[pt] Uma câmera de alta velocidade foi utilizada para visualizar o processo de quebra de gota em um misturador rotor - estator e através de um orifício em um duto em condições de escoamento turbulento. Dois casos especiais foram considerados: quebra de emulsões diluídas e quebra de gotículas de óleo individuais. Dois óleos minerais de viscosidade moderada foram dispersos em duas fases continuas diferentes, água da torneira e uma fase contínua formada por uma mistura de água do mar padrão e o surfactante aniônico STEOL CS-330 (Stepan Company). No caso de quebra no misturador rotor - estator, dois mecanismos foram identificados. Uma fragmentação inicial é causada pela combinação do vórtice (gerado pelo movimento circular do rotor) e a região de jato emergente dos furos do estator. O segundo mecanismo é uma quebra mecânica causada pelas altas taxas de cisalhamento que as gotas sofrem na abertura entre o rotor e o estator. No caso de quebra através do orifício, foi mostrado que a ruptura das gotículas ocorre somente a jusante da restrição, após percorrida certa distancia a partir da borda do orifício. Nesse comprimento de quebra, o gradiente radial de velocidade axial no escoamento é suficientemente grande para superar as tensões resistivas (exercidas pelas gotículas) e produzir a ruptura da gota. Esses resultados estão em concordância com as observações previas feitas por Galinat et al. (2005) para o caso de quebra de gota através de uma placa de orificio. No entanto, a partir das observações feitas neste trabalho, foi possível concluir que o comprimento do orifício não influencia os mecanismos de quebra. Também, a visualização permitiu analisar a influencia relativa da tensão interfacial e da viscosidade da fase dispersa para os dois casos considerados. Dados experimentais do tamanho de gota máximo estável foram obtidos para o caso de quebra de gota de emulsões de óleo em água diluídas nos dois casos estudados. A análise dos dados revelou que os tamanhos de gota máximos estáveis encontravam-se dentro da sub-faixa inercial, caracterizada exclusivamente pela taxa de dissipação de energia por unidade de massa, Épsilon. Um modelo mecanístico linear para a sub-faixa inercial, baseado na teoria de turbulência isotrópica de Kolmogorov, foi desenvolvido para ajudar na interpretação dos dados e suprir uma base para correlação. O modelo foi ajustado aos dados experimentais utilizando uma ferramenta de otimização não linear baseada no código GRG2 (Generalized Reduced Gradient), e sua precisão calculada a partir da raiz quadrada media das diferenças entre os dados experimentais e os previstos. Boas previsões foram obtidas para o rompimento no misturador, no entanto, este não foi o caso da quebra através do orifício. A baixa precisão relativa do modelo utilizado para correlacionar a quebra através do orifício reside na falta de consideração da escala de tempo requerida para a ruptura. Além disso, uma regressão linear baseada em um modelo Power Law mostrou que os efeitos interfaciais dominam o processo de quebra de gota na restrição. / [en] A high-speed camera has been used to visualize the drop breakup process at turbulent conditions in a rotor - stator mixer and through an orifice in a pipe. Two special cases were considered: the breakup of diluted emulsions and the breakup of single oil droplets. Two mineral oils of moderate viscosity were dispersed in two different continuous phases, tap water and a continuous phase formed by a mixture of substitute ocean water and the anionic surfactant STEOL CS-330 (Stepan Company). For the case of breakup in the rotor - stator mixer, two mechanisms were identified. An initial fragmentation is caused by the combination of the vortex (generated by the circular motion of the rotor) and the jet zone emerging from the stator holes. The second mechanism is a mechanical breakup caused by the high shear stresses that droplets suffer in the rotor - stator gap. In the case of breakup through an orifice in a pipe, it was shown that breakage only occurs downstream of the restriction and takes place at a certain distance from the edge of the orifice. At this breakup length, the radial velocity gradient in the flow is large enough to overcome the resistance stresses (exerted by the droplet) and produce the rupture of the droplet. These results were in agreement with previous observations made Galinat et al. (2005) for the case of drop breakup through an orifice plate. However, from the observations made in this work, it was possible to conclude that the orifice length does not influence the breakup mechanisms. In addition, visualization has allowed to analyze the relative influence of interfacial tension and dispersed phase viscosity for both cases. Experimental values for the maximum stable drop diameter were obtained for the breakup of diluted oil-in-water emulsions in both studied cases. Analysis of the data revealed that maximum stable drop sizes were in the inertial sub range, characterized exclusively by the energy dissipation rate per unit mass, Epsilon. A linear mechanistic model for the