of raw material which showed high levels of protein, carbohydrates and fiber. The extractions were carried out via SFE and PLE using ethanol, isopropanol and water as co-solvent and solvent, respectively. The extracts composition was evaluated by spectrophotometry showing high levels of phenolics, flavonoids, anthocyanins and antioxidant activity (%AA) with respect to the literature data. The highest phenolics and flavonoids content and %AA were obtained by SFE using alcohols as co-solvent. On the other hand, anthocyanins content achieve the best results using water and alcohols as a solvent and co-solvents, respectively. According to payback time and cost of manufacturing results both extraction methods were economic feasible to the production of crude extract from jabuticaba byproduct. The higher the extraction yield and extraction vessel capacity the lower the cost of manufacturing. The study of the kinetic parameters shows the best results were achieved at higher solvent mass flow for both extraction methods / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Theo Guenter Kieckbusch / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T13:08:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paes_MarianaSchincariol_M.pdf: 5069814 bytes, checksum: a63adbbd40bd6a5a6b57af8796d19087 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Óleo essencial é uma mistura de componentes voláteis produzido por vegetais e tem as funções de proteção contra predadores e de atrair agentes polinizadores. É utilizado pelas indústrias de alimentos, de cosméticos e também pela farmacêutica. O rendimento e a composição do óleo essencial variam de acordo com inúmeros fatores, dentre eles as condições de acondicionamento da matéria-prima e de extração empregados. O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência do tratamento precedente à extração de óleo essencial de rizomas e de tubérculos moídos de Cyperus articulatus L., conhecido como priprioca, no rendimento e na composição do produto. Para isso foram empregados a secagem natural e os secadores do tipo leito fluidizado pulsado e estufa, operados em três diferentes níveis de temperatura (40, 50 e 60°C). O óleo essencial foi extraído com CO2 supercrítico de matéria-prima com três diferentes faixas de diâmetro (0,15-0,30; 0,42-0,575 e 0,70-0,85mm). Foi observado que não há diferenças estatísticas entre os rendimentos de óleos essenciais obtidos através do emprego de diferentes secadores operados sob a mesma condição de temperatura. Os resultados de rendimentos foram favorecidos quando usadas partículas com menores faixas de diâmetro em todas as condições de secagem empregadas. O uso de maiores temperaturas de secagem reduziu significativamente o rendimento somente quando utilizado o secador leito fluidizado pulsado. As análises cromatográficas dos óleos essenciais e também o uso de detector de massas permitiram identificar como principais componentes os sesquiterpenos mustakona e corimbolona. A presença dos monoterpenos foi favorecida quando utilizadas temperaturas amenas de secagem e, em algumas situações, o uso de partículas com maiores diâmetros também favoreceu a obtenção dos monoterpenos / Abstract: Essential oil is a mixture of volatile components produced by plants whose functions are protecting against predators and attracting pollinator agents. Essential oils are used by the food, cosmestic and farmaceutical industries. The yield and composition varies according to many factors, such as the raw-material storage conditions and the extraction process adopted. This work aimed to study the influence of the treatment of ground tubercles and rhizomes of Cyperus articulatus L., known as "priprioca", on the essential oil yield and composition. Therefore, the raw material was submitted to three different drying methods prior to the extraction process: a natural drying, a pulsed fluidized bed dryer and oven. The dryers were used in three different temperature levels (40, 50 and 60°C). The essential oil was extracted with supercritical CO2 from priprioca particulate in three different diameter ranges. The results demonstrated no difference between the essential oil yield obtained by different dryers at the same temperature condition. Whereas, the yield was improved by the usage of smaller particles in all drying conditions. Higher temperatures in the pulsed fluidized bed reduced significantly the essential oil yield. The sesquiterpenes mustakone and corymbolone were observed by gas chromatography analysis with mass detector as the two major components. The monoterpenes presence was improved when mild drying conditions were used and, in some cases, the usage of larger particulates also improved monoterpenes attainment / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:16:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MoysesNavesde_D.pdf: 