EMULSIFICAÇÃO E
HOMOGENEIZADORES
Aula 21
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.
EMULSIFICAÇÃO
EMULSIFICAÇÃO
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
• 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
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
EMULSIFICAÇÃO
Tensão Interfacial
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.
EMULSIFICAÇÃO
Tensão Interfacial
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.
EMULSIFICAÇÃO
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
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
Agente Emulsificante
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.
EMULSIFICAÇÃO
Agente Emulsificante
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.
EMULSIFICAÇÃO
Agente Emulsificante
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.
EMULSIFICAÇÃO
Agente Emulsificante
Os valores HLB podem ser determinada
experimentalmente. Os valores de HLB em
agentes emulsificantes podem variar de 1-20.
Agentes com baixos valores de 3-6, promovem a
formação de emulsões do tipo água em óleo
(w/o), enquanto aqueles com altos valores, 818, favorecem a formação de emulsão do tipo
óleo em água (o/w) .
EMULSIFICAÇÃO
Métodos de Emulsificação
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 recémcriada e da tensão interfacial. Além disso, a
energia deve ser fornecida para manter os
líquidos em movimento e para superar
resistência friccional.
EMULSIFICAÇÃO
Métodos de Emulsificação
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.
EMULSIFICAÇÃO
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
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
Passos preparatórios
Quando a pré agitação é praticada, a fase
interna é geralmente gradualmente adicionada
na fase externa , enquanto ela está sendo
agitada.
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.
Homogeneizador de alta pressão
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.
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão
• 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.
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão
Produto
Estágio de
Homog.
Pressão
Mateeial
Pistão/Dispositvo
AMF ( anidrous Milk)
1
100
Std
Butter oil
1
100
Std
Cream < 20% Fat
2
160-200
Std
Cream > 20% Fat
2
<100 bar
Std
Chocolate Milk
2
200-250
Chr.pist
Egg
2
100
Std
Ice Cream mix
2
120-300
Chr.pist
Juices nectars
2
160-250
Chr.pist
Milk Pasteurizad
2
100-140
Std
Soy Product
2
150-315
Special Material
Tomato Juice
2
120-200
Special Material
Comentários
Semi abrasive
Std or semi
abrasive
Abrasive
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão – Tetra Pack
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão – Tetra Pack
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.
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.
Equipamentos
Homogeneizadores por Hydroshear
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.
Equipamentos
• 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
• Homogeneizadores Ultrasônicos
http://www.youtube.com/watch?v=FslcAiZMbMo
Equipamentos
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.
Equipamentos
http://www.youtube.com/watch?v=7OiLYJ0Wfb8&feature=related
APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA
ALIMENTÍCIA
•
•
•
•
•
•
Fabricação de Manteiga
Margarina
Molhos para Salada
Maionese
Molhos em geral
Bolo e produtos de panificação