inertial sub-range, based in Kolmogorov s theory of isotropic turbulence, was developed to aid in data interpretation and to provide a basis for correlation. The model was adjusted to experimental data using a nonlinear optimization tool based in the generalized reduced gradient code (GRG2), and its precision was calculated from the root mean squared difference between experimental and predicted data. Good predictions were obtained for the breakup in the mixer; however, this was not the case for the breakup through the orifice. The relative low precision of the model used to correlate the breakup through the restriction lied in the lack of consideration of the time scale required for the breakup. In addition, a linear curve fitting based in a power law model, showed that interfacial effects drive the breakup process in the restriction.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-25. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:21Z : No. of bitstreams: 1 000826313_20170225.pdf: 71986 bytes, checksum: 96e6d9374dc4a953886b985676bba4e3 (MD5) Bitstreams deleted on 2017-03-03T11:01:33Z: 000826313_20170225.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2017-03-03T11:02:41Z : No. of bitstreams: 1 000826313.pdf: 1261991 bytes, checksum: a1d22f5a0dada3747dd683705fff0b8a (MD5) / Este trabalho apresenta um novo método que permite a síntese de óxidos mistos porosos derivados da hidrotalcita. A combinação das propriedades texturais dos óxidos mistos, suas características ácido-base intrínsecas e a estrutura de poros, pode ser de grande interesse para o desenvolvimento de catalisadores funcionais. O método baseia-se na transição sol-gel, utilizando-se tensoativos e gotículas de parafina como fase apolar como moldes. Foi realizado um estudo sistemático das condições de preparação dos óxidos mistos e estabelecidos alguns parâmetros determinantes na formação e estabilidade destes materiais, além de colocar em evidência as correlações entre a composição da emulsão, os tratamentos após a gelatinização e a estrutura porosa do material final. Construíram-se diagramas ternários, nos quais as proporções de tensoativo, etanol e parafina foram variadas afim de escolher uma região de formação de emulsão com maior estabilidade cinética. Na fração em mol de 0,2 a 0,5 de alumínio tem-se a formação de estruturas do tipo hidrotalcita, que apresentam características singulares em várias áreas de aplicações. Os resultados de porosimetria de mercúrio mostraram que a inserção de parafina no preparo do material permitiu formar uma estrutura porosa diferenciada, com o empilhamento aleatório das laminas que compõem o material ao redor das gotículas de parafina. Dependendo da quantidade e do tipo de parafina utilizada, os materiais que apresentam variações na distribuição da família de poros e na morfologia. A fração em mol de alumínio e magnésio foi variada e a estrutura hidrotalcita foi confirmada por difração de raios X, e partir desta pode-se calcular o parâmetros de redes para verificar a incorporação isomórfica dos átomos de alumínio na estrutura do óxido de magnésio. Medidas de fisissorção de nitrogênio demonstram uma... / We will present a new method that allows the synthesis of porous mixed oxides derived from hydrotalcite. The combination of textural properties of the mixed oxides, acid-base their intrinsic characteristics and pore structure, can be of great interest for the development of functional catalysts. The method is based on sol-gel transition, using surfactants and paraffin droplets as apolar phase as templates. We conducted a systematic study of the preparation conditions of mixed oxides and set some parameters determining the formation and stability of these materials, and to highlight the correlations between the composition of the emulsion, the treatments after gelation and the porous structure of the final material. Ternary diagrams were constructed in which the proportions of surfactant, ethanol and paraffin were varied in order to choose an emulsion-forming region with greater kinetic stability. In mole fraction 0.2 to 0.5 of aluminum is the formation of hydrotalcite-like structures, which have unique characteristics in various areas of applications. The results of mercury porosimetry showed that the inclusion of paraffin in the preparation of material allowed to form a distinct pore structure with the random stacking of the blades which compose the material around the paraffin droplets. Depending on the amount and type of wax used, materials which exhibit variations in the distribution of pores family and morphology. The mole fraction of aluminum and magnesium was varied and the hydrotalcite structure was confirmed by X-ray diffraction, and from this we can calculate the parameters networks isomorphic to verify incorporation of aluminum atoms in the structure of magnesium oxide. Nitrogen physisorption measurements show a transition of type H1 hysteresis (pore size slots) for the hydrotalcite formation region for H3 (cylindrical pores) and a specific surface area increased with increasing aluminum...