11795880 bytes, checksum: 816fd6cdb3996f8cf9ea868d729c0050 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A busca por produtos naturais que apresentem elevado grau de pureza tem impulsionado pesquisas por processos de extração e, preferencialmente, que não agridam o meio ambiente. Assim, processos de extração com fluido supercrítico (SFE ¿ Supercritical Fluid Extraction) vêm ganhando espaço por propiciar extratos diferenciados. O resíduo obtido da SFE é a matriz sólida livre do extrato de interesse, sendo que esse resíduo pode ser utilizado como matéria-prima em outros processos. Atualmente há grande interesse também em processos que utilizem integralmente a matéria-prima, minimizando a produção de resíduo, e garantindo uma produção mais diversificada oriunda de uma mesma matéria-prima, mas não se pode desconsiderar o processo industrial, e para isso, é necessário desenvolver processos que possam ser integrados sem perder a continuidade da produção, mesmo que o processo, por definição, seja intitulado pseudocontínuo. Para a implementação da SFE em escala industrial uma opção é a operação pseudocontínua de extração com CO2 supercrítico (ScCO2), para que isso seja possível é necessário que a unidade de extração possua no mínimo n+1 extratores, tal que n seja um número inteiro positivo. Então, neste trabalho foi estudada a obtenção de dois tipos de extratos em operação pseudocontínua: (1) óleo volátil de cravo-da-índia, para a validação do processo de extração em modo pseudocontínuo e (2) extrato rico em tocotrienóis de sementes de urucum. Nos dois casos as matrizes vegetais após a SFE podem ser utilizadas para obtenção de outros produtos. No caso do urucum, as sementes desengorduradas possuem grande quantidade de bixina, a qual tem grande aceitabilidade no mercado devido ao seu poder corante, e por isso, utilizou-se esse resíduo como matéria-prima para a obtenção de bixina, promovendo, uma integração de processo. Ademais, o resíduo da extração da bixina e o material lignocelulósico obtido após a SFE do cravo-da-índia podem ser hidrolisados a alta pressão catalisada ou não por CO2 para produzir biopolímeros úteis para serem utilizados na fabricação de nanoestruturas porosas. Para que o processo pseudocontínuo pudesse ser desenvolvido foi necessário o conhecimento atual da área supercrítica, principalmente a nível regional (América Latina e Brasil), além da necessidade de entender as limitações que as diferentes técnicas de extração apresentam para as diferentes classes de compostos de interesse. Então o processo de extração pseudocontínuo foi avaliado, e se mostrou eficaz, permitindo aproveitamento do tempo, pois durante o período de carga e descarga de um leito extrativo o outro estava em período de extração. Deste modo, houve a manutenção de ao menos um extrator em período de extração, caracterizando-se assim a operação pseudocontínua. A extração pseudocontínua do óleo de cravo-da-índia apresentou uma taxa média 3,6 vezes maior que o processo em batelada. A manutenção da razão S/F e do tempo de extração iguais pode ser usada satisfatoriamente para mudança de escala para o cravo e o urucum, ao se utilizar extratores de relação Hb/Db distintas. Por fim, a composição química do óleo de cravo-da-índia foi distinta, sendo então aconselhado uma avaliação prévia dessa composição química antes de definir qual a relação Hb/Db será utilizada / Abstract: The demand for natural products with high purity is promoting studies focused on extraction processes that avoid environmental damages. Supercritical fluid extraction (SFE) processes are gaining emphasis because they afford the extraction of selective compounds when compared with conventional techniques. The residue from SFE is the solid matrix free of target compounds; this residue can be a raw material in other processes. Recently, the appeal for green technologies and the searching for integral use of raw materials are receiving attention. These green technologies minimize the residue generation and promote a diversified production of bioactive compounds from the same raw material. Regarding the industrial scale, integrated processes with continuous productive lines are needed, even that in some cases the processes are named pseudo continuous. Thus, the pseudo continuous extraction using supercritical CO2 (ScCO2) is an important issue for implementing SFE processes in industrial scales. To make it possible, the extraction equipment needs to contain at least n+1 extractors, where n should be a positive integer number. Based on these aspects, we performed in this study the pseudo continuous extraction of two classes of compounds: (1) volatile oil from clove buds for validating the process and (2) tocotrienol rich-extracts from annatto seeds. In both cases the material from SFE can be used to obtain other products. Defatted