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4700435 bytes, checksum: bac9eb5b4507aab56d5ee90842c50c1a (MD5) Previous issue date: 2009-07-29 / Emulsions are colloidal systems where one liquid is dispersed in another liquid where the two liquids are immiscible. The control of these dispersions can bring important contributions to science and society since this kind of colloidal system has many and important applications in the food and pharmaceutic area and also in the material science. This work has the main purpose to develop and improve monodisperse emulsions production techniques using simple and low-cost devices. It is shown the production of simple emulsions using devices built from glass capillary tubes. Besides, the drops diameter dependence with the phases flow rate is verified. Solid particles were made from droplets of poly(styrene) dispersed in chloroform, followed by the evaporation of the chloroform, using these devices. Although the glass capillary tube devices show good results, we have made emulsions, for instance, of (80±1) μm with standard deviation of 1,3 μm (σ/dm = 1, 6%), they have limitations concerning the configuration of the tubes. Another kind of device built was made basically from microchannels produced in glass microscope slides using hydrofluoric acid to attack the slide surfaces. The slides were sealed using epoxy glue and the final result were channels with controlled values of depth and width. The dependence of the drops diameter with the continuous and disperse phases flow rate were made to test the devices quality. High quality emulsions were obtained with tipical values for diameter and standar deviation about 100 μm and 2%. Four different channel configurations were tested and the configuration where the channels were built as a cross (one channel carrying the disperse phase and two channels carrying the continuous phase) shown better results then the devices with only two channels (one channel carrying each phase). / Emulsões são sistemas coloidais onde um líquido é disperso em outro líquido imiscível. O controle dessa dispersão pode trazer importantes contribuições para a ciência e para a sociedade, já que este tipo de sistema coloidal apresenta variadas e importantes aplicações nas áreas alimentícia, farmacêutica e de materiais. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver e aperfeiçoar técnicas de produção de emulsões com baixa dispersão de tamanhos utilizando dispositivos simples e de baixo custo. Apresenta-se, assim, a técnica de produção de emulsões simples através da utilização de dispositivos construídos a partir de tubos capilares de vidro. Além disso, verifica-se a dependência do diâmetro das gotas das emulsões produzidas com a vazão da fase contínua e dispersa. Utilizando este dispositivo, produzem-se também partículas sólidas a partir da preparação de gotas de poliestireno dissolvido em clorofórmio e posterior evaporação do clorofórmio. Embora esse tipo de dispositivo apresente bons resultados, sendo possível produzir emulsões, por exemplo, com diâmetro médio das gotas igual a (80±1) μm e desvio padrão de 1,3 μm (σ/dm = 1, 6%), ele tem limitações quanto ao número de configurações dos fluxos possíveis de se trabalhar. Outro dispositivo produzido constitui-se basicamente de microcanais produzidos em lâminas de microscópio por ataque controlado de ácido fluorídrico. A vedação superior dos canais é feita utilizando cola epóxi (araldite) tendo-se, assim, canais de largura e profundidades controladas. Para testar a qualidade deste tipo de dispositivo, fez-se também a verificação do diâmetro das gotas de emulsão produzidas com a vazão da fase contínua ou dispersa, tendo sido possível a produção de emulsão com baixa dispersão de tamanhos, produzindo para dada condição, emulsões com diâmetro médio das gotas da ordem de (100±1) μm com desvio padrão típicos de 2%. Foram testadas quatro diferentes configurações de canais, onde as configurações em cruz (um canal contendo a fase dispersa e dois canais com a fase contínua) mostraram melhores resultados que configurações com apenas dois canais (um por fase).

Orientador: Leandro Martins / Banca: José Maria Corrêa Bueno / Banca: Daniela Zanchet / Resumo: Este trabalho apresenta um novo método que permite a síntese de óxidos mistos porosos derivados da hidrotalcita. A combinação das propriedades texturais dos óxidos mistos, suas características ácido-base intrínsecas e a estrutura de poros, pode ser de grande interesse para o desenvolvimento de catalisadores funcionais. O método baseia-se na transição sol-gel, utilizando-se tensoativos e gotículas de parafina como fase apolar como moldes. Foi realizado um estudo sistemático das condições de preparação dos óxidos mistos e estabelecidos alguns parâmetros determinantes na formação e estabilidade destes materiais, além de colocar em evidência as correlações entre a composição da emulsão, os tratamentos após a gelatinização e a estrutura porosa do material final. Construíram-se diagramas ternários, nos quais as proporções de tensoativo, etanol e parafina foram variadas afim de escolher uma região de formação de emulsão com maior estabilidade cinética. Na fração em mol de 0,2 a 0,5 de alumínio tem-se a formação de estruturas do tipo hidrotalcita, que apresentam características singulares em várias áreas de aplicações. Os resultados de porosimetria de mercúrio mostraram que a inserção de parafina no preparo do material permitiu formar uma estrutura porosa diferenciada, com o empilhamento aleatório das laminas que compõem o material ao redor das gotículas de parafina. Dependendo da quantidade e do tipo de parafina utilizada, os materiais que apresentam variações na distribuição da família de poros e na morfologia. A fração em mol de alumínio e magnésio foi variada e a estrutura hidrotalcita foi confirmada por difração de raios X, e partir desta pode-se calcular o parâmetros de redes para verificar a incorporação isomórfica dos átomos de alumínio na estrutura do óxido de magnésio. Medidas de fisissorção de nitrogênio demonstram uma... / Abstract: We will present a new method that allows the synthesis of porous mixed oxides derived from hydrotalcite. The combination of textural properties of the mixed oxides, acid-base their intrinsic characteristics and pore structure, can be of great interest for the development of functional catalysts. The method is based on sol-gel transition, using surfactants and paraffin droplets as apolar phase as templates. We conducted a systematic study of the preparation conditions of mixed oxides and set some parameters determining the formation and stability of these materials, and to highlight the correlations between the composition of the emulsion, the treatments after gelation and the porous structure of the final material. Ternary diagrams were constructed in which the proportions of surfactant, ethanol and paraffin were varied in order to choose an emulsion-forming region with greater kinetic stability. In mole fraction 0.2 to 0.5 of aluminum is the formation of hydrotalcite-like structures, which have unique characteristics in various areas of applications. The results of mercury porosimetry showed that the inclusion of paraffin in the preparation of material allowed to form a distinct pore structure with the random stacking of the blades which compose the material around the paraffin droplets. Depending on the amount and type of wax used, materials which exhibit variations in the distribution of pores family and morphology. The mole fraction of aluminum and magnesium was varied and the hydrotalcite structure was confirmed by X-ray diffraction, and from this we can calculate the parameters networks isomorphic to verify incorporation of aluminum atoms in the structure of magnesium oxide. Nitrogen physisorption measurements show a transition of type H1 hysteresis (pore size slots) for the hydrotalcite formation region for H3 (cylindrical pores) and a specific surface area increased with increasing aluminum... / Mestre

O processo estudado utilizou tubos cerâmicos porosos fabricados predominantemente com alumina e produzidos pela técnica da colagem de barbotina e sinterizados a temperaturas próximas a 1450 graus Celsius, para seleção de uma temperatura. O meio micro poroso foi caracterizado pela técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio, apresentando tamanho médio de poro de 0,5 'mü'm. Os tubos foram submetidos à impregnação com solução de citrato de zircônio (precursor) por capilaridade. Posteriormente, os tubos foram calcinados e tratados termicamente até 600 e 900 graus Celsius, com o objetivo de eliminar componentes orgânicos voláteis e transformar o precursor no óxido metálico. A impregnação foi realizada em diferentes proporções e os tubos microporosos foram testados na bancada de micro-filtração, onde foram variados parâmetros fluidodinâmicos do processo (Reynolds e pressão transmembrana) e analisada as propriedades físico-químicas do volume de permeado, através de medidas da concentração de carbono orgânico total (TOC), condutividade elétrica, pH e a caracterização da mistura (concentrado) através de microscopia óptica. O meio micro poroso impregnado foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), para analisar a morfologia do material impregnado e sua composição qualitativa. Os resultados do fluxo de permeado foram analisados e observou-se que os melhores resultados quanto ao fluxo transmembrana foram obtidos para o tubo impregnado a 900 graus Celsius. O tubo impregnado a 600 graus Celsius apresentou melhor desempenho relativo à desemulsificação, por apresentar menores valores de TOC. Em relação ao processo de transferência de massa, o tubo impregnado 900 graus Celsius obteve maiores valores de Sherwood, portanto a temperatura após impregnação influenciou no transporte de massa durante o processo de separação. A retenção da fase óleo analisada através de medidas de TOC foi de até 99%. / The studied process used porous ceramic tubes manufactured predominantly with alumina and produced by the technique of the collage with barbotina and sintered to close temperatures for 1450 Celsius degrees, for selection of a temperature. The microporous enviroment was characterized by mercury porosimetry, presenting medium size of pore of 0,5 'mü'm. The tubes were submitted to the impregnation with solution of citrate of zirconium (precursory) by capillarity. Later on, the tubes were burned and thermally treated up to 600 and 900 Celsius degrees, with the objective of to eliminate volatile organic components and to transform the precursory in the metallic oxide. The impregnation was accomplished in different proportions and the microporous tubes were tested in apparatus of microfiltration process, where were varied fluid dynamics parameters of the process (Reynolds and transmembrane pressure) and analyzed the physical-chemical properties of the volume of permeated, through measures of the concentration of total organic carbon (TOC), electric conductivity, pH and the characterization of the mixture (concentrated) through optical microscopy. The enviroment impregnated microporous was characterized by scanning eletronic microscopy (SEM), to analyze the morphology of the impregnated material and its qualitative composition. The results of the flow of having permeated were analyzed and it was observed that the best results with relationship to the transmembrane flux were obtained for the tube impregnated for 900 Celsius degrees. The tube impregnated for 600 Celsius degrees presented better relative acting to the demulsifying, for presenting smaller values of TOC. In relation to the process of mass transfer, the impregnated tube 900 Celsius degrees obtained larger values of Sherwood, therefore the temperature after impregnation influenced in the mass transport during the separation process. The retention of the phase oil analyzed through measures of TOC was of up to 99%.