annatto seeds contain bixin, a coloring pigment that finds several applications. Then, we selected annatto to obtain bixin by using process integration. Furthermore, the residue from the extraction of bixin and the lignocellulosic fraction from the extraction of clove compounds can be hydrolyzed applying high pressure. The reaction can be catalyzed with CO2 to produce biopolymers useful for manufacturing porous nanostructures. To become the pseudo continuous process feasible, we evaluated the information available on the scientific community, especially in Latin America and Brazil. With this search, we could find some limitations about extracting different classes of compounds. Then, we performed the proposed operation, and it yielded good results with respect to optimizing the time. While one bed was in extraction step, the other was in charge/discharge step, characterizing the pseudo continuous extraction mode. In this case, at least one bed was maintained in extraction step along the time. The pseudo continuous extraction of clove oil presented an extraction rate 3.6-fold higher when compared with batch extraction. Besides, process scale up using the studied raw materials might be accomplished by maintaining the S/F ratio equal (for a fixed time) in different Hb/Db ratios. Finally, we observed significant difference (5 % of probability) in the chemical composition of clove oil obtained in both extractors. An evaluation of the oil composition is needed to define the suitable Hb/Db ratio for extraction processes / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Ce travail de thèse de doctorat a eu pour objectif d’étudier la cristallisation d’un principe actif pharmaceutique, le sulfathiazole, par procédé Supercritique Anti-Solvant. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l’influence des conditions opératoires sur les caractéristiques des cristaux générés en termes de taille, nature polymorphique et faciès. Lors d’une campagne expérimentale de cristallisation, nous avons fait varier la température (313 K et 328 K), la pression (10 et 20 MPa), le rapport molaire solvant/CO2 (2,5 à 15%) et la concentration massique de la solution organique (0,5 à 1,8%). La durée de l’étape de cristallisation a été aussi variée de 4, 5 et 8 h. Nous avons également étudié au préalable les équilibres de phases et mesuré les solubilités du principe actif dans la phase fluide afin de connaître l’état de sursaturation dans le milieu de cristallisation pour toutes les conditions étudiées. Les résultats ont montré que dans certaines conditions la forme polymorphique IV (la plus stable à pression ambiante) est obtenue pure alors que dans d’autres conditions elle est obtenue en mélange avec la forme instable I. Nous avons par ailleurs observé une variation des caractéristiques des cristaux en fonction de la durée de l’étape de cristallisation. Dans les conditions correspondant à de faibles sursaturations et à des phénomènes de transfert limités, la forme IV est initialement obtenue alors que la formation de la forme I est ensuite favorisée au cours du temps. Ces résultats démontrent clairement l’importance du contrôle de la durée de l’étape de cristallisation par le procédé SAS. / This Ph.D. work aimed to study the crystallization of an active pharmaceutical ingredient, sulfathiazole, by Supercritical Anti-Solvent process. We have particularly focused on the influence of the operating conditions on the characteristics of the formed crystals in terms of size, polymorphism concerns more than 80% of active pharmaceutical ingredients and the formation of an undesired polymorphic form can have dramatic consequences on the drug bioavailability or on its stability over time. During an experimental crystallization campaign, we varied the temperature (313 K and 328 K), the pressure (10 and 20 MPa), the solvent / CO2 molar ratio (2.5 to 15%) and the mass concentration of the organic solution (0.5 to 1.8%). The duration of the crystallization step was also varied to 4, 5 and 8 hours. We have also studied the phase equilibria before hand and measured the solubilities of the active principle in the fluid phase in order to evaluate the supersaturation level in the crystallization medium for all the studied conditions.The results showed that under certain conditions, the polymorphic form IV (the most stable at ambient pressure) is obtained pure whereas under other conditions, it is obtained in mixture with the unstable form I. We also observed a variation of the crystal characteristics depending on the duration of the crystallization step. For conditions corresponding to low supersaturations and limited transfer phenomena, form IV is initially obtained whereas the formation of form I is favored over time. These results clearly demonstrate the importance of controlling the duration of the SAS crystallization step.