A estimativa das taxas de coalescência em sistemas de fluxo multifásico é um factor chave para prever situações críticas , em que as fases começam a separar . Esta pode ser uma orientação para controlar a estabilidade da emulsão e para impedir a substituição desnecessária em processos em que são usados de óleo / água (O / A) dispersões . Estudos CFD apresentar alternativas atraentes para prever o aumento de tamanho de gota , devido a fenômenos de coalescência nos casos em que as emulsões fluem através de diferentes sistemas de circulação , e estão sujeitas a repentinas expansões e contrações . Neste estudo o comportamento de emulsões sob diferentes condições de fluxo foi investigada por acoplamento em equações de Navier Stokes com modelos de equilíbrio populacional e de gotículas de coalescência. Este estudo analisa os efeitos de coalescência em um sistema de O / A, quando as forças hidrodinâmicas promoverem eventos em que duas gotículas colidem para dar origem a novas gotículas. No estudo, o desempenho dos diferentes modelos de turbulência (K-, k-Q) é comparado a avaliar a sua influência sobre a interacção entre as fases. Diferentes algoritmos para acoplamento pressão-velocidade (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) são avaliados também, uma vez que podem afetar os tempos computacionais e de convergência. O efeito das condições de fluxo e as propriedades de cada fase da distribuição de tamanho das gotículas é estudado para o fluxo de emulsões O / A numa tubagem com súbita alargamento. Os resultados permitem avaliar o efeito de coalescência e modelo de eficiência na média de gotículas de diâmetro Sauter. O desempenho de cada modelo em relação ao tempo computacional e a convergência é também discutida. / The estimation of coalescence rates in multiphase flow systems is a key factor to predict critical situations, in which phases start to separate. This can be a guideline to control emulsion stability and to prevent unnecessary replacement in processes where oil/water (O/W) dispersions are used. CFD studies exhibit attractive alternatives to predict the increase of droplet size due to coalescence phenomena in cases where emulsions flow through different circulation systems, and are subject to sudden expansions and contractions. In this study the behavior of emulsions under different flow conditions was investigated by coupling Navier Stokes equations with population balance and droplet coalescence models. This study analyzes coalescence effects in an O/W system, when hydrodynamic forces promote events in which two droplets collide to give rise to new droplets. In the study, the performance of different turbulence models (k-, k-) is compared by evaluating their influence on the interaction between phases. Different algorithms for pressure-velocity coupling (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) are also evaluated, since they can affect computational times and convergence. The effect of flow conditions and properties of each phase on droplet size distribution is studied for the flow of O/W emulsions in a pipeline with sudden enlargement. The results enable to evaluate the effect of coalescence model and efficiency on the mean Sauter diameter of droplets. The performance of each model with respect to computational time and convergence is also discussed.

Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:26:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Perrechil_FabianadeAssis_M.pdf: 19952630 bytes, checksum: 207dab8eceafe0a14ef0feb6d0beb071 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Proteínas e polissacarídeos são amplamente utilizados em emulsões alimentícias como agentes emulsificantes e estabilizantes. Entretanto, a presença de ambos biopolímeros em solução aquosa pode resultar no processo de separação de fases, dependendo das condições de pH e força iônica empregadas. Esse estudo mostrou que é possível a produção de diferentes tipos de emulsões múltiplas através da mistura de emulsões óleo-água (O/A) com uma mistura de biopolímeros de fases separadas. Inicialmente, foram estudadas as propriedades de emulsões óleo água (O/A) estabilizadas por caseinato de sódio (Na-CN) sob diferentes condições de acidificação e aplicação de pressão, além das emulsões estabilizadas por Na-CN e goma jataí (LBG). A maioria das emulsões apresentou separação de fases devido ao mecanismo de cremeação, porém este processo de desestabilização foi reduzido quando existiu o aumento da viscosidade dos sistemas ou a diminuição do tamanho das gotas. A viscosidade das emulsões foi modificada pela adição de maiores concentrações de óleo e biopolímeros, e pela redução do pH em direção ao ponto isoelétrico da proteína. Já a redução do tamanho das gotas foi realizada através de aplicação de altas pressões. A homogeneização a altas pressões promoveu a formação de emulsões com tamanhos de gotas muito reduzidos (entre 0,39 e 1,50 mm), sendo possível a sua utilização para o preparo das emulsões múltiplas. Em uma segunda etapa do trabalho, um diagrama de fases foi construído para identificar a faixa de concentrações de Na-CN e LBG que resultariam em uma solução de fases separadas, bem como as condições de pH e força iônica necessárias para o processo de separação de fases. Assim, as soluções mistas Na-CN ¿ LBG formaram uma fase inferior rica em Na-CN (A1) e uma fase superior rica em LBG (A2), sendo possível a formação de emulsões água-água (A1/A2 ou A2/A1) através da mistura das fases superior e inferior em diferentes razões. A mistura de uma emulsão O/A estabilizada por Na-CN e homogeneizada a alta pressão, com soluções de fases separadas compostas pelas mesmas razões de fase superior e inferior utilizadas no preparo das emulsões A/A resultou na formação de emulsões múltiplas. Estas emulsões foram do tipo óleo-água-água (O/A1/A2) ou do tipo óleo-água/água-água (O/A1-A2/A1), dependendo da composição inicial de biopolímeros no sistema / Abstract: Proteins and polysaccharides are widely used in food emulsions as emulsifying and stabilizing agents. However, the mixture of both biopolymers in an aqueous solution can lead to a phase separation process, depending on the conditions