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_SusanaPereirade_D.pdf: 19153904 bytes, checksum: e8d3e5239f2dbe5f9d61e1e553bad266 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A extração supercrítica consiste em uma operação unitária de separação na qual o solvente é um fluido no estado supercrítico, sendo que o dióxido de carbono (CO2) é o mais utilizado. Destaca-se por ser reconhecida como uma tecnologia limpa, alternativa aos métodos convencionais que em geral utilizam solventes orgânicos prejudiciais à saúde e ao meio-ambiente. O processo de extração supercrítica tem sido extensivamente estudado pela comunidade científica há mais de três décadas, o que resultou na construção de um sólido conhecimento sobre os principais fundamentos envolvidos neste processo, além da formação de uma ampla base de dados para descrever o comportamento de diferentes sistemas (CO2 + matriz sólida). É uma técnica de extração a alta pressão que começou a ser utilizada em escala comercial na década de 1980 e, desde então, o número de plantas em operação é crescente em algumas regiões como Europa, Ásia e Estados Unidos. Apesar disso, continua a ser considerada uma tecnologia emergente e inovadora, visto que os métodos convencionais ainda são predominantes em diversas aplicações industriais e, em muitos países (como é o caso do Brasil), a técnica ainda não é utilizada em escala comercial. A viabilidade técnica do processo de extração supercrítica já está consolidada e a tecnologia encontra-se disponível comercialmente. Além disso, pesquisadores da área afirmam que a técnica pode ser economicamente competitiva, dependendo da área de aplicação e do produto de interesse. Entretanto, a questão econômica ainda é considerada como o principal empecilho à disseminação desta técnica, pois os custos de investimento associados a uma planta de alta pressão são altos quando comparados à instalação de plantas que operam em baixas pressões. Diante deste cenário, considera-se importante a investigação de métodos de cálculo (modelagem e simulação) que possam ser aplicados no sentido de estimar parâmetros para design de processo e aumento de escala, os quais são requeridos em estudos de viabilidade econômica. No presente trabalho, dados disponíveis na literatura foram utilizados para estudar a modelagem matemática da transferência de massa no processo de extração supercrítica. Para tanto, dados cinéticos de matérias-primas diversas foram ajustados por meio da aplicação de diferentes modelos, tendo como foco avaliar a versatilidade e aplicabilidade dos mesmos em termos de design de processo. Os resultados demonstraram que o modelo spline e o modelo de Sovová foram eficientes na descrição quantitativa da curva de extração, além de apresentarem versatilidade para ajustar curvas com formatos diferenciados. O modelo spline apresentou os melhores ajustes e também menores erros na descrição da etapa CER (Constant Extraction Rate), a qual é a mais importante em termos de design de processo / Abstract: Supercritical fluid extraction (SFE) is a solid-fluid separation technique in which the solvent is a fluid in the supercritical state, and the supercritical carbon dioxide (CO2) is the most used one. It is recognized as a green technology and a versatile alternative to conventional extraction methods, which generally use organic solvents that are harmful to human health and environment. The SFE process has been extensively studied by scientific community for more than three decades. As a consequence, a solid knowledge about the fundamental concepts has been developed, and there is a huge amount of data to describe the behavior of different systems (CO2 + solid matrix). It is a high-pressure extraction method that has been carried out on a commercial scale since the 1980s. From that point on, a growing number of industrial plants have been operating in Europe, Asia, and USA. However, SFE can still be considered an emerging technology since the conventional methods remain the most used in various applications. Besides, this technique has yet not been applied on a commercial scale in several countries, such as Brazil. The technical feasibility of SFE process is consolidated and the industrial-scale technology is commercially available. Researchers in this field claim that costs of SFE may be commercially competitive, depending on application area and target products. Nonetheless, the economic aspects are still considered an obstacle in SFE technology dissemination. This happens especially because a high pressure process requires higher investment costs than a conventional low pressure plant. In this scenario, it is important to investigate calculation methods (modeling and simulation) that may be applied to estimate parameters for process design and scale-up, which are key points in studies of economic viability. In this work, the mathematical modeling of SFE mass transfer was investigated by using experimental data from literature. Then, different models were applied to fit the kinetic data of SFE from various raw materials. The main purpose was to evaluate the models by considering their versatility