of pH and ionic strength. This study showed that multiple emulsions can be prepared by mixing an oil-in-water (O/W) emulsion with a mixed biopolymer solution that separates into two phases. Initially, the oil-in-water emulsions (O/W) stabilized by sodium caseinate were studied at different conditions of acidification and high-pressure homogenization. Emulsions stabilized by Na-CN and LBG were also studied. Most of the emulsions showed phase separation due to the creaming mechanism, but this destabilization process was reduced with the increase of system viscosity and the decrease of oil droplet size. The emulsion viscosity was changed by addition of greater oil and biopolymer concentrations and by reduction of pH in direction to protein¿s isoelectric point, while reduction of droplet size was obtained by application of high pressure. The high-pressure homogenization promoted the formation of very small droplets (between 0.39 and 1.5 mm), which favored the production of multiple emulsions. In a second step of this work, a phase diagram was constructed to identify the range of sodium caseinate (Na-CN) and locust bean gum (LBG) concentrations where phase separation occurred and the conditions of pH and ionic strength that led to the incompatibility between them. Thus, in this conditions, the Na-CN ¿ LBG mixed solution formed a two-phase system consisting of a Na-CN ¿ enriched lower phase (W1) and a LBG ¿ enriched upper phase (W2). Water-in-water emulsions (W1/W2 or W2/W1) could be formed by blending incompatible upper and lower phases together at different ratios. Thus, multiple emulsions were prepared by mixing the O/W emulsions homogenized at high-pressure with the same incompatible solutions used to prepare the W/W emulsions. The produced multiple emulsions were the oil-in-water-in water (O/W1/W2) type or the mixed oil-in-water/water-in-water (O/W1 - W2/W1) type depending on the initial biopolymer composition of the system / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

A produção de filmes biodegradáveis à base de amido representa um desafio tecnológico, pois estas matrizes são altamente sensíveis à água. Neste sentido, as pesquisas estão sendo realizadas a fim de melhorar as caraterísticas de hidrofobicidade sem afetar a integridade estrutural das matrizes. Dentre os compostos comumente empregados para melhorar as características de filmes biodegradáveis, pode-se mencionar os óleos e ácidos graxos. O óleo de sementes de melancia apresenta alto potencial de aplicação em matrizes filmogênicas, pois além da possibilidade de melhorar as propriedades de barreira, apresenta compostos fitoquímicos com atividade antioxidante, que podem conferir um caráter ativo aos materiais produzidos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar filmes à base de amido modificado de mandioca e óleo de sementes de melancia. O óleo de sementes de melancia foi extraído por batelada com etanol pressurizado, sob diferentes temperaturas de extração (40, 60 e 80°C) e diferentes comprimentos de leito de extração (L1 = 4,2 cm, L2 = 9,8 cm e L3 = 15,8 cm). A cinética de extração foi matematicamente descrita utilizando-se o modelo de Peleg e os óleos caraterizados quanto à atividade antioxidante. Posteriormente foram testados quatro amidos modificados de mandioca (amido reticulado, AR; amido acetilado, AA; amido não modificado, ANM e amido duplamente modificado, AAR) com a finalidade de selecionar o que apresentasse melhores caraterísticas na produção de filmes quanto ao caráter hidrofóbico. Os filmes foram produzidos pela técnica de casting, utilizando - se concentrações fixas de amido e sorbitol (4 e 1,2 g/100g de solução filmogênica, respectivamente). O caráter hidrofóbico das matrizes foi avaliado pela determinação da solubilidade, grau de inchamento, permeabilidade ao vapor de água e ângulo de contato. Adicionalmente, foram produzidas emulsões através da técnica de Pickering, com diferentes concentrações de óleo e amido e caraterizadas quanto à estabilidade, tamanho de partículas e polidispersidade. A emulsão com maior estabilidade foi incorporada na formulação de filmes à base de AR em concentrações de 0 a 0,5 g de óleo na emulsão/100 g de solução filmogênica. Todos os filmes foram caracterizados quanto às propriedades mecânicas, microscopia, espectroscopia de infravermelho (FTIR), difração de raios X, cor, solubilidade, inchamento, permeabilidade ao vapor de água e ângulo de contato. Os resultados da extração de óleos mostraram rendimentos superiores sob temperaturas de 80°C e melhor atividade antioxidante a 60°C. O modelo de Peleg apresentou um bom ajuste, observando-se coeficientes de correlação altos (R2 > 0,90). A caraterização dos filmes produzidos com diferentes amidos modificados mostrou que o AR formou matrizes com maior ângulo de contato, menor grau de inchamento e maior resistência mecânica. As emulsões com maior de estabilidade foram produzidas com altas concentrações de óleo e amido (15 e 12 g/100 g de emulsão, respectivamente). Os filmes produzidos com incorporação de óleo na forma de emulsão Pickering apresentaram caráter mais hidrofóbico, sendo também alteradas as caraterísticas estruturais com o aumento da concentração de óleo. Os filmes produzidos com a incorporação de óleo em forma de emulsão apresentaram conteúdos de fenólicos totais de 0,19 a 5,68 mg equivalente de ácido gálico/100g de filmes. No entanto, os filmes não apresentaram atividade antioxidante frente ao radical DPPH•. / The production of biodegradable films based on starch represents a technological challenge because these matrices are highly sensitive to water. In this sense, the research is being carried out in order to improve the characteristics of hydrophobicity without affecting the structural integrity of the matrices. Among the compounds commonly used to improve the characteristics of biodegradable films, the oils and fatty acids can be highlighted. The oil of the watermelon seeds presents high potential of application in filmogenic matrices because in addition to the possibility of improving the barrier properties, it presents phytochemical compounds with antioxidant activity, which can impart an active