and applicability in terms of process design. The results showed that spline and Sovová¿s models have been very effective in describing the quantitative behavior of the extraction curves. Moreover, these models presented versatility in fitting different curve shapes. The spline model provided the best fits as well as the lowest residual errors in the CER (Constant Extraction Rate) period, which is the most important region for process design purposes / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Maria Angela de Almeida Meireles Petenate, Diego Tresinari dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-27T12:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_MariaTherezadeMoraesGomes_D.pdf: 4902896 bytes, checksum: aef7e5c464da3869257ebd47ad538611 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O presente trabalho de doutorado está dividido em dois temas principais, um sobre o uso da tecnologia supercrítica para a formação de partículas e outro sobre o uso do ultrassom para a formulação de emulsões. A revisão da literatura sobre o estado da arte do emprego do CO2 supercrítico para formação de micro e nanopartículas e encapsulação mostrou as potencialidades do uso desta tecnologia. A unidade usada para os experimentos de micronização via tecnologia supercrítica foi desenvolvida pelo grupo de pesquisa e validada utilizando uma substância modelo, o sal de ibuprofeno sódico. Esse fármaco foi selecionado devido às informações sobre o sistema CO2-Ibuprofeno encontradas na literatura. O efeito das condições operacionais (temperatura, pressão, vazão da solução, vazão do CO2, tipo de injetor e concentração de ibuprofeno sódico na solução etanólica) no rendimento de precipitação, teor de solvente residual, morfologia das partículas e consumo energético por unidade de produto processado foi investigado utilizando o método split-plot. Sal de ibuprofeno sódico foi micronizado com sucesso via Antissolvente Supercrítico (SAS) utilizando a unidade construída. A vazão de CO2 influenciou estatisticamente no rendimento de precipitação, enquanto que, não houve influência das condições operacionais no teor de solvente residual das partículas micronizadas. Com a apropriada seleção das condições operacionais, foi possível a obtenção de partículas de ibuprofeno sódico com morfologia de folha, sendo ideal para os processos de compressão do fármaco, com baixo teor de solvente residual e alto rendimento de precipitação. Neste trabalho também foi explorado o uso do ultrassom para a formulação de emulsões, contendo extrato rico em 'delta'-tocotrienol, com o intuito de aumentar o valor agregado deste extrato obtido das sementes de urucum por extração supercrítica com dióxido de carbono. As sementes de urucum já são valiosas pela característica de produzir pigmentos, a bixina e a norbixina. Contudo, essas sementes também vêm adquirindo notoriedade por conter outras substâncias de importância para a saúde do homem, como tocoferóis, tocotrienóis e geranil geraniol. Devido à importância desses compostos bioativos, que apresentam propriedades antioxidade, hidratante e fotoprotetora, este estudo visou o desenvolvimento de métodos para formação de emulsões permitindo a proteção desses compostos instáveis às condições adversas, aumentando assim o valor agregado dos extratos obtidos das sementes de urucum. Extrato de raiz de ginseng brasileiro, rico em saponinas, foi utilizado como biossurfactante. Adicionalmente, emulsões foram obtidas utilizando um homogeneizador tipo dispersor de fase múltipla na mesma densidade energética que foi aplicada no ultrassom. A influência do processo de emulsificação, densidade energética, concentração do biosurfactante, tipo de óleo e de biosurfactante no tamanho de gota e estabilidade da emulsão foi investigada. Os resultados indicaram que o extrato rico em saponinas pode ser uma boa opção para formulação de emulsões para aplicação em produtos alimentícios. Miniemulsões, com tamanho de gota variando entre 0,35 e 0,83 µm, foram obtidas, sendo que os menores tamanhos de gota foram observados empregando o extrato de raiz de ginseng e o ultrassom. O processo de emulsificação influenciou estatisticamente a estabilidade das emulsões / Abstract: The presented doctoral work is divided into two main themes under which one is about the use of supercritical technology for particle formation and the another one about the use of ultrasound for emulsion formulation. A literature review about the state of the art in using supercritical CO2 for micro and nanoparticles formation and encapsulation showed the potential of this technology. A homemade experimental apparatuses constructed by our research group and used for micro and nanoparticles formation has been validated using a model substance, the ibuprofen sodium salt. This drug was selected due to the literature information of the CO2-Ibuprofen system. The effect of operational conditions (temperature, pressure, CO2 flow rate, solution flow rate, injector and concentration of ibuprofen sodium in the ethanol solution) on the precipitation yield, energy consumption per unit of manufactured product, residual solvent content and particle morphology have been investigated using split-plot designs. Ibuprofen sodium salt was successfully micronized by Antisolvent Supercritical (SAS) using the constructed unit. The CO2 flow rate influenced the precipitation yield at statistically significant levels meanwhile none operating parameters did influence the residual solvent content in the micronized particles. Selecting appropriate process conditions, it has been shown to facilitate the production of homogeneous sheet-like microparticles of ibuprofen particles, the best for tableting purposes, with low residual solvent and high precipitation yield. In this work, the use of ultrasound has been also explored for fabricating microemulsion of 'delta'-tocotrienol-rich oil in order to add value to these extracts obtained from annatto seeds using supercritical extraction (SFE). The main pigments of annatto seeds are bixin and norbixin, wich are valuable natural colorants. However, these seeds have acquired notoriety by containing other important substances for human health, such as tocopherols, tocotrienols and geranylgeraniol. Due to the bioactive compounds importance, which have moisturizers, sunscreens and antioxidant properties, this study aimed to develop methods for emulsion formulation enabling the protection of these unstable compounds to adverse conditions, thus increasing the value of extracts from annatto seeds. Saponin-rich extract from Brazilian ginseng roots was used as biosurfactant. Additionally, emulsion was generated through mechanical stirring by dispax Reactor at the same energy density than ultrasound. The influence of the emulsification process, energy density, oil type, biosurfactant type and biosurfactant concentration on the size and stability of the resulting droplets was investigated. The results indicated that saponin-rich extract might be an attractive biosurfactant choice for emulsion formulations for use in food and beverage products. Mini-emulsions were obtained in this work; their droplet sizes ranged from 0.35 to 0.83 µm, saponin-rich extract and ultrasound gave the smallest droplet size. The emulsification process significantly affected the emulsion stability values / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Le développement de molécules chirales est devenu un enjeu majeur pour l’industrie pharmaceutique. Lors de la mise au point d’un nouveau principe actif, la chromatographie en phase supercritique (CPS) sur phases stationnaires énantiosélectives, est devenue une méthode incontournable pour l’analyse ou la purification d’énantiomères. Il n’en demeure pas moins que certains composés tels que les composés basiques restent délicats à analyser par cette technique et que l’ajout d’un additif basique dans la phase mobile est très souvent nécessaire. La quantité d’additif ajoutée dans la phase mobile est souvent choisie de manière arbitraire en se basant sur les spécifications des fournisseurs de phases stationnaires et sur les travaux publiés dans le domaine, sans se soucier de l’effet potentiel sur la résolution d’une modification de sa concentration. Ce travail de thèse a démontré l’importance de la concentration en additif dans la phase mobile lors de l’analyse de mélanges d’énantiomères par CPS, avec notamment des effets significatifs sur l’énantiosélectivité allant jusqu’à une inversion de leur ordre d’élution selon la concentration en additif. Dans un deuxième temps cette étude a consisté en une amélioration de notre compréhension des modes d’actions de l’additif, sur la phase stationnaire et sur la phase mobile permettant de poser des hypothèses sur les effets observés lors de la séparation d’énantiomères. La dernière partie est consacrée à la présentation de différents exemples, justifiant l’intérêt de moduler la concentration en additif lors de séparations d’énantiomères. / Nowadays, the development of chiral molecule is a strategic issue for the pharmaceutical industry. During the development of a new molecular entity, supercritical fluid chromatography using enantioselective stationary phases is essential for the analysis or the purification of racemates. Despite the advantages of SFC, the analysis of some compounds like basic compounds may still be a challenge. Their analysis most of the time, requires an additive in the mobile phase. In many cases additives concentration is chosen arbitrarily, based on the columns supplier guidelines and work already published, regardless of the impact of the additive concentration on the resolution. This work has shown the impact of the additives concentration for the analysis of enantiomers by SFC, in particular a significative impact on the enantioselectivity of chiral stationary phases, with for some of them a reversal elution order depending on the additive concentration. The second objective is to improve our knowledge on the mechanism of action of the additive both on the stationary phase and the mobile phase. The last part is dedicated to the presentation of a few examples highlighting the positive impact of the variation of the additives concentration for enantiomer separation.

Actuellement, les mousses de polymères thermoplastiques (ou plastiques expansés) sont utilisées dans de nombreuses applications de la vie courante. On peut les retrouver dans l’isolation, l’absorption de choc, l’emballage ou encore dans des applications spécifiques du secteur biomédical. Un des inconvénients majeurs est l’utilisation de matières synthétiques. Pour pallier cette problématique, l’utilisation de polymères biosourcés et biodégradables représente une alternative intéressante. L’objectif de ce travail est d’élaborer des mousses de PLA (poly-(acide lactique)), un polymère biosourcé, biodégradable et biocompatible. Pour réaliser ces matériaux poreux, la technique d’extrusion couplée à l’injection de CO2 supercritique est une solution performante. En effet, selon les conditions opératoires et la solubilité du CO2 dans le biopolymère utilisé, son injection dans le fourreau d’une extrudeuse va modifier les propriétés rhéologiques du polymère. Il va, de plus, jouer le rôle d’agent moussant lors de la dépressurisation que subit le polymère au cours de son passage dans la filière. L’avantage de cette technique par rapport aux techniques classiques est, qu’ici, l’agent physique moussant (le CO2) n’est pas toxique, est acceptable d’un point de vue environnemental et ne laisse aucun résidu dans le produit. Ce procédé a montré un grand potentiel pour la création de matériaux poreux avec différentes morphologies. Des mousses avec une porosité supérieure à 95 % ont pu être obtenues. À ces très hautes porosités, deux types de structure ont été observés en fonction de la température : une mousse fortement expansée radialement avec des cellules ouvertes de grande taille, ou une mousse fortement expansée longitudinalement présentant une faible teneur en cellules ouvertes de petite taille. Une étude paramétrique (T, P, % CO2), a été menée avec le PLA seul et en mélange à de l’amidon sous différentes formes. Ce dernier permet d’améliorer la biodégradabilité du PLA et de modifier son comportement durant le moussage. Afin de parvenir à une meilleure compréhension et donc une meilleure maîtrise du procédé, un modèle a été développé. Il s’appuie sur le couplage entre l’écoulement du mélange dans la filière avec les phénomènes de nucléation et croissance des bulles dans ce mélange. Il a été validé grâce à la comparaison avec les résultats expérimentaux préalablement obtenus. / Nowadays, foams of thermoplastic polymers (or expanded plastics) are used in many applications of day life. They can be found in insulation, shock absorption, packaging or biomedical specific applications. One of the major drawbacks lies in the use of synthetic materials. To overcome this problem, the use of biobased and biodegradable polymers represents an interesting alternative.The aim of this work is to elaborate foams with the biopolymer poly(lactic acid), PLA. To manufacture such a porous material, the process of extrusion assisted by supercritical CO2 is an efficient solution. Indeed, depending on operating conditions and CO2 solubility in the biopolymer, its injection in the barrel of an extruder modifies the rheological behaviour of the polymer. It also plays the role of an expansion agent during the depressurization undergone by the polymer while flowing through the die. The main advantages in comparison with traditional methods, are that, here, the physical blowing agent (CO2) is not toxic, environmentally friendly while leaving no residue in the final product. This process shows great potential for the creation of porous materials with different morphologies. Foams with porosity as high as 95 % have been produced. For such a high porosity, two structures have been observed: foams with a large radial expansion with only open cells of large size, or foams with a large longitudinal expansion with low content of open cell having small size. A parametric study (T, P, CO2 %) was conducted with PLA both pure and mixed with starch in various forms. The latter makes it possible to improve the biodegradability of the PLA and to modify its behaviour during the foaming. Modelling of the process could allow a better understanding. A model based on the coupling between the polymer flow in the die with the nucleation and growth phenomena, has been developed. It has been validated by comparison with the experimental results previously obtained.

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