characteristic to the produced materials. In this context, the objective of this work was to develop and characterize films based on modified cassava starch and watermelon oil. The watermelon oil was extracted in batches with pressurized ethanol under different extraction temperatures (40, 60, and 80°C) and different extraction bed lengths (L1 = 4.2 cm, L2 = 9.8 cm, and L3 = 15.8 cm). The kinetics of extraction were mathematically described using the Peleg model and the oils characterized for antioxidant activity. Four modified starches of cassava (reticulated starch, AR, acetylated starch, AA, unmodified starch, ANM, and doubly modified starch, AAR) were then tested in order to select the material with the best hydrophobic characteristics. The films were produced by the casting technique, using fixed concentrations of starch and sorbitol (4 and 1.2 g/100 g of film-forming solution, respectively). The hydrophobic characteristic of the matrices was evaluated by determining the solubility, degree of swelling, permeability to water vapor, and contact angle. In addition, emulsions were produced using the Pickering technique with different concentrations of oil and starch and then, characterized for stability, particle size, and polydispersity. The results of the extraction showed higher yields under temperatures of 80°C and better antioxidant activity at 60°C. The Peleg model presented a good fit, observing high correlation coefficients (R2> 0.90). The characterization of the films produced with different modified starches showed that AR formed matrices with higher contact angle, lower degree of swelling, and higher mechanical resistance. Emulsions with the highest degree of stability were produced with high concentrations of oil and starch (15 and 12 g/100 g of emulsion, respectively). The films produced with oil incorporation in the form of Pickering emulsion presented a more hydrophobic characteristic, and the structural characteristics were also altered with the increase of oil concentration. The films produced with the incorporation of oil in emulsion form presented total phenolic contents of 0.19 to 5.68 mg of gallic acid equivalent/100 g of films. However, the films did not present antioxidant activity against the DPPH• radical.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-06-29T15:07:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Ellison Neves de Lima.pdf: 2220112 bytes, checksum: c162c2bc01bd992deeae26d6a7891ccd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-29T15:07:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Ellison Neves de Lima.pdf: 2220112 bytes, checksum: c162c2bc01bd992deeae26d6a7891ccd (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / CNPq / O Papilomavírus humano (HPV) é um vírus causador de verrugas genitais. Estimase que até 80% das mulheres adquiram uma infecção pelo HPV durante sua vida, sendo os vírus tipo 6 e 11 responsáveis por 70% dos casos. A infecção persistente pelo HPV é considerada com a mais importante causa do câncer do colo de útero. O cidofovir é um análogo de nucleosídeo, ativo contra DNA vírus, que inibem a polimerase do DNA viral por seu difosfato metabólito. Estudos “off-label” demonstraram que a aplicação tópica do cidofovir inibiu ou preveniu o desenvolvimento de papilomas. Sabendo que não há padronização da concentração do cidofovir ou forma farmacêutica para aplicação tópica, este trabalho objetiva estudar o desenvolvimento de formas farmacêuticas emulsionadas e microemulsionadas contendo ou não promotores de permeação, realizar a caracterização físico-química destas formulações e realizar estudos de liberação utilizando membrana sintética e permeação cutânea através da pele de orelha de porco. Nas preparações desenvolvidas avaliou-se o pH, viscosidade, aspecto organoléptico, tamanho de gotículas e exclusivamente para as microemulsões: condutividade, índice de refração, potencial zeta e microscopia de luz polarizada. Para a quantificação das amostras nos estudos de liberação e permeação utilizou-se as técnicas de espectrofotometria por ultravioleta e cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por ultravioleta, respectivamente. Nos estudos de liberação e permeação observou perfis semelhantes entre as formulações, porém notou-se que as formulações microemulsionadas tiveram melhor retenção tanto no estrato córneo quanto na derme e epiderme. Constatou-se que a utilização dos promotores de permeação não incrementaram as quantidades permeadas e retidas do fármaco na pele. / The human papillomavirus (HPV) is a virus that causes genital warts. It is estimated that up to 80% of women acquire an HPV infection during their lifetime, virus type 6 and 11 are responsible for 70% of cases. Persistent infection with HPV is considered the most important cause of cancer of the cervix. Cidofovir is a nucleoside analogue, active against DNA viruses, which inhibit viral DNA polymerase by its diphosphate metabolite. Studies "off-label" demonstrated that topical application of cidofovir inhibited or prevented the development of papillomas. Knowing that there is no standardization of the concentration of cidofovir or pharmaceutical form for topical application, this paper aims to study the development of dosage forms and emulsified microemulsion with or without permeation enhancers, perform physical-chemical characterization of these formulations and release studies using membrane synthetic skin permeation through pig ear skin. In preparations developed evaluated the pH, viscosity, sensory aspect, droplet size and solely for microemulsions: conductivity, refractive index, zeta potential and polarized light microscopy. To quantify the samples studied release and permeation techniques was used for ultraviolet spectrophotometric and high performance liquid chromatography with ultraviolet detection, respectively. In studies of release and permeation observed similar profiles among formulations, however noted that microemulsion formulations were much better retention in the stratum corneum and in the epidermis and dermis. It was found that the use of permeation enhancers did not increase the amount of drug permeated and retained on the skin.

Orientador: Miriam Dupas Hubinger / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:32:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Frascareli_ElenCristina_M.pdf: 11158681 bytes, checksum: 2d08fd9f8f86b7855437032bc73f3268 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo o estudo da microencapsulação do óleo de café através de secagem por atomização. Inicialmente, foram avaliadas as variáveis de concentração de sólidos, concentração de óleo em relação aos sólidos e temperatura na secagem por spray dryer, através de um delineamento experimental composto central rotacional completo (23), usando goma arábica como material de parede, sobre as seguintes respostas: umidade, densidade aparente, higroscopicidade, óleo superficial, óleo total, retenção de óleo e eficiência de encapsulação. Nas condições otimizadas do planejamento (30% de sólidos, 15% de óleo em relação aos sólidos e 170º C) foi avaliado o efeito da homogeneização da emulsão a alta pressão (200, 600 e 1000 bar) nas características do pó, comparando-o com o pó obtido a partir de emulsão homogeneizada com o uso de um homogeneizador do tipo rotor-estator. A aplicação de alta pressão reduziu o tamanho das partículas da emulsão, aumentou a eficiência de encapsulação e reduziu o tamanho das partículas do pó, contudo reduziu a retenção de óleo. Ainda, nas mesmas condições selecionadas no planejamento, foram avaliados diferentes materiais de paredes combinados (proteína de soro de leite isolada e maltodextrina; goma arábica e maltodextrina) em diferentes razões (3:1, 1:1 e 1:3) ou puros (goma arábica e proteína de soro de leite). O emprego de materiais de parede diferentes resultou em alterações na viscosidade, no tamanho das gotas das emulsões, na higroscopicidade, densidade e molhabilidade. A mistura de proteína e maltodextrina resultou em alta eficiência de encapsulação e mostrouse como uma possível substituta para a goma arábica. Em seguida, avaliou-se a estabilidade das microcápsulas produzidas com diferentes materiais de parede (goma arábica, maltodextrina e proteína de soro de leite - nas razões 3:1, 1:1, 3:1- e proteína de soro de leite), através da construção de isotermas de sorção e determinação da temperatura de transição vítrea. As microcápsulas produzidas com proteína apresentaram baixa higroscopicidade e alta estabilidade mesmo em ambientes com alta umidade relativa. Foi ainda avaliada a estabilidade oxidativa do óleo de café puro e microencapsulado com diferentes materiais de parede às temperaturas de 25 e 60º C. Tanto o óleo de café puro quanto o microencapsulado apresentaram alta estabilidade oxidativa a 25º C. Já as amostras armazenadas a 60º C apresentaram maiores valores de índice de peróxidos, contudo observou-se uma melhora, ainda que pequena, na estabilidade oxidativa do óleo de café microencapsulado em relação à do óleo puro / Abstract: The objective of this work was studying coffee oil microencapsulation by means of spray drying. Initially, the solid concentration, oil concentration in relation to solids and drying temperature were evaluated by using a complete central rotational experimental design (23), using arabic gum as wall material, on the following responses: moisture content, bulk density, hygroscopicity, superficial oil, total oil, oil retention and encapsulation efficiency. Using the planning optimized conditions (30% of solids, 15% of oil in relation to solids, and 170º C) the effect of high-pressure homogenization (200, 600 and 1000 bar) on the powder characteristics was evaluated in comparison with the powder obtained from a homogenized emulsion with the use of a rotor-stator homogenizer. The use of high-pressure reduced the size of emulsion particles, increased encapsulation efficiency and reduced powder particle size; however, it also reduced oil retention. Applying the same conditions selected in the planning, different combined wall materials were evaluated (isolated whey protein and maltodextrin; arabic gum and maltodextrin) in different ratios (3:1, 1:1 and 1:3) or pure (arabic gum and isolated whey protein). The use of different wall materials resulted in changes on viscosity, emulsion particle size and powder's properties, such as hygroscopicity, density and wettability. The combination of protein and maltodextrin resulted in higher encapsulation efficiency and proved itself as a possible substitute for arabic gum. Further, the stability of microcapsules made of different wall materials (arabic gum, maltodextrin and whey protein - in rates 3:1, 1:1 and 1:3- and sole whey protein) was evaluated, by the construction of sorption isotherms and glass transition temperature determination. The microcapsules made of protein presented low hygroscopicity and stability, even in high relative humidity environments. Finally, the oxidative stability of pure and microencapsulated coffee oil with different wall materials was analyzed at 25 and 60º C. Both pure coffee oil and the microencapsulated one presented high oxidative stability at 25º C. The samples stored at 60º C presented high peroxide index values, even though a minor improvement in the oxidative stability was noticed for the microencapsulated coffee oil in comparison with the pure one / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos