Pré texto - Pós-graduação em Engenharia de Alimentos

Transcrição

Dedico este trabalho:
Á minha querida e amada esposa
Andréia que se manteve sempre presente
tanto nos bons quanto nos maus momentos,
me apoiando sempre que necessário,
adiando seus sonhos para a realização dos
meus e à minha pequena e adorada Ana
Clara, pequena em tamanho, mas infinita em
amor e alegria.
Aos meus pais Deodato e Terezinha
que não desistiram em momento algum de
incentivar a minha formação, por todo o
amor e carinho proporcionados e, que
mesmo distantes me apoiaram e me
ajudaram de todas as formas possíveis.
271
AGRADECIMENTOS
Percentual de encapsulamento
Aos meus orientadores Sandra Regina Salvador Ferreira e José
Vladimir de Oliveira que acreditaram em mim para a realização deste
trabalho e que sempre se colocaram a disposição para discussões e
esclarecimentos, não medindo esforços para que eu tivesse uma boa
formação. Além de professores, acima de tudo são amigos.
Aos professores Marcos Corazza e Fernanda Corazza por toda a
experiência repassada, discussões e sobre tudo pela grande amizade
cultivada ao longo dos anos.
Ao professor e grande amigo Cláudio Dariva por ter sido o
idealizador deste trabalho e por todos os ensinamentos a mim
repassados na época de IC e de mestrado.
Ao professor Adley Forti Rubira, da Universidade Estadual de
Maringá pela contribuição neste trabalho, mais uma vez abrindo as
portas do Departamento de Química da UEM para a realização das
análises de microscopia.
Em especial ao amigo Marcos Kunita também da UEM, que não
mediu esforços para a realização das análises de MEV e, acima de tudo,
por todos os ensinamentos a mim repassados nesta parte.
As alunas de iniciação científica Mirian e Alana por todo o
auxílio durante a etapa experimental do trabalho.
A Clarissa, Roberta e Ilisandra, pela amizade e companheirismo
durante a época de disciplinas em Florianópolis e por não deixar que eu
desistisse dos meus sonhos.
Aos demais colegas e amigos do Laboratório de Termodinâmica
da URI e do LATESC da UFSC que de alguma maneira me auxiliaram
neste trabalho.
Ao Programa de Pós Graduação em Engenharia de Alimentos da
Universidade Federal de Santa Catarina por aceitar a realização da parte
experimental do trabalho em outra instituição.
Ao Programa de Pós Graduação em Engenharia de Alimentos da
URI – Campus de Erechim, por ter aceitado que a parte experimental
deste trabalho fosse realizada em suas dependências.
A CAPES pelo auxilio financeiro na realização de parte deste
trabalho.
A todos que de alguma forma contribuíram para a realização
deste trabalho.
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0,0
0,5
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2,5
3,0
3,5
Tempo de ultrasom (min)
Figura C16 – Variação do percentual de encapsulamento de β-caroteno
em PHBV da condição experimental 15, em função do tempo de
ultrasom.
Tabela C8 – Valores dos parâmetros para cálculo do percentual e
eficiência de encapsulamento de β-caroteno em PHBV.
Exp
A1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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15
22,826
20,537
14,028
6,117
3,428
9,006
11,789
11,083
4,487
2,218
12,769
8,810
5,330
3,164
1,214
Modelo: PE% = A1*exp(A2*tempo)+A3
Tempo
A2
A3
R2
(min)
-2,968 -0,093
0,9972
0,3527
-3,823 -0,010
0,9996
0,2930
-7,057
0,181
0,9998
0,1859
-2,518
0,020
0,9968
0,4500
-5,855
0,142
0,9994
0,2173
-1,551
0,166
0,9998
0,6222
-3,093 -0,058
0,9990
0,3450
-4,995
0,356
0,9994
0,2174
-5,565
0,174
0,9976
0,2072
-4,142
0,121
0,9992
0,2625
-0,632 -0,178
0,9153
1,5790
-3,407
0,065
0,9996
0,3123
-2,073
0,127
0,9947
0,5340
-2,432
0,329
0,9971
0,5122
-2,389
0,019
0,9977
0,5230
PE
(%)
7,92
6,69
3,96
1,99
1,10
3,59
4,00
4,10
1,59
0,87
4,53
3,10
1,89
1,24
0,37
EE
(%)
27,6
29,0
24,1
22,0
22,9
17,1
23,9
34,7
25,8
28,1
27,1
23,8
20,9
25,0
16,7
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ultrasom.
4
“A mente que se abre a uma nova idéia jamais
voltará ao seu tamanho original.”
3
(Albert Einstein)
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ultrasom.
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Resumo da Tese apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina como
parte dos requisitos necessários para a obtenção do Grau de Doutor em
Engenharia de Alimentos.
Elton Franceschi
Abril/2009
Sandra Regina Salvador Ferreira
José Vladimir de Oliveira
O objetivo deste trabalho foi investigar a aplicação de dióxido de
carbono pressurizado como anti-solvente para a precipitação de βcaroteno e poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) puros e
para o encapsulamento de β-caroteno em PHBV. Primeiramente,
foram medidos dados experimentais de equilíbrio de fases do sistema binário CO2+acetato de etila, dos sistemas ternários envolvendo
β-caroteno, CO2 e os solventes orgânicos (etanol, diclorometano e
acetato de etila) e do sistema ternário envolvendo PHBV, diclorometano e CO2 na faixa de temperatura de 30 a 70°°C e pressões até 120
bar. A faixa de concentração investigada para os sistemas envolvendo o β-caroteno foi de 40 a 90% em massa e para o sistema envolvendo o polímero foi de 30 a 90% em massa. Foram observadas
transições de fases do tipo líquido-vapor com transições do tipo
bolha e do tipo orvalho para os sistemas ternários CO2+etanol+β
βcaroteno e CO2+acetato de etila+β
β-caroteno. Para os sistemas ternários
envolvendo
CO2+diclorometano+β
β-caroteno
e
CO2+diclorometano+PHBV foram observadas transições de fases
do tipo líquido-vapor e, do tipo sólido-líquido-vapor a partir de uma
determinada concentração de CO2. Foi observado que em todos os
sistemas ternários investigados a presença dos solutos praticamente
não alterou o comportamento de fases dos sistemas binários
CO2+solvente orgânico. Os dados experimentais dos sistemas ternários foram bem correlacionados com a equação de estado de PengRobinson, usando parâmetros de interação binária entre os sistemas
binários envolvendo CO2 e os solventes orgânicos. A partir dos resultados obtidos no estudo do equilíbrio de fases foi possível determinar as faixas de temperatura, pressão e concentração, bem como
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ultrasom.
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Orientadores:
12
PRECIPITAÇÃO E ENCAPSULAMENTO DE β-CAROTENO
EM PHBV EMPREGANDO TECNOLOGIA SUPERCRÍTICA
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ultrasom.
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ultrasom.
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ultrasom.
o solvente orgânico para a realização dos experimentos de precipitação e encapsulamento. Para os experimentos de precipitação dos
compostos puros e de encapsulamento, foi utilizado diclorometano
como solvente orgânico e dióxido de carbono como anti-solvente e
foram utilizadas duas câmaras de precipitação com dimensões diferentes. Quando a câmara de menor dimensão foi utilizada para a
precipitação dos compostos puros e para o encapsulamento, os seguintes parâmetros foram mantidos constantes: temperatura (40°°C)
e vazão de solução (1 mL.min-1) e, os seguintes parâmetros foram
investigados na precipitação do β-caroteno puro: pressão (80 a 120
bar), vazão de anti-solvente (20 a 40 mL.min-1) e concentração de βcaroteno na solução orgânica (4 e 8 mg.mL-1). Para a precipitação
do PHBV puro os parâmetros investigados foram os mesmos e nas
mesmas faixas, com exceção da concentração de PHBV na solução
orgânica que variou entre 20 e 40 mg.mL-1. Para os experimentos de
encapsulamento foi variada somente a concentração de PHBV na
solução orgânica entre 16 e 32 mg.mL-1 e a concentração de β caroteno foi mantida constante em 8 mg.mL-1. Quando a câmara
com as maiores dimensões foi utilizada na precipitação do βcaroteno, os parâmetros investigados foram: temperatura (20 a
40°°C), pressão (80 a 120 bar), concentração da solução (4 a 8
mg.mL-1), vazão de solução (1 a 4 mL.min-1) e vazão de anti-solvente
(20 a 40 mL.min-1). Quando PHBV foi precipitado com a câmara
maior, os parâmetros investigados foram: concentração da solução
(10 a 40 mg.mL-1), vazão de solução (1 a 4 mL.min-1) e vazão de
anti-solvente (20 a 40 mL.min-1). A temperatura foi mantida constante em 40°°C e a pressão em 80 bar. Para os experimentos de encapsulamento os parâmetros investigados foram concentração de βcaroteno (1 a 8 mg.mL-1) e concentração de PHBV (20 a 40 mg.mL1
) na solução orgânica. A temperatura foi mantida constante em
40°°C, pressão em 80 bar, vazão de solução em 1 mL.min-1 e vazão de
anti-solvente em 40 mL.min-1. Quando a câmara de menor dimensão foi utilizada para a precipitação dos compostos puros, dependendo das condições de operação, o tamanho médio de partícula
variou entre 3,8 e 246,8 µm para o β -caroteno e entre 278 e 570 nm
para o PHBV. Quando a câmara de maior dimensão foi utilizada o
tamanho médio de partícula do β-caroteno precipitado ficou entre
3,2 e 96,8 µm e, do PHBV, entre 0,87 e 27,79 µm. A morfologia do βcaroteno precipitado foi modificada de partículas tipo placa para
partículas tipo folhas, conforme verificado nas micrografias de mi-
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12
10
croscopia eletrônica de varredura (MEV). Para a precipitação do
PHBV puro, as micrografias de MEV mostraram que para todas as
condições experimentais a morfologia do polímero foi diferente daquela do material não processado. O polímero precipitado apresentou partículas quase esféricas na faixa sub-micrométrica com superfície lisa e, partículas esféricas na faixa micrométrica com superfície
irregular e porosa, enquanto que o material não processado era
composto basicamente de filmes. Os resultados dos experimentos de
encapsulamento mostraram que quando a câmara com menor dimensão foi utilizada, o maior percentual de encapsulamento obtido
foi de 20,1% com eficiência de encapsulamento de 80% na condição
que apresentava um percentual em massa de β-caroteno na solução
de 25,1%. Quando a câmara com maior dimensão foi utilizada nos
experimentos de encapsulamento, a condição que apresentou o maior percentual de encapsulamento (7,92%) foi com 28,7% em massa
de β -caroteno.
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266
Abstract of Thesis presented to Food Engineering Program of the Federal University of Santa Catarina as a partial fulfillment of the necessary
requirements for the degree of Doctor in Food Engineering.
4
3
PRECIPITATION AND ENCAPSULATION OF β -CAROTENE
IN PHBV EMPLOYING SUPERCRITICAL TECHNOLOGY
2
Elton Franceschi
April/2009
Advisors:
1
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0,0
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ultrasom.
Sandra Regina Salvador Ferreira
José Vladimir de Oliveira
The objective of this work was to investigate the application of
pressurized carbon dioxide as anti-solvent for precipitation of pure
β-carotene and poly(hydroxybutirate-co-hydroxyvalerate) (PHBV)
and for encapsulation of β-carotene in PHBV. Firstly, phase
equilibria experimental data were measured for the binary system
CO2+ethyl acetate, for ternary systems involving β-carotene, CO2
and the organic solvents (ethanol, ethyl acetate and
dichloromethane) and, for the ternary system involving PHBV,
dichloromethane and CO2 in the temperature range of 30 to 70°°C
and pressures up to 120 bar. The CO2 concentration range
investigated for the systems involving β-carotene was 40 to 90 wt%
and, for the system involving the polymer the range was 30 to 90
wt%. Vapor-liquid phase transitions were observed, with bubble
and dew point, for the ternary systems CO2+ethanol+β
β-carotene
and CO2+ethyl acetate+β
β-carotene. For the ternary systems
β-carotene
and
involving
CO2+dichloromethane+β
CO2+dichloromethane+PHBV solid-vapor-liquid phase transitions
were observed starting from a determined CO2 concentration. It
was also observed that in all ternary systems investigated the
presence of the solutes do not alter the phase behavior of the binary
systems CO2+organic solvents. The experimental data of the ternary
systems were well correlated with the Peng-Robinson equation of
state, using binary interaction parameters between CO2 and organic
solvents. From the obtained results of phase behavior it was possible
to determine the temperature, pressure and solute concentration
ranges, as well as, the organic solvent for the precipitation and
encapsulation experiments. For the precipitation of pure
compounds and encapsulation, dichloromethane was used as
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ultrasom.
7
6
organic solvent and carbon dioxide as anti-solvent and it was
employed two precipitation chambers with different dimensions.
When the chamber with the lower dimension was used for the pure
compounds precipitation and for the encapsulation, the following
parameters were maintained constant: temperature (40°°C), solution
flow rate (1 mL.min-1) and, the following parameters were
investigated in the pure β-carotene precipitation: pressure (80 to
120 bar), anti-solvent flow rate (20 to 40 mL.min-1) and
concentration of β-carotene in the organic solution (4 to 8 mg.mL-1).
For the precipitation of pure PHBV the parameters investigated
were the same and in the same range, with exception of the PHBV
concentration in the organic solution that varied from 20 to 40
mg.mL-1. For the encapsulation experiments it was changed only the
PHBV concentration in the organic solution between 16 e 32
mg.mL-1 and the β-carotene concentration was maintained constant
at 8 mg.mL-1. When the chamber with the higher dimension was
used in the β-carotene precipitation, the parameters investigated
were: temperature (20 to 40°°C), pressure (80 to 120 bar), solution
concentration (4 to 8 mg.mL-1), solution flow rate (1 to 4 mL.min-1)
and anti-solvent flow rate (20 to 40 mL.min-1). When PHBV was
precipitated with the higher chamber, the parameters investigated
were: solution concentration (10 to 40 mg.mL-1), solution flow rate
(1 to 4 mL.min-1) and anti-solvent flow rate (20 a 40 mL.min-1).
Temperature was maintained constant at 40°°C and pressure at 80
bar. For the encapsulation experiments the parameters investigated
were β-carotene concentration (1 to 8 mg.mL-1) and PHBV
concentration (20 to 40 mg.mL-1) in the organic solution.
Temperature was maintained constant at 40°°C, pressure at 80 bar,
solution flow rate at 1 mL.min-1 and anti-solvent flow rate at 40
mL.min-1. When the chamber with lower dimension was used for
the pure compounds precipitation, depending on the operation
conditions, the mean particle size for β-carotene was varied from 3.8
to 246.8 µm and for PHBV between 278 and 570 nm. When the
chamber with higher dimension was used, the mean particle size for
precipitated β-carotene was between 3.2 and 96.8 µm and, from
PHBV between 0.87 and 27.79 µm. The morphology of precipitated
β-carotene was modified from plate-like to leaf-like particles, as
verified by micrographs of scanning electronic microscopy (SEM).
For the pure PHBV precipitation, the SEM micrographs showed
that for all experimental conditions the morphology of polymer was
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264
different from the unprocessed material. The precipitated polymer
presented almost spherical particles in the sub-micrometric range
with smooth surface and, spherical particles in the micrometric
range with irregular and porous surface, while the unprocessed
material was composed basically by films. The encapsulation results
showed that when the chamber with the lower dimension was used,
the highest percentual of encapsulation obtained was 20.1% with
encapsulation efficiency of 80% with the condition that have
25.1wt% of β -carotene. When the chamber whit the higher
dimension was used in the encapsulation experiments, the condition
that presented the highest percentual of encapsulation (7.92%) was
that with 28.7 wt% of β-carotene.
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ultrasom.
1,3 ± 0,07
0,03 ± 0,002
0,00185 ± 0,00009
27,2
15
5
0,221 ± 0,009
0,009 ± < 0,001
5,5 ± 0,01
0,26 ± 0,001
0,01148 ± 0,00001
21,7
14
5
1,219 ± 0,002
0,057 ± < 0,001
1,7 ± 0,01
0,15 ± 0,001
0,00767 ± 0,00003
25,3
13
5
0,824 ± 0,003
0,038 ± < 0,001
0,6 ± 0,01
0,07 ± 0,001
0,00483 ± 0,00008
32,7
12
5
0,530 ± 0,009
0,024 ± < 0,001
11,2 ± 0,43
1,86 ± 0,072
0,00390 ± 0,00015
21,0
11
100
0,434 ± 0,016
0,390 ± 0,015
2,7 ± 0,05
0,09 ± 0,002
0,00250 ± 0,00005
28,8
10
10
0,289 ± 0,005
0,025 ± < 0,001
1,3 ± 0,01
0,08 ± 0,001
0,00423 ± 0,00002
26,9
9
5
0,468 ± 0,002
0,021 ± < 0,001
2,0 ± 0,04
0,24 ± 0,004
0,00542 ± 0,00010
11,3
8
5
0,591 ± 0,010
0,027 ± < 0,001
0,3 ± 0,01
0,05 ± 0,001
0,00252 ± 0,00005
23,5
7
5
0,291 ± 0,005
0,013 ± < 0,001
1,4 ± 0,01
0,30 ± 0,001
0,01124 ± 0,00001
18,9
6
5
1,193 ± 0,001
0,056 ± < 0,001
1,9 ± 0,01
0,09 ± 0,001
0,00456 ± 0,00001
24,8
5
5
0,502 ± 0,001
0,023 ± < 0,001
0,6 ± 0,04
0,05 ± 0,004
0,00244 ± 0,00020
0,282 ± 0,020
0,012 ± 0,001
0,8 ± 0,01
0,13 ± 0,001
0,00461 ± 0,00002
23,9
4
5
0,507 ± 0,002
0,023 ± < 0,001
PRE
(%)
0,4 ± 0,02
90
0,09 ± 0,004
Figura 3.8 - Diagrama P,x,y experimental para o sistema ternário
CO2(1) + diclorometano(2) + PHBV(3). Dados experimentais
deste trabalho em comparação com dados binários entre CO2 e
diclorometano da literatura _______________________________
0,016 ± 0,001
86
0,00315 ± 0,00014
Figura 3.7 - Diagrama P,x,y para o sistema binário
CO2(1)+acetato de etila(2) e ternário CO2(1)+acetato de
etila(2)+β-caroteno(3). Dados experimentais deste trabalho em
comparação com dados da literatura nas temperaturas de 40 e
60°C ________________________________________________
0,356 ± 0,014
83
5
CO2(1)+etanol(2)+ β-caroteno(3) deste trabalho em comparação
com dados experimentais do sistema binário CO2(1)+etanol(2) da
literatura na temperatura de 40°C __________________________
17,1
80
3
Figura 3.5 - Diagrama P,x,y para o sistema ternário
CO2(1)+diclorometano(2)+β-caroteno(3) na. Dados experimentais
deste trabalho em comparação com dados da literatura _________
5
72
18,4
Figura 3.4 – Pistão utilizado na célula de equilíbrio ___________
2
72
0,8 ± 0,03
Figura 3.3 – Célula de equilíbrio de volume variável __________
0,22 ± 0,009
71
0,048 ± 0,002
Figura 3.2 – Diagrama do aparato experimental de equilíbrio de
fases ________________________________________________
0,00484 ± 0,00021
70
0,531 ± 0,021
Figura 3.1 – Estrutura química do β-caroteno (a) e do PHBV (b)_
10
21
22,1
Figura 2.4 – Diagrama das técnicas PCA e SEDS (Jung e Perrut,
2001) _______________________________________________
1
20
PRE
(%)
Figura 2.3 – Diagrama da técnica SAS ou ASES (Jung e Perrut,
2001) _______________________________________________
Massa média de
caroteno
(mg)
18
Concentração média
(mg.mL-1)
Figura 2.2 – Diagrama da técnica GAS (Jung e Perrut, 2001) ___
Absorbância
média
15
Diluição
(mL)
Figura 2.1 – Diagrama da técnica RESS (Jung e Perrut, 2001) __
Massa de
amostra
(mg)
pg
Exp
LISTA DE FIGURAS
Tabela C7 – Resultados do percentual e eficiência de encapsulamento das amostras dissolvidas em acetona e submetidas a
ultrasom por 3 minutos.
263
262
Massa de
amostra (mg)
(mL)
Diluição
média
Absorbância
(mg.mL-1)
0,00767 ± 0,00010
0,00294 ± 0,00010
0,00623 ± 0,00003
0,00914 ± 0,00001
0,00957 ± 0,00010
0,01166 ± 0,00001
0,00117 ± 0,00002
0,00899 ± 0,00002
0,00369 ± 0,00002
0,00600 ± 0,00002
0,00802 ± 0,00009
0,00998 ± 0,00001
0,00764 ± 0,00007
0,00992 ± 0,00002
0,00228 ± 0,00015
Massa média de
caroteno
(mg)
0,038 ± 0,001
0,015 ± < 0,001
0,031 ± < 0,001
0,046 ± < 0,001
0,038 ± 0,001
0,117 ± < 0,001
0,006 ± < 0,001
0,090 ± < 0,001
0,037 ± < 0,001
0,030 ± < 0,001
0,802 ± 0,009
0,050 ± < 0,001
0,076 ± 0,001
0,099 ± < 0,001
0,011 ± 0,001
PRE
(%)
0,18 ± 0,002
0,11 ± 0,004
0,18 ± 0,001
0,16 ± 0,001
0,15 ± 0,002
0,50 ± 0,001
0,02 ± 0,001
0,33 ± 0,001
0,12 ± 0,001
0,11 ± 0,001
3,63 ± 0,043
0,17 ± 0,001
0,32 ± 0,003
0,46 ± 0,001
0,04 ± 0,003
EE
(%)
0,6 ± 0,01
0,5 ± 0,02
1,1 ± 0,01
1,7 ± 0,01
3,2 ± 0,03
2,4 ± 0,01
0,1 ± 0,01
2,8 ± 0,01
1,9 ± 0,01
3,3 ± 0,01
21,8 ± 0,26
1,3 ± 0,01
3,5 ± 0,03
9,7 ±0,02
1,6 ± 0,10
ultrasom por 2 minutos.
Exp
0,824 ± 0,010
0,334 ± 0,010
0,675 ± 0,003
0,976 ± 0,001
1,021 ± 0,011
1,237 ± 0,001
0,151 ± 0,002
0,960 ± 0,002
0,412 ± 0,002
0,651 ± 0,002
0,861 ± 0,010
1,063 ± 0,001
0,821 ± 0,007
1,057 ± 0,002
0,266 ± 0,015
5
5
5
5
5
10
5
10
10
5
100
5
10
10
5
21,7
13,9
17,6
28,9
31,7
23,3
25,2
27,1
30,6
28,1
22,1
29,9
23,9
21,4
28,1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Figura 3.9 – Diagrama P-x-y para o sistema ternário CO2 +
diclorometano + β-caroteno, com duas concentrações de βcaroteno em diclorometano (4,0 e 8,0 g.L-1 em base livre de CO2).
Dados experimentais e modelagem termodinâmica ____________
93
Figura 3.10 - Diagrama P-x-y para o sistema ternário CO2 +
etanol + β-caroteno com duas concentrações de β-caroteno em
etanol (0,096 e 0,303 g.L-1 em base livre de CO2). Dados
experimentais e modelagem termodinâmica _________________
93
Figura 3.11 - Diagrama P-x-y para o sistema binário CO2 +
acetato de etila. Dados experimentais e modelagem
termodinâmica ________________________________________
94
acetato de etila + β-caroteno, na concentração de β-caroteno em
acetato de etila de 0,338 g.L-1 (base livre de CO2). Dados
experimentais e modelagem termodinâmica _________________
95
Figura 4.1 – Micrografia eletrônica de varredura do β-caroteno
não processado com ampliação de 2000 vezes _______________
102
Figura 4.2 – Micrografia eletrônica de varredura do PHBV não
processado com ampliação de 50 vezes _____________________
102
Figura 4.3 – Diagrama esquemático do aparato experimental de
precipitação utilizado ___________________________________
105
Figura 4.4 – Fotografia mostrando as duas câmaras de
precipitação conectadas a todas as linhas da unidade experimental.
(A) Câmara menor e (B) câmara maior _____________________
108
Figura 4.5 – Vista detalhada da unidade experimental de
precipitação __________________________________________
110
Figura 4.6 – Vista geral da unidade experimental de precipitação
111
Figura 4.7 – Diagrama de Pareto apresentando o efeito dos
parâmetros de precipitação de β-caroteno do planejamento fatorial
completo 23 sobre o tamanho médio de partícula ______________
125
completo 23 sobre o coeficiente de variação _________________
126
1,6 ± 0,10
0,04 ± 0,003
0,00228 ± 0,00015
0,266 ± 0,015
0,011 ± 0,001
9,7 ±0,02
0,46 ± 0,001
0,00992 ± 0,00002
10
22,1
29,9
23,9
21,4
28,1
11
12
13
14
15
5
5
28,1
10
10
1,057 ± 0,002
0,099 ± < 0,001
3,5 ± 0,03
0,32 ± 0,003
0,00764 ± 0,00007
0,821 ± 0,007
0,076 ± 0,001
1,3 ± 0,01
0,17 ± 0,001
0,00998 ± 0,00001
1,063 ± 0,001
0,050 ± < 0,001
21,8 ± 0,26
3,63 ± 0,043
0,00802 ± 0,00009
10
30,6
9
5
10
27,1
8
5
25,2
7
100
0,861 ± 0,010
0,802 ± 0,009
3,3 ± 0,01
0,11 ± 0,001
0,00600 ± 0,00002
0,651 ± 0,002
0,030 ± < 0,001
1,9 ± 0,01
0,12 ± 0,001
0,00369 ± 0,00002
0,412 ± 0,002
0,037 ± < 0,001
2,8 ± 0,01
0,33 ± 0,001
0,00899 ± 0,00002
0,960 ± 0,002
0,090 ± < 0,001
0,1 ± 0,01
0,02 ± 0,001
0,00117 ± 0,00002
0,151 ± 0,002
0,006 ± < 0,001
2,4 ± 0,01
0,50 ± 0,001
0,01166 ± 0,00001
23,3
6
5
31,7
5
5
28,9
4
5
17,6
3
10
1,237 ± 0,001
0,117 ± < 0,001
3,2 ± 0,03
0,15 ± 0,002
0,00957 ± 0,00010
1,021 ± 0,011
0,038 ± 0,001
1,7 ± 0,01
0,16 ± 0,001
0,00914 ± 0,00001
0,976 ± 0,001
0,046 ± < 0,001
1,1 ± 0,01
0,18 ± 0,001
0,00623 ± 0,00003
0,675 ± 0,003
0,031 ± < 0,001
0,5 ± 0,02
0,11 ± 0,004
0,015 ± < 0,001
0,00294 ± 0,00010
0,334 ± 0,010
148
5
Figura 4.18 – Fotomicrografia de MEV do PHBV precipitado na
condição experimetal 4 com ampliação de 50 vezes ___________
13,9
145
2
Figura 4.17 - Micrografias de MEV do β-caroteno precipitado
nas condições experimentais 7 (A) e 23 (B), nas vazões de antisolvente de 20 e 40 mL.min-1, respectivamente _______________
0,6 ± 0,01
144
0,18 ± 0,002
Figura 4.16 – Distribuição de tamanho de partícula do β-caroteno
precipitado nas vazões de solução de 1 e 4 mL.min-1. Condições
experimentais 23 e 31 do planejamento fatorial 25 ____________
0,038 ± 0,001
142
0,00767 ± 0,00010
Figura 4.15 - Fotomicrografias de MEV do β-caroteno
precipitado nas concentrações de 4 e 8 mg.mL-1 em
diclorometano. (A) Experimento 27 com ampliação de 500 vezes;
(B) Experimento 31 com ampliação de 200 vezes _____________
0,824 ± 0,010
140
5
21,7
139
1
EE
(%)
134
PRE
(%)
Figura 4.12 - Fotomicrografias de MEV do β-caroteno
precipitado nas razões entre vazões de 20 e 40, com diferentes
ampliações. (A) Exp 1 com ampliação de 2000 vezes; (B) Exp 5
com ampliação de 2000 vezes; (C) Exp 4 com ampliação de 70
vezes; (D) Exp 8 com ampliação de 500 vezes _______________
Massa média de
caroteno
(mg)
132
(mg.mL-1)
precipitado nas razões entre vazões de 20 e 40. Comparação entre
as condições experimentais 1 e 5 (A) e, 3 e 7 (B) _____________
Absorbância
média
130
Diluição
(mL)
precipitado a 80 e 120 bar. Comparação entre as condições
experimentais 1 e 3 (A) e, 6 e 8 (B) ________________________
Massa de
amostra
(mg)
129
Exp
Figura 4.9 - Fotomicrografias de MEV do β-caroteno precipitado
a 80 e 120 bar com diferentes ampliações. (A) Exp 1 com
ampliação de 2000 vezes; (B) Exp 3 com ampliação de 60 vezes;
(C) Exp 6 com ampliação de 1000 vezes; (D) Exp 8 com
ampliação de 500 vezes _________________________________
ultrasom por 1 minuto.
261
260
6,2
8,2
7,6
12,1
17,9
8,1
6,0
8,3
10,4
11,7
6,1
8,7
8,0
5,5
5,3
50
50
5
50
5
50
100
10
5
5
100
100
50
10
5
0,731 ± 0,011
0,558 ± 0,012
0,962 ± 0,002
0,500 ± 0,016
1,202 ± 0,001
0,753 ± 0,006
0,189 ± 0,004
1,092 ± 0,001
1,031 ± 0,004
0,968 ± 0,010
0,731 ± 0,002
0,185 ± 0,010
0,392 ± 0,001
0,764 ± 0,006
0,479 ± 0,006
0,00433 ± 0,00006
0,00709 ± 0,00006
0,00349 ± 0,00001
0,00150 ± 0,00009
0,00677 ± 0,00002
0,00906 ± 0,00010
0,00967 ± 0,00004
0,01026 ± 0,00001
0,00154 ± 0,00004
0,00698 ±0,00005
0,01132 ±0,00001
0,00454 ± 0,00015
0,00901 ± 0,00002
0,00510 ± 0,00012
0,00677 ±0,00011
0,022 ± 0,001
0,071 ± 0,001
0,175 ± 0,001
0,150 ± 0,009
0,677 ± 0,002
0,045 ± 0,001
0,048 ± 0,001
0,103 ± 0,001
0,154 ± 0,004
0,349 ± 0,003
0,057 ± 0,001
0,227 ± 0,008
0,045 ± 0,001
0,255 ± 0,006
0,338 ± 0,005
5,5 ± 0,09
3,1 ± 0,07
0,6 ± 0,01
1,9 ± 0,06
0,3 ± 0,01
4,3 ± 0,03
2,6 ± 0,06
1,2 ± 0,01
0,5 ± 0,01
0,4 ± 0,01
11,1 ± 0,03
1,7 ± 0,11
2,2 ± 0,01
1,3 ± 0,01
0,4 ± 0,01
19,0 ± 0,30
13,5 ± 0,31
3,5 ± 0,01
20,5 ± 0,68
6,6 ± 0,01
20,4 ± 0,16
15,3 ± 0,37
10,4 ± 0,01
7,5 ± 0,03
12,1 ± 0,13
66,6 ± 0,15
13,1 ± 0,81
24,0 ± 0,02
27,0 ± 0,23
16,2 ± 0,23
ultrasom por 0,5 minutos.
Massa de
Massa média de
Diluição
Absorbância Concentração média
PRE
EE
amostra
caroteno
(mL)
média
(mg.mL-1)
(%)
(%)
(mg)
(mg)
Exp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
parâmetros de precipitação de PHBV do planejamento fatorial
148
parâmetros de precipitação de PHBV do planejamento fatorial
149
Figura 4.21 - Fotomicrografias de MEV do PHBV precipitado
nas concentrações de 10 e 40 mg.mL-1 em diclorometano com
ampliação de 5000 vezes. (A) Experimento 7; (B) Experimento 8_
151
Figura 4.22 - Fotomicrografias de MEV do PHBV precipitado
nas pressões de 80 e 120 bar, com diferentes ampliações. (A) Exp
1 com ampliação de 4000 vezes; (B) Exp 3 com ampliação de
3000 vezes; (C) Exp 6 com ampliação de 12000 vezes; (D) Exp 8
com ampliação de 12000 vezes ___________________________
154
Figura 4.23 – Tamanho médio de partícula em função da
concentração de PHBV na solução. (A) Média das triplicatas dos
pontos centrais de cada planejamento fatorial 22. (B) condição
experimental 1 de cada planejamento fatorial 22 ______________
158
Figura 4.24 – Micrografias de MEV das partículas de PHBV
precipitadas em diferentes concentrações de solução. (A) Exp 1A
com ampliação de 3000 vezes; (B) Exp 1B com ampliação de
3000 vezes; (C) Exp 1C com ampliação de 1000 vezes; (D) Exp
1D com ampliação de 1000 vezes _________________________
160
parâmetros de precipitação de PHBV do bloco A da Tabela 4.8
sobre o tamanho médio de partícula ________________________
161
parâmetros de precipitação de PHBV do bloco B da Tabela 4.8
162
parâmetros de precipitação de PHBV do bloco C da Tabela 4.8
162
parâmetros de precipitação de PHBV do bloco D da Tabela 4.8
163
48,7 ± 0,23
1,2 ± 0,01
0,00243 ± 0,00001
0,281 ± 0,001
0,121 ± 0,001
73,0 ± 0,42
3,5 ± 0,02
0,00138 ± 0,00001
0,173 ± 0,001
0,346 ± 0,002
59,6 ± 0,89
5,4 ± 0,08
0,00109 ± 0,00002
250
250
250
500
250
50
10,5
9,8
9,9
7,8
9,7
10,0
9,9
9,9
8
9
10
11
12
13
14
15
500
0,142 ± 0,002
0,543 ± 0,008
67,8 ± 1,18
8,9 ± 0,15
0,00172 ± 0,00003
0,208 ± 0,003
0,860 ± 0,015
71,9 ± 1,52
12,0 ± 0,25
0,00373 ± 0,00008
0,416 ± 0,008
0,933 ± 0,020
72,9 ± 1,96
2,3 ± 0,06
0,00093 ± 0,00002
0,126 ± 0,003
0,232 ± 0,006
74,9 ± 1,18
4,7 ± 0,07
0,00183 ± 0,00003
500
9,3
7
250
0,219 ± 0,003
0,457 ± 0,007
96,6 ± 0,49
11,4 ± 0,06
0,00480 ± 0,00002
0,527 ± 0,003
1,201 ± 0,006
69,9 ± 1,09
11,7 ± 0,18
0,00218 ± 0,00003
0,256 ± 0,004
1,090 ± 0,017
90,6 ± 0,65
19,2 ± 0,14
0,00376 ± 0,00003
9,8
6
500
0,419 ± 0,003
1,879 ± 0,013
75,0 ± 0,35
3,6 ± 0,02
0,00146 ± 0,00001
10,2
5
250
0,181 ± 0,001
0,364 ± 0,002
66,8 ± 0,14
6,1 ± 0,01
0,00250 ± 0,00001
10,2
4
250
0,289 ± 0,001
0,625 ± 0,001
84,8 ± 0,49
14,2 ± 0,08
0,00586 ± 0,00003
10,3
3
250
0,636 ± 0,003
1,464 ± 0,008
88,8 ± 0,38
20,5 ± 0,09
2,052 ± 0,009
0,00821 ± 0,00004
0,880 ± 0,004
250
10,0
194
2
Figura 5.7 – Micrografias de MEV da condição experimental de
encapsulamento 8. Ampliação de 1000 vezes (A) e 1800 vezes
(B) __________________________________________________
79,1 ± 0,77
193
22,7 ± 0,22
encapsulamento 1. (A) ampliação de 1500 vezes; (B) ampliação
de 2000 vezes _________________________________________
1,951 ± 0,019
189
0,00390 ± 0,00004
Figura 5.5 – Percentual real de encapsulamento para a condição
experimental de encapsulamento 1 _________________________
0,434 ± 0,004
187
500
Figura 5.4 – Percentual de encapsulamento em função do tempo
de ultrasom para a condição experimental de encapsulamento 1 __
8,6
186
1
Figura 5.3 – Micrografias de MEV das condições experimentais
de encapsulamento 4 (A) com ampliação de 1200 vezes, e 13 (B)
com ampliação de 400 vezes _____________________________
PRE
(%)
182
Massa média de
caroteno
(mg)
Figura 5.2 – Micrografias de MEV das condições experimentais
de encapsulamento do primeiro conjunto de experimentos com
ampliação de 2000 vezes. Condição experimental 1 (A); condição
experimental 2 (B) e, condição experimental 3 (C) ____________
(mg.mL-1)
179
Absorbância
média
Figura 5.1 – Curva padrão de absorbância de β-caroteno em 460
nm em função da sua concentração em diclorometano _________
Diluição
(mL)
167
Massa de
amostra
(mg)
Figura 4.30 – Micrografias de MEV da condição experimental
3C do planejamento seqüencial. (A) ampliação de 200 vezes e (B)
ampliação de 1000 vezes ________________________________
Exp
166
Tabela C3 – Resultados do percentual e eficiência de encapsulamento das amostras somente dissolvidas em acetona.
Figura 4.29 – Micrografias de MEV da condição experimental
1C do planejamento seqüencial. (A) ampliação de 800 vezes e (B)
ampliação de 1200 vezes ________________________________
EE
(%)
259
258
Tabela C2 – Valores dos parâmetros empregados nos experimentos de
co-precipitação de β-caroteno e PHBV e percentual teórico de
encapsulamento.
Exp
LISTA DE TABELAS
pg
Massa de
β-caroteno
(mg)
Massa de
PHBV
(mg)
Volume
de DCM
(mL)
[β-caroteno]
(mg.mL-1)
[PHBV]
(mg.mL-1)
PTE†
(%)
Tabela 2.1 – Materiais não poliméricos precipitados pelos
processos GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES ________________
24
321,7
240,4
148,4
101,1
50,0
322,8
241,8
161,6
79,7
39,8
319,7
241,1
160,5
80,5
41,4
800,5
799,8
736,5
1001,8
1000,5
1203,2
1200,7
1202,7
1200,8
1200,2
1600,6
1601,1
1600,4
1603,7
1602,5
40
40
37
50
50
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
8,04
6,01
4,01
2,02
1,00
8,07
6,04
4,04
1,99
0,99
7,99
6,03
4,01
2,01
1,03
20,01
19,99
19,90
20,04
20,01
30,08
30,02
30,07
30,02
30,00
40,01
40,03
40,01
40,09
40,06
28,7
23,1
16,8
9,2
4,8
21,2
16,8
11,8
6,2
3,2
16,7
13,1
9,1
4,8
2,5
Tabela 2.2 – Polímeros precipitados pelos processos GAS,
SAS, PCA, SEDS e ASES _____________________________
36
Tabela 2.3 - Encapsulamento de princípios ativos em polímeros
através dos processos GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES _________
40
Tabela 2.4 - Efeito das principais condições de operação no
tamanho médio de partícula de diferentes materiais precipitados
pelas técnicas que empregam CO2 como anti-solvente GAS,
SAS, PCA, SEDS e ASES _____________________________
46
Tabela 3.1 – Dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor
para o sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + βcaroteno(3), na concentração de β-caroteno de 4,0 g.L-1 em
diclorometano (base livre de CO2) _______________________
78
para o sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + βcaroteno(3), na concentração de β-caroteno de 8,0 g.L-1 em
diclorometano (base livre de CO2) _______________________
79
para o sistema ternário CO2(1) + etanol(2) + β-caroteno(3), na
concentração de β-caroteno de 0,096 g.L-1 em etanol (base livre
de CO2) ____________________________________________
81
para o sistema ternário dióxido de carbono(1) + etanol(2) + βcaroteno(3) na concentração de β-caroteno de 0,303 g.L-1 em
etanol (base livre de CO2) _____________________________
82
Tabela 3.5 - Dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor
para o sistema binário CO2(1) + acetato de etila(2) __________
84
85
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
† Percentual teórico de encapsulamento.
PTE % =
massa de β − caroteno
×100
massa de β − caroteno + massa de PHBV
257
para o sistema ternário CO2(1) + acetato de etila(2) + βcaroteno(3) na concentração de β-caroteno de 0,338 g.L-1 em
acetato de etila (base livre de CO2) ______________________
para o sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + PHBV(3)
na concentração de PHBV de 10,0 g.L-1 em diclorometano
(base livre de CO2). Fração molar de CO2 em base livre do
polímero ___________________________________________
88
para o sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + PHBV(3)
na concentração de PHBV de 40,0 g.L-1 em diclorometano
(base livre de CO2). Fração molar de CO2 em base livre do
polímero ___________________________________________
89
Tabela 4.1 – Matriz do planejamento experimental fatorial
completo 23 de precipitação de β-caroteno puro utilizando a
câmara de precipitação com volume de aproximadamente 62
mL _______________________________________________
completo 25 de precipitação de β-caroteno puro utilizando a
mL _______________________________________________
completo 23 de precipitação de PHBV puro utilizando a câmara
de precipitação com volume de aproximadamente 62 mL _____
0,014
Concentração = (0,009659*absorbância) - 0,000289
92
117
118
0,012
Concentração (mg.mL-1)
Tabela 3.9 – Parâmetros de interação binária obtidos da
literatura para o sistema binário CO2 + diclorometano, e
ajustados neste trabalho para os sistemas binários CO2 + etanol
e CO2 + acetato de etila _______________________________
Tabela C1 – Valores de concentração de β-caroteno em diclorometano e
absorbância utilizados para a construção da curva de calibração.
Absorbância a 460 nm (UA)
Concentração (mg.mL-1)
0,01216
1,2867
0,01013
1,0609
0,00810
0,8526
0,00608
0,6872
0,00506
0,5895
0,00304
0,3257
0,00203
0,2246
0,00101
0,1511
0,00010
0,0286
0,010
0,008
0,006
0,004
0,002
120
0,000
0,0
Tabela 4.4 – Matrizes dos planejamentos experimentais
fatoriais completos 22 sequenciais da precipitação de PHBV
utilizando a câmara com volume aproximado de 600 mL _____
121
Tabela 4.5 – Condições experimentais do planejamento fatorial
completo 23 e resultados da precipitação de β-caroteno
empregando CO2 supercrítico como anti-solvente em termos de
tamanho médio de partícula ____________________________
124
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Absorbância
Figura C1 – Curva de calibração da concentração de β-caroteno em
diclorometano em função da absorbância a 460 nm.
256
encapsulado. A terceira coluna de cada uma das tabelas apresenta os
valores de volume de diclorometano utilizado para a dissolução das
amostras após a retirada do β-caroteno não encapsulado, para a análise
em espectrofotômetro. A quarta coluna das tabelas C3 a C7 reporta os
valores de absorbância obtidos por leitura em espectrofotômetro das
soluções preparadas com diclorometano. A quinta coluna de cada tabela
reporta os valores das concentrações de β-caroteno nas soluções
preparadas com diclorometano após a retirada do β-caroteno não
encapsulado. Estas concentrações são calculadas através da equação da
reta obtida na Figura C1. As massas de β-caroteno encapsulado, em
cada uma das condições experimentais, são reportadas na sexta coluna
de cada tabela. Estas massas são calculadas através da multiplicação
entre as colunas 3 e 5 de cada uma das tabelas. Finalizando, a sétima e
oitava colunas reportam, respectivamente, os valores do percentual real
de encapsulamento e da eficiência de encapsulamento. O percentual real
de encapsulamento (PRE%) é definido como a razão percentual entre as
colunas 6 e 2 de cada tabela, e a eficiência de encapsulamento (EE%) é
definida como a razão percentual entre a coluna 7 das tabelas C3 a C7 e
a coluna 6 da Tabela C2. As equações de PTE%, PRE% e EE% são
apresentadas e comentadas no Capítulo 5.
Este apêndice finaliza com uma série de figuras mostrando o
percentual de encapsulamento de cada uma das condições experimentais
em função do tempo de ultrasom que cada uma das amostras foi
submetida para a retirada do β-caroteno não encapsulado. As figuras
reportam também as curvas do percentual de encapsulamento em função
do tempo de ultrasom geradas por regressão não-linear de um modelo
exponencial empregando o método de Quase-Newton do software
Statistica 6.0®. Os parâmetros do modelo estimados para cada uma das
condições de co-precipitação juntamente com o coeficiente de
correlação do modelo e o percentual de encapsulamento calculado a
partir do modelo são apresentados na Tabela C8 no final deste apêndice.
Tabela 4.6 - Condições experimentais e resultados da
precipitação de β-caroteno na câmara com volume aproximado
de 600 mL, empregando CO2 pressurizado como anti-solvente_
137
completo 23 e resultados da precipitação de PHBV empregando
CO2 supercrítico como anti-solvente _____________________
147
Tabela 4.8 – Condições experimentais e resultados da
precipitação de PHBV empregando CO2 pressurizado como
anti-solvente ________________________________________
156
Tabela 5.1 – Condições experimentais de encapsulamento de
β-caroteno em PHBV empregando diclorometano como
solvente orgânico e CO2 como anti-solvente utilizando a
mL _______________________________________________
173
Tabela 5.2 – Condições experimentais de encapsulamento de
β-caroteno em PHBV empregando diclorometano como
solvente orgânico e CO2 como anti-solvente utilizando a
mL _______________________________________________
174
Tabela 5.3 – Valores de concentração de β-caroteno em
diclorometano e absorbância em espectro de UV visível para o
β-caroteno puro e na mistura de β-caroteno e PHBV, utilizados
para a construção da curva de calibração __________________
179
Tabela 5.4 – Condições experimentais e resultados do
percentual e eficiência de encapsulamento de β-caroteno em
PHBV utilizando diclorometano como solvente e CO2
pressurizado como anti-solvente do primeiro conjunto de
experimentos utilizando a câmara com volume de
aproximadamente 62 mL ______________________________
180
Tabela 5.5 - Resultados do percentual de encapsulamento de βcaroteno em PHBV utilizando diclorometano como solvente e
CO2 pressurizado como anti-solvente do segundo conjunto de
experimentos utilizando a câmara de precipitação com volume
de aproximadamente 600 mL ___________________________
184
255
Tabela 5.6 - Valores dos parâmetros para cálculo do percentual
real de encapsulamento de β-caroteno em PHBV ___________
Tabela 5.7 – Resultados do percentual real de encapsulamento
e eficiência de encapsulamento da co-precipitação de βcaroteno e PHBV utilizando diclorometano como solvente e
CO2 como anti-solvente empregando a câmara de precipitação
com volume de aproximadamente 600 mL ________________
APÊNDICE C
190
RESULTADOS DETALHADOS DOS CÁLCULOS DE
ENCAPSULAMENTO
191
O presente apêndice tem por objetivo apresentar a memória de
cálculo, utilizada no capítulo 5, de encapsulamento de β-caroteno em
PHBV em cada condição experimental. Inicialmente, na Tabela C1 são
apresentados os valores de concentração de β-caroteno em
diclorometano e a absorbância obtida por leitura espectrofotométrica na
região de UV visível referente a cada uma das concentrações da solução.
As diferentes concentrações de β-caroteno em diclorometano são
oriundas de várias diluições realizadas a partir de uma solução “mãe”
preparada utilizando-se 101,3 mg de β-caroteno dissolvidos em 100 mL
de diclorometano. Estes valores foram utilizados para gerar a curva de
calibração da concentração da solução em função da absorbância lida no
comprimento de onda de 460 nm. A partir destes valores, foi gerada a
curva de calibração apresentada na Figura C1 juntamente com equação
da reta obtida por regressão linear e que é utilizada para o cálculo da
massa de β-caroteno encapsulado em cada condição experimental.
Na seqüência, a Tabela C2 reporta os valores das massas de βcaroteno e PHBV e o volume de diclorometano utilizados no preparo
das soluções para a realização dos experimentos de co-precipitação.
Nesta tabela são reportados ainda os valores das concentrações de βcaroteno e de PHBV na solução e o percentual teórico de
encapsulamento (PTE%) que é definido como a razão percentual entre
as massas de β-caroteno e total (β-caroteno + PHBV) utilizadas em cada
condição experimental de co-precipitação.
As amostras obtidas em cada um dos experimentos de coprecipitação foram dissolvidas em acetona e submetidas a diferentes
tempos em ultrasom para a retirada do β-caroteno não encapsulado. As
Tabelas C3, C4, C5, C6 e C7 reportam todos os valores utilizados para
os cálculos do percentual e eficiência de encapsulamento em cada uma
das condições experimentais de co-precipitação para cada um dos
tempos em ultrasom em que as amostras dissolvidas em acetona foram
submetidas para a retirada do β-caroteno não encapsulado. Na primeira
coluna de cada tabela são reportadas as condições experimentais. Na
segunda coluna de cada tabela são reportados os valores das massas das
amostras solubilizadas em acetona para a retirada do β-caroteno não
254
70
SUMÁRIO
100
90
50
80
1. INTRODUÇÃO ___________________________________
1
70
1.1. Objetivos ______________________________________
4
1.1.1. Objetivos Específicos ________________________
5
1.2. Estrutura do Documento __________________________
5
1.3. Referências Bibliográficas ________________________
6
20
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA _______________________
9
10
2.1. Métodos Experimentais para Obtenção de Micro
Partículas Empregando Fluidos Pressurizados ________
14
2.1.1. Formação de Partículas Empregando Fluidos
Supercríticos como Solventes _________________
14
2.1.2. Formação de Partículas Empregando Fluidos
Supercríticos como Solutos ___________________
16
2.1.3. Formação de Partículas Empregando Fluidos Sub ou
Supercríticos como Anti-Solventes _____________
17
2.2. Comportamento de Fases Relacionado ao Processo de
Precipitação e/ou Encapsulamento de Partículas em
Fluidos Pressurizados ____________________________
52
2.3. Algumas Considerações a Respeito do Estado da Arte ___
54
2.4. Referências Bibliográficas _________________________
55
3. COMPORTAMENTO DE FASES ____________________
69
3.1. Especificação dos Materiais ________________________
69
3.2. Aparato Experimental ____________________________
70
3.3. Procedimento Experimental ________________________
74
3.4. Resultados e Discussão ___________________________
76
96
60
40
50
30
40
30
20
Distribuição cumulativa (%)
Número de observações (%)
60
10
0
0,01
0,1
1
10
0
100
Tamanho de partícula (µm)
Figura B38 – Distribuição de tamanho das partículas de PHBV da
condição experimental 7D.
253
101
4.2. Aparato Experimental ____________________________
103
4.3. Procedimento Experimental de Precipitação ___________
111
4.4. Considerações Adicionais _________________________
115
4.5. Seleção das Variáveis _____________________________
115
4.5.1. Precipitação de β-caroteno Puro ________________
115
4.5.2. Precipitação de PHBV Puro ____________________
119
4.6. Caracterização das Partículas _______________________
122
123
90
60
80
50
70
60
40
50
30
40
30
20
20
10
10
0
0,01
0,1
123
4.7.2. Precipitação de β-caroteno Pelo Planejamento
Fatorial Completo 25 ________________________
136
4.7.3. Precipitação de PHBV Pelo Planejamento Fatorial
Completo 23 _______________________________
146
1
10
100
80
90
70
4.7.4. Precipitação de PHBV a Partir dos Planejamentos
Seqüenciais ________________________________
155
168
5. ENCAPSULAMENTO DE β-CAROTENO EM PHBV___
171
5.1. Especificação dos Materiais _______________________
171
5.2. Aparato Experimental de Encapsulamento ____________
171
5.3. Condições Experimentais de Encapsulamento _________
172
5.4. Análise do Percentual e Eficiência de Encapsulamento __
174
178
196
0
100
80
4.7.1. Precipitação de β-caroteno Pelo Planejamento
Fatorial Completo 23 ________________________
100
4.1. Especificação dos Materiais _______________________
70
60
70
50
60
40
50
40
30
30
20
101
4. PRECIPITAÇÃO DE β-CAROTENO E PHBV _________
20
10
0
0,01
10
0,1
1
10
0
100
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES _____________________
199
90
6.1. Conclusões ____________________________________
199
80
6.2. Sugestões para Trabalhos Futuros ___________________
202
APÊNDICE A – Características Dimensionais das Partículas de
β-caroteno ___________________________
205
APÊNDICE B – Características Dimensionais das Partículas de
PHBV _______________________________
233
APÊNDICE C – Resultados Detalhados do Cálculo de
Encapsulamento ____________________
255
55
100
50
45
40
70
35
60
30
50
25
40
20
30
15
10
20
5
10
0
0,01
0,1
1
10
100
252
0
1000
100
80
90
70
70
50
60
40
50
40
30
30
20
80
60
20
10
0
0,01
10
0,1
1
10
0
100
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
100
50
90
45
80
40
70
35
60
30
50
25
40
20
30
15
10
20
5
10
0
0,01
0,1
1
0
100
10
35
100
90
30
25
70
60
20
50
15
40
30
10
80
ACE = Acetona;
AcOEt = Acetato de Etila;
ASES = Sistema de Extração de Solvente em Aerossol;
BECD = beclomethazone-17,21-dipropionate;
CS = Concentração da Solução (mg/ml);
CV = Coeficiente de Variação;
DCM = Diclorometano;
DL-PLG = Poli(D,L-lactídeo-co-glicolídeo);
DMF = Dimetilformamida;
DMSO = Dimetilsulfóxido;
DTE = Desamino Tirosiltirosina Etil Éster;
DTP = Distribuição de Tamanho de Partícula (µm ou nm);
EE% = Eficiência de Encapsulamento;
ELV = Equilíbrio Líquido-Vapor;
ESLV = Equilíbrio Sólido-Líquido-Vapor;
EtOH = Etanol;
FO = Função Objetivo;
FSC = Fluido Supercrítico;
GAS = Gás Anti-Solvente;
kij = Parâmetro Atrativo de Interação Binária;
lij = Parâmetro Repulsivo de Interação Binária;
L-PLA = Ácido Poli(L-láctico);
LV = Transição de Fases do Tipo Líquido-Vapor;
mCOC = Metallocene Cyclic Olefin Copolymer;
MetOH = Metanol
MEV = Microscopia Eletrônica de Varredura;
NMP = N-metilpirrolidona;
NOBS = Número de Observações;
NVP-co-MDOP = N-vinil-2-pirrolidona-co-2-metileno-1,3-dioxepano;
P = Pressão (bar);
PB = Ponto de Bolha;
p-HBA = Ácido Para-hidroxibenzóico;
PCA = Precipitação com Anti-Solvente Comprimido;
PE% = Percentual de Encapsulamento;
PEG – Polietileno Glycol;
PGSS = Partículas a Partir de Soluções Saturadas de Gás;
PLA = Ácido Poli Láctico;
Gerais
55
251
20
5
10
0
0,01
0,1
1
10
100
0
1000
250
60
100
90
80
70
40
60
30
50
40
20
30
50
20
10
10
0
0,01
0,1
1
10
0
100
condição experimental 6C.
Subscritos
c = Propriedade Crítica;
i = i-ésimo Componente de uma Mistura;
100
80
PLG = Poli(lactídeo-co-glicolídeo)
PLLA = Poli(L-lactídeo);
PHBV = Poli(3-hidroxibutirato-co-hidroxivalerato);
PO = Ponto de Orvalho;
PTE% = Percentual Teórico de Encapsulamento;
qS = Taxa de Adição da Solução (ml/min);
qA = Taxa de Adição de anti-solvente (ml/min);
R = Coeficiente de Regressão;
RESS = Rápida Expansão de Soluções Supercríticas;
SAFT = Statistical Associating Fluid Theory;
SAS = Anti-Solvente Supercrítico;
SEDS = Dispersão de Solução Aumentada por Fluidos Supercríticos;
T = Temperatura (°C);
THF = Tetrahidrofurano;
TP = Tamanho de Partícula (µm ou nm);
xi = Composição Molar do Componente “i” da Mistura na Fase Líquida;
X = Valor Médio da Resposta X;
yi = Composição Molar do Componente “i” da Mistura na Fase Vapor;
UV = Ultravioleta.
90
70
70
50
60
40
50
40
30
30
20
80
60
20
10
0
0,01
10
0,1
1
10
0
100
Sobrescritos
exp = Valores Experimentais;
calc = Quantidade Avaliada por um Modelo;
Símbolos Gregos
σ = Desvio Padrão;
249
70
100
90
60
70
60
40
50
30
40
30
20
80
50
20
10
10
0
0,01
0,1
1
10
0
100
100
80
90
70
70
50
60
40
50
40
30
30
20
80
60
20
10
0
0,01
10
0,1
1
10
0
100
248
1
80
CAPÍTULO 1
100
90
70
INTRODUÇÃO
60
70
50
60
40
50
40
30
30
20
80
20
10
10
0
0,01
0,1
1
0
100
10
50
100
45
90
40
80
35
70
30
60
25
50
20
40
15
30
10
20
5
10
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
0
1000
Os carotenóides se constituem em um grande grupo de pigmentos
presentes na natureza. Existem mais de 600 diferentes tipos de
carotenóides, mas somente 40 destes estão presentes nos alimentos. Os
mais abundantes são o β-caroteno, o licopeno, a luteína e a zeaxantina.
O principal papel destes compostos na dieta humana é o de atuarem
como precursores da vitamina A e, como antioxidantes, podem levar a
uma diminuição do risco de câncer (Miguel et al., 2006; Saldaña et al.,
2006; Martín et al., 2007).
Uma vez que a utilização destes compostos como adjuvantes está
autorizada por órgãos regulamentares em diversos países, eles são
amplamente utilizados nas indústrias de alimentos, farmacêutica e de
cosméticos (Miguel et al., 2006). Nas indústrias de alimentos, os
carotenóides são utilizados principalmente como corantes, com o
objetivo de repor a cor perdida durante o processamento e
armazenamento, colorir os alimentos incolores e uniformizar a
coloração de alguns produtos.
Os carotenóides também têm sido adicionados aos alimentos
devido a suas atividades funcionais acima citadas, a fim de enriquecer o
produto alimentar. São também precursores de muitos compostos
químicos importantes, responsáveis pelo aroma de alguns alimentos,
fragrâncias de algumas flores, coloração específica e fotoproteção
(Sanchéz-Contreras et al., 2000). A presença de pequenas quantidades
de carotenóides pode ajudar na prevenção da rápida oxidação dos
constituintes dos alimentos, seqüestrando oxigênio singlete (Schroeder e
Johnston, 1995).
Devido à alta taxa de insaturação, fatores tais como calor, luz e
ácidos ocasionam isomerização dos carotenóides trans, que é a forma
mais estável na natureza para a forma cis, promovendo ligeira perda de
cor e atividade pró-vitamínica. São também suscetíveis de oxidação
enzimática e não enzimática, sendo que esta reação depende da estrutura
do carotenóide, disponibilidade de oxigênio, presença de enzimas,
metais, prooxidantes e antioxidantes, alta temperatura, exposição à luz
(Schroeder e Johnston, 1995). Diferente dos carotenóides sintéticos, os
obtidos de fontes naturais (microorganismos e natureza) são facilmente
oxidados (Qing et al., 2002) e seus produtos de oxidação possuem pouca
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ou quase nenhuma pigmentação, atividade pró-vitamina A e atividade de
seqüestro de oxigênio singlete (Chang et al., 1991).
As propriedades de aplicação e a intensidade da coloração de
sistemas pigmentados são fortemente dependentes das propriedades
físicas do pigmento tais como tamanho, distribuição de tamanho e
morfologia de partícula, bem como a maneira que os pigmentos são
obtidos (Suo et al., 2005; Reverchon et al., 2008). Cumpre ressaltar,
porém, que partículas de carotenóides com tamanhos bastante reduzidos
são ainda mais suscetíveis à degradação devido à alta área superficial
que é característica de partículas com tamanho da ordem micrométrica
e/ou nanométrica.
Face ao exposto, torna-se necessária a consecução de
investigações visando ao aprimoramento de técnicas de preservação
destes compostos frente à degradação, bem como o aumento da taxa de
dissolução destes em água, uma vez que os carotenóides são
lipossolúveis. A estabilidade de carotenóides frente à oxidação e
degradação pode ser consideravelmente incrementada pelo
encapsulamento dos mesmos em biopolímeros. Até mesmo um aumento
na taxa de dissolução dos carotenóides em água pode ser alcançado a
partir de seu encapsulamento (Martín et al., 2007).
Há uma gama de biopolímeros naturais ou sintéticos que podem
ser empregados como agentes encapsulantes de compostos bioativos,
por apresentarem biocompatibilidade e biodegradabilidade. Dentre os
principais destacam-se o ácido poliláctico, policaprolactona,
polilactídeo, polietilenoglicol, poliidroxibutirato e o co-polímero poli(3hidroxibutirato-co-hidroxivalerato).
O polímero utilizado como agente encapsulante exerce um papel
importante na qualidade do produto encapsulado, uma vez que, além da
proteção oferecida aos compostos encapsulados, o tipo de polímero é
que estabelece como o composto encapsulado será liberado. O sistema
de liberação pode ocorrer por duas maneiras: liberação por difusão ou
liberação por degradação. A liberação por difusão ocorre através dos
poros do polímero ou através das cadeias do polímero. A liberação por
degradação ocorre quando o polímero degrada, como resultado de
processos biológicos naturais, tais como hidrólise. Neste último tipo de
sistema de liberação controlada, a degradação do polímero é fortemente
dependente da estrutura química e da massa molecular do mesmo (Wang
et al., 2006).
Na tecnologia de formação de partículas existem muitas técnicas
“tradicionais” de precipitação (precipitação com anti-solventes líquidos,
moagem ultrafina, e spray drying) e encapsulamento (spray drying,
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freeze
drying,
coacervação,
polimerização
interfacial,
emulsão/evaporação). Porém, o emprego destas tecnologias não propicia
um adequado controle de tamanho e morfologia das partículas
precipitadas, bem como oferece em muitos casos baixa eficiência de
encapsulamento.
As limitações primárias destas técnicas incluem dificuldades em
conter e controlar o crescimento das partículas, eliminação efetiva dos
solventes líquidos das partículas e alta demanda de energia (He et al.,
2004). Conseqüentemente, altos custos de operação, etapas de pósprocessamento e baixos rendimentos estão associados a estas técnicas
juntamente com problemas de poluição ambiental associada ao uso de
grandes quantidades de solventes orgânicos. O emprego de temperaturas
da ordem de 100 °C para o processamento por spray drying torna esta
técnica pouco atrativa para a precipitação e encapsulamento de
compostos termo-sensíveis.
Uma vez que partículas com características controladas são
difíceis de serem obtidas usando métodos tradicionais, várias técnicas
baseadas em fluidos supercríticos têm sido propostas no sentido de
explorar as características de manipulação do poder solvente e da alta
difusividade que são peculiares dos fluidos nas proximidades do ponto
crítico (Reverchon et al., 2003). O uso de fluidos sub ou supercríticos
como solventes ou anti-solventes na produção de partículas foi
demonstrado por diversos pesquisadores como útil na modificação das
propriedades de materiais como tamanho de partícula, distribuição de
tamanho, hábito cristalino e morfologia. Estas características de
partícula podem ser modificadas pelo controle do poder solvente do
fluido sub ou supercrítico que é efetuado pela manipulação da
temperatura e/ou pressão do sistema (Martín e Cocero, 2008). Outra
característica destas técnicas reside na eficiente separação do solvente e
do anti-solvente das partículas após a precipitação. É possível, então,
evitar resíduos de solventes no produto e oferecer um reaproveitamento
potencialmente vantajoso do solvente e do anti-solvente (Rantakylä et
al., 2002).
O fluido mais amplamente utilizado na tecnologia supercrítica
com aplicação no setor alimentício é o dióxido de carbono, por este
possuir propriedades críticas amenas (Tc = 31 °C e Pc = 73,8 bar)
(Brunner, 2005). Assim, o CO2 pode ser empregado para o
processamento de compostos termo-sensíveis, além de oferecer os
benefícios adicionais de ser atóxico, não inflamável, ambientalmente
aceitável e de baixo custo. A grande maioria dos estudos presentes na
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1.1. Objetivos
Neste trabalho propõe-se a utilização de uma tecnologia
alternativa ainda bastante incipiente no Brasil para a produção de
compósitos micropartículados com aplicação na indústria alimentícia. A
presente investigação tem como objetivo geral o encapsulamento de βcaroteno utilizando o biopolímero natural poli(3-hidroxibutirato-co-
80
literatura utiliza CO2 como solvente ou anti-solvente na produção de
micro e nano partículas.
As técnicas de recristalização que empregam fluidos
pressurizados são denominadas de RESS (Rápida Expansão de Soluções
Supercríticas) que emprega o fluido como solvente; PGSS (Partículas a
partir de Soluções Saturadas de Gás) que utiliza os fluidos pressurizados
como solutos; e GAS (Gás Anti-Solvente) que utiliza o fluido
pressurizado como anti-solvente. Esta última possui algumas variantes,
dependendo do modo com que o anti-solvente e a solução orgânica
contendo o material a ser precipitado são postos em contato, gerando a
técnica SAS (Anti-Solvente Supercrítico), PCA (Precipitação com Antisolvente Comprimido), ASES (Sistema de Extração de Solvente em
Aerossol); ou SEDS (Dispersão da Solução Aumentada por Fluidos
Supercríticos).
Independentemente da técnica empregada para a recristalização
de materiais sólidos ou encapsulamento de princípios ativos em
biopolímeros, o comportamento de fases do sistema envolvido deve ser
conhecido para uma melhor compreensão do mecanismo de formação
das partículas e para determinar as condições de operação, como
temperatura e pressão, mais satisfatórias para a precipitação (Pérez de
Diego et al., 2005; Reverchon et al., 2008).
Uma ampla revisão a respeito da produção científica no período
de 1994 até 2003 na área de fluidos supercríticos no Brasil foi realizada
por Rosa e Meireles (2005), não apresentando relatos de trabalhos
referentes ao emprego de fluidos pressurizados na produção de micro
e/ou nano partículas. De 2003 até o presente momento, uma busca
aprofundada na literatura evidenciou apenas dois trabalhos realizados
nesta área no Brasil. Em um deles (Oliveira et al., 2005) foi feita uma
modificação na técnica RESS para a precipitação de partículas de
polipropileno. No outro trabalho (Franceschi et al., 2008), CO2 foi
empregado como anti-solvente na recristalização de teofilina, onde foi
avaliado o efeito de diversos parâmetros que influenciam nas
características finais do material precipitado.
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hidroxivalerato) (PHBV) como agente encapsulante empregando
tecnologia supercrítica, com dióxido de carbono pressurizado como antisolvente, bem como avaliar o percentual e a eficiência de
encapsulamento do β-caroteno no referido polímero.
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1.1.1. Objetivos específicos
Os objetivos específicos do presente trabalho estão assim
configurados:
1) Medidas experimentais e modelagem termodinâmica de dados de
equilíbrio de fases envolvendo os solventes orgânicos, β-caroteno,
biopolímero (PHBV) e dióxido de carbono para selecionar o
solvente orgânico mais adequado para a precipitação;
2) Adequar aparato experimental existente visando à precipitação
dos compostos puros e encapsulamento de β-caroteno em PHBV
empregando dióxido de carbono pressurizado como anti-solvente;
3) Investigar o efeito de variáveis de processo no tamanho,
distribuição de tamanho e morfologia das partículas precipitadas
de β-caroteno empregando dióxido de carbono como antisolvente;
4) A partir dos resultados obtidos no item 3, utilizar as variáveis de
processo que apresentaram influência significativa na precipitação
do β-caroteno para verificar a influência destas na precipitação do
PHBV empregando dióxido de carbono como anti-solvente;
5) A partir das condições que forneceram menor tamanho de
partícula na precipitação do β-caroteno e maior tamanho de
partícula na precipitação do PHBV, estudar a relação em massa
entre β-caroteno e PHBV no encapsulamento do β-caroteno no
biopolímero avaliando o percentual e a eficiência de
encapsulamento.
1.2. Estrutura do documento
Este trabalho encontra-se organizado da seguinte forma: o
Capítulo 1 apresenta a introdução do trabalho. O Capítulo 2 apresenta a
revisão a respeito das diferentes técnicas empregadas para a precipitação
de materiais sólidos e para o encapsulamento de princípios ativos em
polímeros. Algumas peculiaridades de cada técnica são também
apresentadas no Capítulo 2. A necessidade do entendimento do
comportamento de fases do sistema envolvido na precipitação e
encapsulamento também é discutida neste capítulo.
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No Capítulo 3 são apresentados materiais e métodos juntamente
com os resultados sobre os dados de equilíbrio de fases a alta pressão. A
metodologia e os materiais utilizados bem como os resultados da
precipitação dos compostos puros (β-caroteno e PHBV) empregando
CO2 como anti-solvente são apresentados no Capítulo 4. O Capítulo 5
reporta o procedimento experimental e os materiais utilizados para os
experimentos de encapsulamento e também os resultados obtidos
referentes ao percentual e eficiência de encapsulamento. Em tais
capítulos, uma descrição detalhada dos procedimentos e das unidades
experimentais é inicialmente apresentada, seguida dos resultados
obtidos. O Capítulo 6 segue o presente trabalho apresentando as
conclusões obtidas a partir dos resultados dos Capítulos 3 a 5 e as
sugestões para trabalhos futuros. Finalizando esta tese, são apresentados
seis apêndices contendo os demais resultados obtidos no presente
trabalho. Cabe ressaltar que os resultados inseridos nos apêndices
servem como suporte ao entendimento do leitor.
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condição experimental 6A.
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SCHROEDER, W. A.; JOHNSTON, E. A., Singlet oxygen and
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Tabela B2 – Continuação.
CAPÍTULO 2
Xmínimo Xmáximo
Número de
X ±σ
CV (%)
partículas
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(µm)
(µm)
Bloco D: Concentração da solução = 40 mg/mL
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13,31 ± 15,85
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18,57
3,20 ± 3,28
0,68
25,33
92
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5,66 ± 5,23
124
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0,80
44,47
5,12 ± 6,32
0,80
29,82
102
1197
7,03 ± 7,15
Exp
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
A seguir são apresentadas as figuras de distribuição de tamanho
de partícula do PHBV, em escala logarítmica, para as diferentes
condições experimentais dos quatro planejamentos fatoriais completos
22 sequenciais.
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A busca incessante por produtos de alta qualidade associada à alta
tecnologia e a demanda por tecnologias “limpas” tem sido objeto de
estudo e propulsor do desenvolvimento de novos processos e materiais
nos últimos anos. Como conseqüência, o campo da nanotecnologia e
nano-materiais vêm alcançando um rápido desenvolvimento. Dentro
deste cenário, investimentos consideráveis em ciência e tecnologia vêm
sendo realizados.
A produção de materiais sólidos com propriedades e
características específicas é muito importante para vários segmentos
industriais, tais como os de catalisadores, materiais cerâmicos,
precursores de supercondutores, explosivos, corantes alimentícios, biopolímeros, pigmentos e fármacos, entre outros (Martín et al., 2007a). Os
fatores chave que determinam a funcionalidade e as propriedades de
aplicação de um determinado material sólido micro ou nano particulado
são o tamanho de partícula (TP), a distribuição de tamanho de partícula
(DTP), a morfologia e configuração da rede cristalina (Lin et al., 2007).
Em geral, dependendo da aplicação, são requeridas partículas
monodispersas em relação à distribuição de tamanho, bem como
morfologias características (Sarkari et al., 2000).
Existem muitas técnicas convencionais para a produção de
materiais na faixa micrométrica e/ou nanométrica, tais como, spray
drying, recristalização por solvente orgânico, moagem mecânica e
liofilização. Estes métodos possuem, porém, certas limitações
restringindo sua aplicação para determinados tipos de materiais quando
há a necessidade de alto grau de pureza e/ou de tamanho e distribuição
de tamanho de partículas controlado, além de controle na morfologia. A
aplicação destes métodos clássicos de precipitação resulta na produção
de partículas não uniformes e com larga distribuição de tamanho
(Henezka et al., 2005). Os materiais produzidos por estas técnicas
usualmente requerem etapas adicionais de secagem e micronização, o
que adiciona complexidade ao processo, tornando-o muitas vezes
inviável na tentativa de produzir partículas micrométricas ou
nanométricas (Reverchon, 2002).
A produção de partículas com tamanho e distribuição de tamanho
controlados, com aplicações em diversas áreas, tem sido alvo de várias
pesquisas para o desenvolvimento de nano partículas de polímeros
10
biodegradáveis e biocompatíveis. Tais investigações são plenamente
justificáveis tendo em vista a gama de aplicações destes compostos em
formulações de liberação controlada de princípios ativos com aplicação
nas indústrias alimentícias, farmacêuticas, de cosméticos e de herbicidas
(Yeo e Kiran, 2005). Nestes casos, as técnicas tradicionais possuem
limitações que incluem uso excessivo de solvente, acarretando grandes
concentrações residuais destes no produto final, degradação química e
térmica do soluto e dificuldades no controle do tamanho e distribuição
de tamanho das partículas durante o processamento, bem como baixa
eficiência de encapsulamento (Jarmer et al., 2003; Elvassore et al.,
2003).
Nos últimos anos, muito esforço tem sido direcionado visando
desenvolver formulações próprias para a liberação controlada de
princípios ativos. Em particular, micro e nano partículas poliméricas têm
sido utilizadas com sucesso na preparação de sistemas de liberação
contínua de drogas, aumentando a performance terapêutica quando
comparada a formulações tradicionais. Tipicamente, estes sistemas são
produzidos processando polímeros biodegradáveis e biocompatíveis de
acordo com técnicas tradicionais. Contudo, estas técnicas são pouco
flexíveis e os produtos finais são freqüentemente caracterizados por alto
conteúdo de solvente residual associado a riscos toxicológicos, baixa
quantidade do princípio ativo incorporado, desnaturação ou degradação,
além de propriedades físicas inadequadas como tamanho e morfologia
fora da faixa desejável (Caliceti et al., 2004).
No setor de pigmentos as propriedades finais dos sistemas
resultantes são ditadas pelas propriedades físicas do material incluindo
distribuição de tamanho de partícula e morfologia (Wu et al., 2007),
sendo que tais características são dependentes da forma com que o
pigmento é gerado. Geralmente, recristalização através de solução
orgânica, spray drying e cominuição mecânica em produção industrial,
são utilizadas para a produção de partículas de corantes. Porém, tais
métodos produzem materiais com ampla faixa de distribuição de
tamanho, além da poluição ambiental associada ao uso de solventes
orgânicos (Suo et al., 2005).
A busca por alta rentabilidade na agricultura implica na
disponibilidade de mais produtos ativos em pesticidas com efeitos de
maior duração. Uma redução da freqüência no tratamento é econômica e
ambientalmente de interesse no sentido de diminuir a quantidade
necessária da substância ativa e o custo de mão de obra. Neste contexto,
o sistema de liberação controlada de um herbicida parece oferecer estas
239
Seguindo a mesma sistemática, a Tabela B2 apresenta os valores
dos mesmos parâmetros da Tabela B1, porém, para as condições
experimentais dos quatro planejamentos fatoriais completos 22
sequenciais utilizando a câmara de precipitação com volume de
aproximadamente 600 mL. Esta tabela também apresenta o número de
partículas utilizadas para tais cálculos. Os símbolos X, X , σ e CV%
referem-se respectivamente a tamanho, tamanho médio, desvio padrão e
coeficiente de variação percentual.
Tabela B2 – Valores de tamanho das partículas de PHBV precipitado
nas diferentes condições experimentais dos planejamentos 22
sequenciais.
Exp
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
1B
2B
3B
4B
5B
6B
7B
1C
2C
3C
4C
5C
6C
7C
Xmínimo Xmáximo
Número de
X ±σ
CV (%)
partículas
(µm)
(µm)
(µm)
Bloco A: Concentração da solução = 10 mg/mL
0,40
4,85
65
1186
1,46 ± 0,94
0,41
1,98
27
1189
0,87 ± 0,23
0,50
16,60
95
1183
2,56 ± 2,44
29
1189
0,41
2,21
0,87 ± 0,25
30
1196
0,40
2,13
0,93 ± 0,28
0,40
2,17
33
1178
0,90 ± 0,29
0,61
1,99
24
1166
1,03 ± 0,24
Bloco B: Concentração da solução = 20 mg/mL
0,52
7,53
66
1190
1,69 ± 1,12
0,51
2,81
31
1191
1,14 ± 0,35
0,50
3,81
45
1183
1,20 ± 0,54
0,50
1,99
27
1167
0,96 ± 0,26
0,50
2,90
32
1170
1,02 ± 0,33
0,30
4,96
56
1191
1,15 ± 0,64
0,41
3,83
51
1179
0,96 ± 0,49
Bloco C: Concentração da solução = 30 mg/mL
0,63
23,98
113
1171
3,40 ± 3,83
0,41
15,99
121
1197
2,55 ± 3,07
0,50
89,47
81
1223
27,79 ± 22,61
0,50
17,93
91
1195
2,90 ± 2,65
0,54
20,56
104
1203
3,66 ± 3,79
0,45
18,94
92
1195
4,01 ± 3,70
0,70
19,62
110
1169
3,11 ± 3,41
238
11
25
100
90
80
70
15
60
50
10
40
30
5
20
20
10
0
100
400
700
0
1000
Tamanho de partícula (nm)
condição experimental 10.
20
100
90
70
60
10
50
40
30
5
80
15
20
10
0
100
400
700
0
1000
vantagens quando comparado às formulações convencionais (Taki et al.,
2001; Boutin et al., 2004).
Visando à obtenção de produtos com alta qualidade, o aumento
da vida de prateleira de alimentos perecíveis e até mesmo incorporar
vitaminas e compostos nutracêuticos em alguns alimentos, a indústria
alimentícia vem utilizando formulações na faixa micrométrica. Tais
formulações empregam, geralmente, um bio-polímero contendo algum
tipo de princípio ativo impregnado ou encapsulado. Estes princípios
ativos podem atuar como agentes antimicrobianos, realçadores de cor e
sabor ou até mesmo como complemento na dieta humana. As técnicas
convencionais utilizadas neste segmento tornam-se onerosas no sentido
de proporcionar insumos com alto grau de pureza e com características
adequadas, necessárias para fazer com que estes insumos possam ser
utilizados em alimentos. Rígidas regulamentações no uso de solventes
orgânicos e seus valores residuais nos produtos finais são as maiores
limitações destas técnicas (Vemavarapu et al., 2005).
Com relação ao encapsulamento de compostos, existem
basicamente duas maneiras: o composto pode ser encapsulado, situação
em que ocorre a formação de uma fina camada de polímero recobrindo o
composto, ou o composto pode ser co-precipitado, onde várias partículas
do composto encontram-se dentro da partícula de polímero. O
encapsulamento, também chamado de formação de micro ou nano
cápsulas, ocorre quando o material a ser encapsulado é posto em
suspensão em uma solução polimérica e então o polímero dissolvido é
precipitado recobrindo o material em suspensão. A co-precipitação ou
formação de micro e/ou nano esferas, ou ainda impregnação, ocorre
quando o composto a ser encapsulado e o polímero são dissolvidos em
um único solvente ou em uma mistura destes e simultaneamente
precipitados (Kalogiannis et al., 2006; Bahrami e Ranjbarian, 2007).
Com o objetivo de satisfazer as necessidades dos segmentos
industriais que utilizam materiais sólidos com características controladas
como tamanho e distribuição de tamanho de partículas, morfologia e
estrutura cristalina, métodos alternativos de precipitação e
encapsulamento de materiais, empregando a tecnologia de fluidos sub
e/ou supercríticos, têm sido estudados nos últimos anos. As
investigações apontam para uma nova e interessante rota para a
produção de partículas ou compósitos, sanando muitas das deficiências
dos métodos convencionais.
Processos empregando fluidos supercríticos fornecem micro ou
até mesmo nano partículas com estreita distribuição de tamanhos além
de boa eficiência de encapsulamento. Além disso, várias outras
12
35
100
90
30
25
70
60
20
50
15
40
30
10
80
20
5
10
0
100
0
10000
1000
20
100
90
15
70
60
10
50
40
30
5
80
vantagens podem ser observadas dependendo da escolha da
configuração do processo: alta pureza dos produtos, controle do
polimorfismo dos cristais, possibilidade de processar moléculas termo
sensíveis, processo de um único estágio e tecnologia ambientalmente
aceitável (Fages et al., 2004).
Até a década de 80, os processos envolvendo tecnologia
supercrítica estiveram focados principalmente em extração e
fracionamento; porém, nos últimos anos, o processamento de materiais
com fluidos supercríticos tem também despertado interesse em outras
áreas (Sihvonen et al., 1999). Apesar de o uso de fluidos supercríticos
como meio propício para a formação de materiais particulados ser
recente, comparativamente com suas aplicações na área de extração ou
separação, a primeira publicação com respeito à formação de partículas,
segundo Jung e Perrut (2001) e Marr e Gamse (2000), foi descrita por
Hanay e Hogarth em 1879 que detectaram a formação de “neve” pela
rápida redução da pressão de uma solução binária envolvendo um fluido
supercrítico e um sólido.
A literatura indica um considerável aumento da aplicação da
tecnologia supercrítica para a produção de partículas a partir do final da
década de 80. Boa parte dos trabalhos é focada no desenvolvimento de
produtos farmacêuticos e na elaboração de polímeros, para a produção
de compósitos polímero-fármaco ou para a cobertura de superfícies
(Subra e Jestin, 1999).
Atualmente, estudos apontam para um futuro promissor na
aplicação da tecnologia supercrítica para a produção de novos
ingredientes micro e nano particulados para liberação controlada na área
alimentícia e nutracêutica, sendo um mercado crescente na substituição
de produtos obtidos com solventes orgânicos e propondo novos produtos
de alta qualidade (Sihvonen et al., 1999; Perrut, 2000; Zhong et al.,
2008).
Exemplificando, Cocero et al. (2007) recentemente realizaram a
co-precipitação de carotenóides empregando bio-polímeros com o
objetivo de aumentar a estabilidade dos carotenóides e sua dissolução
em meios aquosos. O mesmo grupo realizou ainda dois trabalhos. Em
um deles foi estudado o efeito de diversos parâmetros de processo na
co-precipitação de β-caroteno e polietileno glicol (Mattea et al., 2008).
No outro trabalho foi realizado o encapsulamento de outro carotenóide,
a luteína, e o biopolímero utilizado foi o ácido poli-láctico (Miguel et
al., 2008).
He et al. (2007) realizaram um trabalho produzindo compósitos
de caroteno natural e polietileno glicol verificando a influência de
237
20
10
0
100
400
700
0
1000
236
13
25
100
90
80
70
15
60
50
10
40
30
5
20
20
10
0
100
0
10000
1000
30
100
90
80
70
20
60
15
50
40
10
30
25
20
5
10
0
100
400
700
0
1000
diversos parâmetros de operação sobre o percentual de encapsulamento.
Em outro trabalho, o mesmo grupo estudou o efeito da formação de
compósitos entre caroteno e proantocianidina sobre a estabalidade e a
degradação do caroteno (Hong et al., 2007).
Há uma gama de biopolímeros naturais ou sintéticos que podem
ser empregados como agentes encapsulantes de compostos bioativos,
por apresentarem biocompatibilidade e biodegradabilidade. Dentre os
principais destacam-se o ácido poliláctico, policaprolactona,
polilactídeo, poli(lactídeo-co-glicolídeo), polietilenoglicol, polivinil
álcool, poliidroxibutirato e o co-polímero poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato) (Yeo e Kiran, 2005; Cocero et al., 2009).
Os últimos dois polímeros citados acima são produzidos por
síntese bacteriana chegando a até 80% do peso seco da massa bacteriana
gerada. Além disso, estes polímeros tem atraído muito interesse devido
ao seu alto grau de degradabilidade, chegando a uma degradação efetiva
num período de aproximadamente 60 dias, além de ser totalmente
biocompatível (Bucci et al., 2007).
A utilização do co-polímero poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato) ou simplesmente PHBV no campo da biomedicina vem
ganhando muita importância nos últimos anos, tanto na engenharia de
tecidos como na preparação de sistemas de liberação controlada, uma
vez que á possível preparar um sistema de liberação de drogas através da
degradação gradual da matriz polimérica no organismo e a conseqüente
liberação do princípio ativo (Sendil et al., 1999; Baran et al., 2002;
Chen e Davis, 2002; Chen e Wu, 2005). Além disto, o co-polímero
PHBV foi proposto como matéria-prima na produção de embalagens
para a indústria de alimentos. Estas embalagens podem conter um
princípio ativo impregnado como um agente antioxidante, podendo
aumentar a vida de prateleira de produtos alimentícios pela liberação
gradual do princípio ativo (Bucci et al., 2005).
Existem vários compostos que podem ser usados como fluidos
supercríticos. Contudo, do ponto de vista farmacêutico, nutracêutico e
alimentício, o mais amplamente usado é o dióxido de carbono, devido às
suas características tais como ser atóxico, não reativo, ambientalmente
aceitável e não inflamável. O fato de possuir também como
característica desejável temperatura e pressão críticas relativamente
baixas (Tc = 31,1 °C, Pc = 72 bar) torna tal solvente adequado para o
processamento de compostos termo sensíveis (Mukhopadhyay, 2000).
Beckman (2004) apresenta uma ampla revisão concernente à
utilização de CO2 nos mais diferentes processos, revelando uma
permeação deste fluido por diversas áreas industriais como
14
Várias técnicas de precipitação e encapsulamento têm sito
propostas na literatura levando em consideração as características
específicas dos fluidos sub e/ou supercríticos tais como fácil
manipulação da densidade destes fluidos. Estas técnicas podem ser
divididas em três categorias principais, as quais preferencialmente
empregam CO2 como fluido pressurizado, seja como solvente, como
soluto ou como anti-solvente.
100
90
25
70
20
60
15
50
40
10
30
80
20
5
10
0
100
400
700
0
1000
2.1.1. Formação de partículas empregando fluidos supercríticos como
solventes
30
Esta técnica envolve a precipitação do soluto presente em uma
solução supercrítica homogênea pela rápida expansão desta para
condições ambientes de temperatura e pressão. Esta técnica é chamada
de Rápida Expansão de Soluções Supercríticas (RESS) e, segundo Jung
e Perrut (2001), o trabalho pioneiro utilizando esta técnica foi realizado
por Krukonis em 1984, na recristalização de beta-estradiol, ferroceno e
dodecanolactam entre outros.
A expansão de soluções supercríticas leva à perda do poder
solvente do fluido supercrítico e, conseqüentemente, à precipitação do
soluto. Rápidas expansões, da ordem de 10-5 s, podem ser alcançadas em
bocais e capilares, levando a altas supersaturações e conseqüentemente a
minúsculas partículas. Ressalta-se também que a redução da pressão é
uma perturbação mecânica que se propaga na velocidade do som,
favorecendo a rápida obtenção de condições uniformes no fluido em
expansão. Esta combinação de elevadas supersaturações e condições
uniformes do meio em nucleação é uma característica peculiar do
processo RESS, que pode, em princípio, ser designado para produzir
25
100
90
80
70
20
60
15
50
40
10
30
2.1. Métodos experimentais para obtenção de micro partículas
empregando fluidos pressurizados
30
farmacêutica, alimentícia, nutracêutica, polimérica, catalítica, dentre
outras. O autor conclui que uma cuidadosa aplicação da tecnologia que
utiliza tal fluido pode resultar em produtos e processos “limpos”, mais
baratos e de alta qualidade.
A literatura apresenta diferentes técnicas experimentais que
utilizam fluidos sub ou supercríticos para a precipitação dos mais
diversos tipos de materiais incluindo princípios ativos e polímeros, bem
como encapsulamento. A seguir, é apresentada uma breve explanação
sobre as técnicas empregadas em estudos experimentais de precipitação
a altas pressões.
235
20
5
10
0
100
400
700
0
1000
234
15
25
100
90
80
70
15
60
50
10
40
30
5
20
20
10
0
100
400
700
1000
partículas minúsculas e monodispersas com estreita distribuição de
tamanhos (Debenedetti et al., 1993). A morfologia do material sólido
resultante, cristalina ou amorfa, depende da estrutura química do
material e dos parâmetros do processo de RESS, como temperatura,
queda de pressão, geometria e dimensões do bocal, concentração da
solução entre outros.
A Figura 2.1 mostra a idéia básica da técnica RESS. O composto
sólido é solubilizado em um fluido supercrítico em um vaso de extração
a temperatura e pressão pré-determinadas. Após, esta solução é
despressurizada ou expandida repentinamente a condições ambientes no
vaso de expansão por intermédio de um bocal, causando rápida e
uniforme nucleação do material sólido e, como conseqüência
produzindo partículas de tamanho microscópico com estreita
distribuição de tamanho.
0
1300
Bomba
25
CO2
100
Câmara de
expansão
90
80
70
15
60
50
10
40
30
5
20
20
10
0
100
Bocal
Câmara de
extração
400
700
1000
0
1300
Figura 2.1 – Diagrama da técnica RESS (Jung e Perrut, 2001).
A linha que vai da câmara de extração até a entrada da câmara de
expansão é chamada de dispositivo de pré-expansão. Tal dispositivo
normalmente é um tubo espiral, possuindo as mesmas dimensões das
demais linhas. Este dispositivo é usualmente mantido a
aproximadamente 50 °C acima da temperatura da câmara de extração
pelo uso de uma fita de aquecimento ou por um banho termostático ou
forno evitando assim precipitações prematuras do soluto nas linhas
(Jung e Perrut, 2001).
Na câmara de expansão, a solução é expandida através de um
dispositivo de restrição de fluxo. Este dispositivo limita o crescimento
das partículas após o processo de nucleação afetando a dinâmica da
expansão do jato. O efeito Joule-Thompson, resultante da grande
expansão volumétrica na saída do dispositivo de restrição, causa uma
16
queda na temperatura, podendo até levar ao congelamento do solvente e
o conseqüente entupimento do dispositivo.
Durante o projeto deste processo, é necessário que se tenha o
melhor entendimento possível com relação ao que ocorre antes do bocal,
isto é, durante o passo de extração. Conseqüentemente, é importante
tanto coletar dados de equilíbrio da literatura quando estão disponíveis,
ou realizar experimentos acerca da solubilidade do(s) soluto(s) no fluido
supercrítico (Fages et al., 2004).
Infelizmente, muitos compostos polares ou de alto peso
molecular, como é o caso dos polímeros, possuem solubilidade
extremamente baixa em fluidos supercríticos comumente empregados na
literatura, especialmente em CO2. Isto faz com que a técnica RESS
possua algumas limitações, tais como, a alta faixa de pressão necessária
para obter solubilidades adequadas, o alto fluxo do fluido e o modo de
operação do processo que é feito de forma descontínua em muitos casos.
Como regra geral, no entanto, se o soluto possuir uma
solubilidade significativa no fluido supercrítico, a técnica RESS poderá
ser a primeira escolha para a obtenção de partículas devido a sua
simplicidade (Shariati e Peters, 2003).
Para um melhor entendimento a respeito da técnica, Jung e Perrut
(2001) apresentam uma revisão acerca da história da técnica, bem como
os materiais processados. Outras revisões também são apresentadas por
Shariati e Peters (2003) que fornecem uma visão geral da técnica, e Yeo
e Kiran (2005), que focam especificamente na formação de partículas de
polímeros para a área farmacêutica. Vemavarapu et al. (2005) fornecem
em sua revisão informações e recursos necessários para a pesquisa na
formação de partículas empregando fluidos supercríticos. Estes autores
comentam também os vários estágios envolvidos na formação de
partículas como coleta, expansão, pré-expansão entre outros.
2.1.2. Formação de partículas empregando fluidos supercríticos como
solutos
A técnica PGSS (Partículas de Soluções Saturadas de Gás)
emprega fluidos sub ou supercríticos como soluto. Esta técnica é
indicada para produzir partículas de materiais que absorvem fluidos
supercríticos em altas concentrações. Embora a execução em aplicações
industriais esteja voltada atualmente, na maior parte, para materiais não
poliméricos, a técnica é muito promissora e é altamente satisfatória para
a produção de polímeros na forma de pó, particularmente para
aplicações de recobrimento de partículas (Yeo e Kiran, 2005).
233
APÊNDICE B
CARACTERÍSTICAS DIMENSIONAIS DAS PARTÍCULAS DE
PHBV
A Tabela B1 apresenta os valores de tamanho mínimo e máximo,
o tamanho médio, o desvio padrão e o coeficiente de variação em torno
do valor médio das partículas de PHBV precipitadas nas diferentes
condições experimentais do planejamento fatorial completo 23
utilizando a câmara de precipitação com volume de aproximadamente
62 mL. Na presente tabela também é apresentado o número de partículas
utilizadas para tais cálculos. Os símbolos X, X , σ e CV% referem-se
respectivamente a tamanho, tamanho médio, desvio padrão e coeficiente
de variação percentual.
Tabela B1 – Valores de tamanho das partículas de PHBV precipitado
nas diferentes condições experimentais do planejamento 23.
Exp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Xmínimo
(nm)
259
215
142
132
278
136
178
173
170
166
Xmáximo
(nm)
823
797
569
640
1012
498
1331
477
476
464
X ±σ
(nm)
487 ± 108
505 ± 124
329 ± 69
370 ± 79
570 ± 161
278 ± 62
563 ± 177
330 ± 79
324 ± 61
314 ± 66
CV
(%)
21
24
21
21
28
22
31
24
19
21
Número de
partículas
416
519
625
413
587
685
569
562
672
510
de partícula do PHBV precipitado, em escala logarítmica, para as
diferentes condições experimentais do planejamento fatorial 23.
17
O princípio da técnica PGSS e os parâmetros de operação diferem
muito pouco da técnica RESS. Porém, aqui, o fluido supercrítico ou gás
comprimido, é que é dissolvido em um material sólido fundido e esta
mistura a alta pressão é rapidamente despressurizada por intermédio de
um bocal acarretando na formação de partículas por precipitação. Esta
técnica é especialmente promissora para a impregnação de ingredientes
ativos em matrizes poliméricas. Os princípios governantes envolvem
separação de fases induzida pela pressão, temperatura e solvente.
As vantagens desta técnica se traduzem na baixa demanda de gás
(alguns gramas) e a reduzida pressão de operação que varia entre 100 e
200 bar. Porém, o fato de que poucas substâncias podem ser fundidas a
altas temperaturas sem a ocorrência de alterações químicas ou físicas
limita a utilização da técnica. Sendo assim, podem ser processados
somente compostos que possuem temperatura de fusão relativamente
baixa, sendo praticamente descartados, mais uma vez, os compostos
termolábeis.
2.1.3. Formação de partículas
supercríticos como anti-solventes
empregando
fluidos
sub
ou
Esta última categoria utiliza fluidos pressurizados ou
supercríticos como anti-solventes, causando a precipitação do(s)
substrato(s) dissolvido(s) inicialmente em uma solução orgânica. Esta
categoria é empregada para compostos que são praticamente insolúveis
em fluidos supercríticos. Diferentes siglas são utilizadas pela literatura
para esta categoria, tais como GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES. Porém,
a principal diferença entre estes processos é a maneira como ocorre o
contato entre a solução orgânica e o anti-solvente comprimido.
O princípio básico das técnicas anti-solvente reside no fato que o
soluto seja completamente miscível no solvente orgânico e imiscível ou
muito pouco miscível no anti-solvente e, ainda, que o solvente orgânico
possua uma afinidade maior pelo anti-solvente do que pelo soluto. Desta
forma, quando a solução contendo o soluto é posta em contato com o
anti-solvente, a solubilidade do soluto no solvente orgânico é
drasticamente reduzida, devido ao anti-solvente causar um decréscimo
no poder de solvatação do solvente orgânico, levando à precipitação do
soluto na forma particulada.
A técnica de precipitação GAS (Gás Anti-Solvente) foi o
primeiro método descrito empregando anti-solvente pressurizado. Este
método foi descrito por Gallagher et al. (1989) que demonstraram que a
taxa de adição de um gás anti-solvente pode ser programada para
18
231
40
100
90
35
30
70
25
60
20
50
40
15
30
10
80
controlar a morfologia, tamanho e distribuição de tamanho dos cristais
sob uma ampla faixa. Estes autores aplicaram esta propriedade para
recristalizar explosivos de difícil cominuição. A Figura 2.2 apresenta um
diagrama da técnica GAS.
Nesta técnica a solução é introduzida em uma câmara,
normalmente de aço inox, com temperatura controlada. Então, o antisolvente é adicionado ou borbulhado pelo fundo da câmara através de
um filtro dispersor a uma taxa constante pré-determinada e na
temperatura em que a operação é realizada.
20
5
10
0
Precipitador
Bomba
1
10
100
0
1000
Figura A47 – Distribuição de tamanho das partículas de β-caroteno da
CO2
Soluçã
Solução
o
Figura 2.2 – Diagrama da técnica GAS (Jung e Perrut, 2001).
O anti-solvente é introduzido até que a pressão alcance o valor
final pré-definido causando a expansão da solução líquida. A partir daí,
uma válvula de saída é aberta e anti-solvente puro é adicionado com o
objetivo de retirar todo o solvente orgânico de dentro da câmara de
precipitação. Nesta etapa, a pressão e a temperatura são mantidas
constantes. O último passo é a despressurização da câmara e a coleta do
material precipitado (Jung e Perrut, 2001).
Nesta técnica as características das partículas precipitadas, sejam
elas puras ou encapsuladas, podem ser ajustadas pela temperatura,
pressão, taxa de adição do anti-solvente e, em alguns casos, pela
agitação mecânica realizada na câmara de precipitação no sentido de
230
19
40
100
90
35
70
25
60
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5
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0
1
10
100
0
1000
aumentar o contato do anti-solvente com a solução. A escolha do tipo de
solvente orgânico também é relevante, devido à expansão volumétrica
da solução ser relativa não só à taxa de adição do anti-solvente, mas
também ao tipo de solvente utilizado, pois cada solvente apresenta uma
expansão volumétrica diferente na presença do anti-solvente
comprimido.
Apesar de, teoricamente, uma expansão muito lenta produzir uma
solução supersaturada homogênea, tal expansão é muito difícil de ser
controlada. Além disso, é difícil alcançar altos níveis de supersaturação
devido ao rápido processo de nucleação e também devido à transferência
de massa ocorrer tanto por convecção como por difusão molecular,
conduzindo a supersaturações relativamente baixas para muitos solutos
(Bristow et al., 2001).
A vantagem da técnica GAS é a operação em condições amenas
de temperatura e pressão, geralmente em torno da temperatura crítica do
anti-solvente e pressões geralmente menores que 80 bar. Estas condições
amenas de operação permitem processar e encapsular compostos termo
sensíveis sem que estes sofram alterações em suas características.
O modo contínuo da técnica GAS é conhecido como ASES
(Sistema de Extração de Solvente em Aerossol) ou também como SAS
(Anti-Solvente Supercrítico). Neste trabalho, para fins de diferenciação,
nos referimos à técnica SAS quando o anti-solvente estiver em estado
supercrítico e ASES quando estiver em estado subcrítico. Nestes modos
de processo, a solução e o antisolvente são adicionados simultaneamente
em modo co-corrente por orifícios diferentes ou contracorrente para
dentro da câmara de precipitação, a qual já contém o anti-solvente. O
mecanismo de contato entre o anti-solvente e a solução é diferente,
comparado com o método GAS.
Quando a solução é aspergida no meio contendo o anti-solvente,
ocorre a geração de micro gotas desta, gerando um rápido contato entre
os meios, levando a uma alta taxa de supersaturação da solução. Este
resultado gera uma rápida nucleação e crescimento, criando
conseqüentemente, minúsculas partículas (Suo et al., 2005). Para que
ocorra a formação de micro gotas, a solução normalmente é aspergida a
uma pressão em torno de 20 bar superior à pressão de operação da
câmara. A Figura 2.3 mostra um diagrama da técnica SAS ou ASES.
20
229
50
100
45
90
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80
35
70
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50
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40
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30
10
20
5
10
Câmara de
precipitação
CO22
C
O
Filtro
Saída
Figura 2.3 – Diagrama da técnica SAS ou ASES (Jung e Perrut, 2001).
0
0,1
1
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0
100
40
100
90
35
80
A idéia básica da técnica SAS ou ASES é carregar a câmara de
precipitação com uma quantidade pré-determinada de anti-solvente, em
estado sub ou supercrítico, dependendo da técnica, até que a pressão de
operação seja alcançada. Em seguida, quando pressão e temperatura
estiverem constantes, uma quantidade de solução é aspergida na câmara,
mantendo-se a adição constante do anti-solvente.
Quando uma quantidade pré-determinada da solução tiver sido
introduzida, a adição desta é interrompida e o anti-solvente continua a
fluir por mais algum tempo visando a secagem das partículas geradas,
ou seja, retirando todo o solvente orgânico presente no meio. Esta etapa
é bastante importante, pois a quantidade de solvente orgânico
remanescente na câmara durante a despressurização poderá fazer com
que as partículas coalesçam e percam suas características originais.
Como na técnica GAS, o último passo é a despressurização da
câmara de precipitação e a retirada do material precipitado, este
normalmente fica depositado sobre um filtro que é colocado no fundo da
câmara para evitar que as partículas sólidas sejam arrastadas para fora
da câmara.
As técnicas PCA e SEDS são similares às técnicas SAS e ASES,
possuindo praticamente a mesma configuração. A técnica PCA foi
inicialmente proposta por Dixon (1992) onde, ao contrário da técnica
GAS, a câmara de precipitação é carregada com o anti-solvente
comprimido e a solução é que é aspergida para o interior da câmara
contendo o anti-solvente. Quando um determinado volume da solução
tiver sido aspergido no anti-solvente, a aspersão desta é interrompida e é
Solução
orgânica
Bocal
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70
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50
40
15
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Bomba
Bomba
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228
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35
70
25
60
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50
40
15
30
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80
30
iniciada a passagem de anti-solvente pela câmara de precipitação para
realizar a secagem das partículas precipitadas.
Na técnica SEDS, a solução e o anti-solvente comprimido são
aspergidos através de um único bocal para a câmara de precipitação já
contendo anti-solvente pressurizado. Neste caso, uma câmara de prémistura da solução e do anti-solvente é disposta antes do dispositivo de
aspersão na câmara de precipitação. Outra maneira é a aspersão
simultânea da solução e do anti-solvente através de bocais coaxiais. A
Figura 2.4 apresenta um diagrama destas duas técnicas, sendo o
princípio de operação basicamente o mesmo das técnicas SAS e ASES.
20
5
10
0
1
10
100
0
1000
Bocal
40
Solução
orgânica
Câmara de
precipitação
C 22
CO
O
100
Saída
90
35
70
25
60
20
50
40
15
30
10
30
20
5
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0
1
10
100
Filtro
Figura 2.4 – Diagrama das técnicas PCA e SEDS (Jung e Perrut, 2001).
80
Bomba
Bomba
0
1000
Nestas técnicas, os dispositivos de aspersão são fabricados
especificamente para aumentar o contato entre as fases e aumentar
também a transferência de massa entre as micro gotas geradas e o antisolvente. Como o anti-solvente entra na câmara em alta velocidade,
promove uma dispersão do jato da solução em gotículas extremamente
pequenas. Além disso, as condições são arranjadas de modo que o antisolvente extraia o solvente da solução através de um íntimo contato
entre solução e anti-solvente (Jung e Perrut, 2001).
Estes dispositivos de aspersão, utilizados nas técnicas antisolvente afetam a morfologia das partículas devido ao fato destes
afetarem o tamanho das gotículas e conseqüentemente a taxa de extração
do solvente pelo anti-solvente. Várias configurações são usadas, como
capilares, bocais, discos confeccionados a laser e válvulas. Para
propósitos investigativos, capilares são preferidos devido a sua fácil
22
40
100
90
35
30
70
25
60
20
50
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15
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15
30
10
80
disponibilidade, baixo custo e flexibilidade para alterar a geometria do
dispositivo de aspersão. Normalmente, estes dispositivos possuem
orifícios com diâmetro entre 20 e 1600 µm (Vemavarapu et al., 2005).
Nestes modos que operam continuamente, a vazão da solução e
do anti-solvente e a sua razão podem ser importantes para a evolução do
processo de precipitação. Além destes, vários outros parâmetros podem
controlar o processo de precipitação em modo contínuo e muitos tipos
de morfologia de partículas podem ser observados (Reverchon, 1999).
O passo de secagem com anti-solvente puro ao final do processo
de precipitação é também fundamental para evitar a condensação da fase
líquida que, ao entrar em contato com as partículas precipitadas
modifica suas características. Um método para calcular a duração da
secagem é considerar o precipitador como sendo um tanque
continuamente agitado. Desta maneira, é possível calcular o tempo
necessário para a eliminação de uma dada percentagem de solvente
líquido para um fluxo de anti-solvente fixo (Reverchon, 1999).
São muitos, e muitas vezes complexos, os parâmetros que
influenciam as características finais do produto obtido. Em suma, o que
dita a escolha da técnica para a operação de precipitação e
encapsulamento é o tipo de soluto a ser precipitado, se vai ser
encapsulado ou não, e as características desejadas no produto final.
Neste sentido, vários trabalhos de revisão na literatura sobre as técnicas
que utilizam fluidos pressurizados focam itens como: técnica
empregada, tipo de material processado, fluido utilizado e características
gerais do material obtido. Tais revisões podem ser encontradas nos
trabalhos de Reverchon, (1999); Marr e Gamse (2000); Jung e Perrut
(2001); Shariati e Peters (2003); Vemavarapu et al. (2005); Yeo e Kiran
(2005); Reverchon e Adami (2006); Bahrami e Ranjbarian (2007);
Martin e Cocero (2008) e Cocero et al. (2009).
Seguindo esta sistemática, no presente trabalho optou-se por
apresentar um resumo complementar de trabalhos disponíveis na
literatura com respeito à técnica anti-solvente para precipitação de
sólidos de baixa massa molar e de polímeros que datam posteriores aos
trabalhos acima citados ou não são citados nestes. Tal revisão, que visa
complementar estes trabalhos é apresentada nas Tabelas 2.1 e 2.2 que
reportam a precipitação de materiais não poliméricos e de polímeros,
respectivamente. Na Tabela 2.3 são apresentados dados referentes aos
principais trabalhos da literatura que reportam resultados sobre
percentual e eficiência de encapsulamento de materiais de baixa massa
molar em biopolímeros.
227
20
5
10
0
1
10
100
0
1000
226
23
40
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35
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25
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30
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5
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0
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10
80
30
20
5
10
0
1
10
100
0
1000
A revisão termina com a Tabela 2.4 que mostra o efeito dos
principais parâmetros de operação sobre o tamanho das partículas
precipitadas de diferentes materiais incluindo polímeros. Nesta tabela
são apresentados os efeitos dos seguintes parâmetros sobre o tamanho
de partícula: pressão de precipitação (P), temperatura de precipitação
(T), concentração de soluto na solução orgânica (CS), fluxo da solução
orgânica (qS) e fluxo de anti-solvente (qA).
Outras revisões, a respeito de projeto e aspectos de processo em
escala de laboratório bem como o efeito dos parâmetros de processo
sobre as características do material precipitado podem também ser
encontradas respectivamente nos trabalhos de Yeo e Kiran (2005);
Vemavarapu et al. (2005) e Reverchon et al. (2008b).
90
80
60
25
70
50
20
40
15
10
30
10
5
20
100
40
90
35
60
25
50
20
40
15
10
5
SOLUTO
(SOLVENTE)
β-caroteno
(AcOEt, DCM)
Andrographolide
(EtOH)
Flavonóide
ginkgolides
(EtOH)
Paracetamol
(ACE)
Amoxicilina
(EtOH e DMSO)
80
70
10
30
20
MÉTODO
GAS
SAS
GAS
PCA e GAS
SAS
ANTI
SOLVENTE
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
RESULTADOS OBSERVADOS
Partículas entre 1 e 5 µm ou maiores que 5 µm
foram obtidas dependendo da condição
experimental.
Partículas na forma de bastões foram obtidas com
tamanhos variando entre 5 e 50 µm. Foi
observado que houve modificação na estrutura
cristalina interna comparado ao material não
processado.
Morfologia tipo bastões com comprimento
variando entre 10 e 200 µm.
Partículas com tamanho médio de 2 µm foram
obtidas empregando o método PCA; para o
método GAS, o tamanho das partículas ficou
entre 90 e 250 µm. A morfologia das partículas
apresentou formato esferoidal e prismático.
Dependendo das condições experimentais,
partículas esféricas e não aglomeradas foram
obtidas na faixa de 0,2 e 1,6 µm.
Kalogiannis et
al. (2005)
Fusaro et al.
(2005)
Chen et al.
(2005b)
Chen et al.
(2005a)
Cocero e
Ferrero (2002)
REFERÊNCIA
1
10
100
0
1000
0
0
100
10
1
0
0,1
Tabela 2.1 – Materiais não poliméricos precipitados pelos processos GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES.
35
30
100
40
30
225
24
1
10
35
30
80
25
70
60
20
50
15
40
10
30
5
20
10
0
100
0
1000
Su e Chen
(2005)
Subra et al.
(2005)
Suo et al.
(2005)
Dependendo da condição de precipitação o
tamanho das partículas diminuiu de cerca de 200
µm para cerca de 50 µm. As partículas
precipitadas apresentaram uma forma regular.
Micropartículas com formato de placas com
comprimento variando entre 15 e 500 µm.
Partículas com formato de agulhas em alguns
casos coalescidas com formato de rede. Tamanho:
2 a 16 µm.
Wu et al. (2005)
Reverchon et al.
(2005)
Nano-partículas com morfologia esférica com
diâmetros variando entre 50 e 100 nm; cristais
longos na forma de agulhas também foram
obtidos em algumas condições experimentais.
Nanopartículas esféricas com tamanho entre 49 e
74 nm foram produzidas.
Rajasingam et
al. (2005)
REFERÊNCIA
-
100
CO2
SAS
40
0
1000
Pigmento vermelho
177 (DMSO)
100
CO2
10
SEDS
1
Pigmento Bixina
(DCM)
0
CO2
10
SAS
20
Teofilina
(DCM-EtOH)
5
CO2
30
SAS
10
Salicilamina
(ACE, EtOH e
AcOEt)
40
CO2
15
SAS
50
Pigmento vermelho 60
(ACE, NMP,
DMSO)
20
CO2
60
GAS
70
80
Potassium
aurocyanide
(ACE, DMSO,
NMP)
25
ANTI
SOLVENTE
90
MÉTODO
100
SOLUTO
(SOLVENTE)
30
Tabela 2.1 – Continuação.
35
40
224
25
90
70
60
50
40
10
30
15
25
20
BECD
(ACE, MeOH e
EtOH)
SOLUTO
(SOLVENTE)
ASES e
GAS
GAS
MÉTODO
80
Sulfato de
D-glucosamina
(MetOH)
ASES e
GAS
10
CO2
CO2
CO2
100
90
35
80
60
25
70
50
20
40
15
10
30
20
Diferentes tamanhos médios de partícula foram
obtidos dependendo da técnica empregada. Pela
técnica ASES o tamanho médio de partícula
variou entre 5,9 e 188,9 µm enquanto que pela
técnica GAS o tamanho médio variou entre 18,4 e
21,2 µm. Partículas com morfologia tipo placas
foram obtidas. O rendimento da precipitação
variou entre 40 e 95%.
O material precipitado apresentou diferentes
morfologias dependendo da técnica de
precipitação utilizada. Na técnica ASES as
partículas apresentaram morfologia tipo penas
com tamanho médio entre 5,36 e 88,55 µm e na
técnica GAS tipo estrela com tamanho médio
entre 8,61 e 23,44 µm.
Foram obtidas partículas com tamanho variando
entre 0,8 e 64,3 µm. Foi observado que
dependendo do solvente orgânico utilizado,
partículas com diferentes morfologias e com
maior ou menor grau de aglomeração foram
produzidas.
40
10
1
10
100
0
1000
0
Gimeno et al.
(2006)
Gimeno et al.
(2006)
Bakhbakhi et al.
(2006)
REFERÊNCIA
5
0
100
10
1
0
0,1
ANTI
SOLVENTE
5
100
40
30
90
35
Hidrocloreto de
D-glucosamina
(MetOH)
30
223
26
20
1
1
10
10
100
40
35
25
20
15
5
0
100
30
80
70
60
50
40
10
30
20
10
0
1000
Li et al. (2006)
Miguel et al.
(2006)
Neste trabalho foi verificado o efeito de vários
parâmetros no tamanho de partícula. O tamanho
médio de partícula do material precipitado variou
de 1,3 a 6,2 µm, pelo menos 20 vezes menor do
que o composto não precipitado.
Partículas no formato de agulha foram obtidas
com tamanho variando entre 10 e 80 µm
dependendo das condições de operação.
100
Kikic et al.
(2006)
Aglomerados com tamanhos médios entre 17 e 43
µm formados por partículas esféricas da ordem de
5 a 7 µm dependendo das condições
experimentais e dos solventes utilizados.
He et al. (2006)
0
1000
CO2
0
Cristais de caroteno foram obtidos com tamanhos
na faixa de 0,37 a 2,85 µm. Foi verificado
também um aumento na pureza do material
precipitado.
10
SAS
5
REFERÊNCIA
20
Licopeno
(DCM)
30
CO2
10
ASES
40
Acetaminofeno
(EtOH, MetOH,
ACE e AcOEt)
15
CO2
50
SAS
20
Atenolol
(MeOH, EtOH e
isopropanol)
60
CO2
25
SEDS
70
80
Caroteno natural
(DCM)
30
ANTI
SOLVENTE
35
MÉTODO
90
SOLUTO
(SOLVENTE)
40
100
45
222
27
90
70
60
50
40
10
30
15
25
20
Cefalosporinas
(DMSO)
Sulfabenzamida
(ACE, MeOH,
EtOH, AcOEt)
SOLUTO
(SOLVENTE)
SAS
SAS
GAS
MÉTODO
80
Pigmento azul 15:6
(DMSO)
SEDS
10
1
CO2
CO2
CO2
CO2
100
90
35
80
60
25
70
50
20
40
15
10
30
20
Cristais aciculares ou no formato de varas com
tamanho de partícula de aproximadamente 20 x
100 µm foram precipitados no formato de longas
varas e fibras retorcidas com tamanho variando
de 0,1 a 2,2 µm.
Os autores reportam resultados de morfologia de
partículas tipo varas com comprimento variando
entre 200 nm e 1 µm.
Foram obtidos precipitados com diferentes
morfologias: submicropartículas, micropartículas,
esferas ocas e largos cristais. As diferentes
morfologias observadas foram relacionadas com
o ponto de operação no diagrama de fases do
sistema ternário. Partículas com dimensões na
faixa de 0,1 a 50 µm foram observadas.
Partículas com tamanho entre 10 e 80 µm foram
formadas dependendo do solvente utilizado. Os
autores reportam modificação na estrutura interna
das partículas formadas dependendo do solvente
empregado.
40
10
0
He et al.
(2007a)
Wu et al. (2006)
Reverchon e De
Marco (2006)
Park et al.
(2006)
REFERÊNCIA
5
0
1000
100
10
1
10
100
0
1000
0
ANTI
SOLVENTE
5
100
40
30
90
35
Baicalin
(DCM e EtOH)
30
221
28
20
1
10
35
30
80
25
70
60
20
50
15
40
10
30
5
20
10
0
100
0
1000
Li et al. (2007a)
Li et al. (2007b)
Lin et al. (2007)
Foram obtidas partículas com tamanhos variando
entre 4,7 e 25,7 µm com diferentes morfologias.
Os resultados mostraram que a morfologia das
partículas precipitadas variou entre esferas e
fibras. Os resultados obtidos com relação a
morfologia
foram
relacionados
com
o
comportamento de fases do sistema ternário
soluto+solvente+antisolvente.
Foram obtidas nanopartículas com tamanhos
variando entre 63 e 102 nm. Uma melhora
significativa da taxa de dissolução do composto
foi observada.
Kim et al.
(2007a)
100
Partículas com tamanho variando entre 0,90 e
4,52 µm foram precipitadas. Foi verificado um
grande aumento na taxa de dissolução do material
precipitado com relação ao não precipitado.
Hong et al.
(2007a)
CO2
40
0
1000
PCA
100
Ácido Salicílico
(EtOH e ACE)
10
CO2
1
SAS
0
Os resultados mostraram que partículas com
morfologia tipo agulhas e tipo varas foram
obtidas com tamanho variando entre 2 e 40 µm.
10
REFERÊNCIA
20
Óleo de palma
hidrogenado
(THF)
5
CO2
30
GAS e
SEDS
10
Puerarin e complexo
de fosfolipídeos
(EtOH)
40
CO2
15
SAS
50
Cilostazol
(DCM e Ácido
Acético Glacial)
20
CO2
60
SEDS
70
80
Emodin
(DCM e EtOH)
25
ANTI
SOLVENTE
90
MÉTODO
100
SOLUTO
(SOLVENTE)
30
35
40
220
29
90
70
60
50
40
10
30
15
25
20
Hormônio de
crescimento.
(água)
Fluconazol
(DCM, ACE,
EtOH)
Ácido Mandélico
(AcOEt)
SOLUTO
(SOLVENTE)
SAS
SEDS
SAS
SAS
MÉTODO
80
Vários solutos
(vários solventes)
SEDS
10
1
CO2
CO2
CO2 e etanol
CO2
CO2
100
90
35
80
60
25
70
50
20
40
15
10
30
20
Partículas com morfologia tipo bolacha foram
obtidas com tamanhos variando entre 0,89 e 6,91
µm. Foi verificado que as partículas produzidas
pela técnica SEDS possui características muito
parecidas com as produzidas por técnica
convencional.
Nano partículas com tamanhos médios variando
entre 45 e 150 nm foram obtidas em todos os
solutos e solventes utilizados.
Partículas quase esféricas foram obtidas com
tamanho variando entre 43 e 158 nm.
Diferentes formas polimórficas do produto foram
obtidas dependendo do solvente utilizado. Foram
obtidas partículas com tamanho médio menor que
100 µm.
Partículas com formato tipo agulha ou prisma
foram obtidas nos experimentos de precipitação.
O tamanho médio das partículas obtidas variou
entre 30 e 200 µm.
40
10
0
Richardson et
al. (2007)
Reverchon et al.
(2007)
Pyo et al.
(2007)
Park et al.
(2007)
Martín et al.
(2007a)
REFERÊNCIA
5
0
1000
100
10
1
10
100
0
1000
0
ANTI
SOLVENTE
5
90
35
30
100
40
Sulfato de salbutamol
(não especificado)
30
219
30
20
1
10
10
100
40
35
25
20
15
5
0
100
30
80
70
60
50
40
10
30
20
10
0
1000
Tenório et al.
(2007b)
Vatanara et al.
(2007)
Partículas esféricas foram obtidas, com tamanhos
variando entre 99 e 395 nm e com diferentes
graus de aglomeração.
Foram obtidas partículas com tamanho médio
variando entre 15 e 27 µm dependendo das
condições
experimentais.
As
partículas
precipitadas apresentaram morfologia diferente
daquela não processada.
100
Tenório et al.
(2007a)
Foi verificado o efeito da pressão e do tipo de
solvente no tamanho e morfologia das partículas.
Dependendo das condições experimentais, foram
obtidas partículas esféricas com diferentes graus
de aglomeração e com tamanho médio variando
entre 0,26 a 1,26 µm.
Subra et al.
(2007)
0
1000
CO2
1
SAS
0
O efeito de vários solventes puros ou mistura de
solventes foi estudado. Dependendo do solvente
usado o produto precipitado apresentou diferentes
formas polimórficas. Partículas aglomeradas na
forma de poliedro foram obtidas com tamanho
médio em torno de 250 µm.
10
REFERÊNCIA
20
Sulfato de Salbutamol
(MeOH)
5
CO2
30
SAS
10
Ampicilina
(NMP)
40
CO2
15
SAS
50
Ampicilina
(NMP, DMSO,
EtOH)
20
CO2
60
GAS
70
80
Tolbutamida
(ACE, AcOEt,
EtOH, dietil éter e
água)
25
ANTI
SOLVENTE
90
MÉTODO
100
SOLUTO
(SOLVENTE)
30
35
40
218
31
90
60
50
40
30
10
15
SOLUTO
(SOLVENTE)
Pigmento verde C.I.
36
(Quinolina)
Hidrocloreto de
nalmefeno
(EtOH)
MÉTODO
SAS
SAS
SAS
20
5
10
10
CO2
CO2
CO2
ANTI
SOLVENTE
1
100
90
35
80
60
25
70
50
20
40
15
10
30
20
Foi realizada uma comparação entre o modo
batelada e contínuo da técnica. Em modo
contínuo o tamanho médio de partícula variou
entre 5,1 e 15,4 µm enquanto que em um teste em
modo batelada o tamanho médio foi de 41,2 µm.
Partículas tipo varetas ou com forma irregular
foram obtidas.
Partículas com diferentes morfologias foram
obtidas e relacionadas com o ponto de operação
no diagrama de fases do sistema ternário soluto +
solvente + antisolvente. Nanopartículas (200 a
300 nm), micropartículas (0,5 a 2 µm) e
partículas ocas (10 a 20 µm) foram obtidas
dependendo da localização do ponto de operação.
Nano partículas com tamanho médio entre 40 e
52 nm foram obtidas em todas as condições
experimentais. Foi verificado que a morfologia
das partículas foi governada principalmente pelo
comportamento de fases do sistema binário.
40
10
0
Chang et al.
(2008)
Adami et al.
(2008)
Wu et al. (2007)
REFERÊNCIA
5
0
1000
100
10
1
0
100
0
80
20
70
Número de observações(%)
100
25
90
Sulfametoxazol
(ACE)
30
217
32
1
10
100
40
35
25
20
15
5
0
10
30
80
70
60
50
40
10
30
20
10
0
100
Hong et al.
(2008a)
Hong et al.
(2008b)
Diversos parâmetros foram estudados com
relação ao tamanho e morfologia das partículas.
Partículas com tamanho entre 0,5 e 6,0 µm foram
obtidas com formatos bastante irregulares.
Vários parâmetros foram investigados e nas
condições otimizadas foram obtidas partículas
com formato de bastões curtos com comprimento
variando entre 0,1 a 1,0 µm.
100
Franceschi et al.
(2008)
Foram obtidas partículas na forma de placas com
tamanhos variando entre 3 e 70 µm. O ponto de
operação no diagrama de fases foi relacionado ao
tamanho de partícula e morfologia.
De Marco e
Reverchon
(2008)
0
1000
CO2
1
SEDS
0
Neste trabalho os autores obtiveram submicropartículas, micropartículas e micropartículas
expandidas com tamanhos variando entre 0,1 a 11
µm. As diferentes morfologias obtidas foram
relacionadas com o ponto de operação do
processo com respeito ao ponto crítico da mistura
ternária.
10
REFERÊNCIA
20
Chelerythrine
(MetOH)
5
CO2
30
SEDS
10
Astaxantina
(DCM)
40
CO2
15
SEDS
50
Teofilina
(EtOH e DCM)
20
CO2
60
SAS
70
80
α e β-ciclodextrina
(DMSO)
25
ANTI
SOLVENTE
90
MÉTODO
100
SOLUTO
(SOLVENTE)
30
35
40
216
33
90
30
20
50
90
80
SOLUTO
(SOLVENTE)
Brometo de
ipratropium
(DMF, EtOH,
ACE)
Atorvastatin calcium
(não especificado)
Atorvastatin hemicalcium
(ACE e THF)
Fenilbutazona
(ACE)
MÉTODO
ASES
SAS
SAS
SAS
ASES
10
10
ANTI
SOLVENTE
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
100
90
35
80
60
25
70
50
20
40
15
10
30
20
Partículas com formato irregular ou na forma de
bastões foram obtidas com tamanhos variando
entre 2,1 e 4,7 µm dependendo das condições de
operação.
As partículas recristalizadas apresentaram uma
superfície lisa e morfologia mais ordenada do que
as precipitadas pela técnica de evaporação de
solvente. Tamanho de partícula entre 3,2 e 56,5
µm.
Partículas com tamanho médio de 68,7 nm foram
obtidas quando acetona foi usada e quando THF
foi utilizado o tamanho médio ficou em
aproximadamente 95,7 nm.
Foram obtidas partículas esféricas com tamanhos
entre 152 e 863 nm dependendo das condições de
precipitação.
Os resultados indicaram que o tamanho e
morfologia de partícula são muito sensíveis ao
tipo de solvente empregado. Partículas com
formas irregulares ligeiramente elípticas com
tamanhos variando entre 0,6 e 3,0 µm.
40
10
Park et al.
(2008)
Park e Yeo
(2008)
Kim et al.
(2008b)
Kim et al.
(2008a)
Kim e Shing
(2008)
REFERÊNCIA
5
40
30
60
40
0
1000
100
0
10
70
50
0
100
10
1
0
0,1
100
70
60
Arbutine
(EtOH)
30
215
34
20
1
10
100
40
35
25
20
15
5
0
10
30
80
70
60
50
40
10
30
20
10
0
100
Tenório et al.
(2008)
O sucesso do processo de precipitação foi
influenciado pela localização das condições de
operação no diagrama de fases do sistema binário
solvente+anti-solvente. Partículas esféricas foram
obtidas em todas as condições com tamanhos
variando entre 182 e 450 nm.
ACE: Acetona; AcOEt: Acetato de etila; BECD beclomethazone-17,21-dipropionate; DCM: Diclorometano; DMF:
Dimetilformamida; DMSO: Dimetilsulfóxido; EtOH: Etanol; MetOH: Metanol; NMP: N-metilpirrolidona; THF:
Tetrahidrofurano;
Tavares
Cardoso et al.
(2008b)
90
Foram obtidas partículas com tamanho variando
entre 1 e 500 µm com tamanho médio em torno
de 100 µm. Diferentes morfologias foram obtidas.
100
Tavares
Cardoso et al.
(2008a)
Foram obtidas partículas amorfas de cloreto de
minociclina com aspecto esférico e com tamanho
variando entre 0,1 e 1,0 µm dependendo das
condições de operação.
Reverchon et al.
(2008a)
0
1000
CO2
1
SAS
0
Neste trabalho foi estudado o efeito de variáveis
de processo sobre a morfologia de diversos tipos
de materiais. O tamanho de partícula dos
materiais variou entre 10 e 180 µm.
10
REFERÊNCIA
20
Amoxicilina
(NMP)
5
CO2
30
SAS
10
Trans -β-caroteno
(THF)
40
CO2
15
SAS
50
Hidrocloreto de
minociclina
(EtOH)
20
CO2
60
SAS
70
80
Vários compostos
(vários solventes)
25
ANTI
SOLVENTE
90
MÉTODO
100
SOLUTO
(SOLVENTE)
30
35
40
214
35
213
36
n° partículas
51
41
64
42
46
55
34
65
59
48
57
71
57
57
55
61
57
45
39
46
59
54
44
64
55
41
68
57
53
48
80
60
52
59
57
540
426
697
472
1181
468
928
618
504
603
618
555
1048
636
488
565
622
485
1033
972
884
1017
606
1274
813
705
732
537
885
746
1289
566
618
567
734
84,0 ± 43,0
25,1 ± 10,3
6,0 ± 3,8
78,8 ± 33,3
39,8 ± 18,3
18,1 ± 9,9
12,7 ± 4,3
52,4 ± 33,8
56,5 ± 33,4
44,7 ± 21,2
96,8 ± 55,1
46,0 ± 32,8
33,9 ± 19,4
38,2 ± 21,7
54,7 ± 30,3
44,9 ± 27,6
43,2 ± 24,6
47,6 ± 21,4
3,9 ± 1,5
72,1 ± 33,3
35,1 ± 20,8
57,3 ± 30,9
3,2 ± 1,4
58,4 ± 37,6
32,5 ± 17,9
30,9 ± 12,8
33,7 ± 23,0
39,4 ± 22,5
34,5 ± 18,4
36,7 ± 17,8
11,2 ± 8,9
55,7 ± 33,6
69,6 ± 36,3
63,6 ± 37,8
65,1 ± 37,1
CV (%)
± σ (µm)
X
Xmáximo
(µm)
292,7
58,6
37,0
172,0
110,1
54,8
21,9
198,8
204,2
149,0
330,7
206,0
125,7
134,0
157,4
147,9
175,6
134,3
11,7
193,7
117,2
211,4
9,8
245,9
119,6
81,9
138,2
131,5
114,5
111,4
60,0
165,5
180,0
189,4
181,6
Ácido poli-L-láctico
(DCM, THF e 1,4dioxano)
(não especificado)
Etil e Metil Celulose
(DCM e DMSO)
Poli(NVP-co-MDOP)
(DCM)
(DCM)
SOLUTO
(SOLVENTE)
ASES
PCA
GAS
ASES
PCA
MÉTODO
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
ANTI
SOLVENTE
Segundo os autores o tamanho de partícula pode
ser manipulado pela modificação das condições
de operação. Abaixo do ponto crítico da mistura
solvente+antisolvente
foram
produzidas
partículas na faixa de 5 a 50 µm e, acima do
ponto crítico, foram produzidas partículas com
tamanho na faixa de 0,1 a 2 µm.
O diâmetro médio das partículas de polímero
obtidas variou de 180 a 260 nm. Em todas as
condições experimentais foram obtidas partículas
esféricas com estreita distribuição de tamanho.
Blendas dos dois polímeros foram precipitadas
em diferentes condições experimentais e foram
obtidas micro esferas com diâmetros variando
entre 5 e 30 µm.
Foi verificado que dependendo do critério
adotado de aumento de escala houve um aumento
de até 40% no diâmetro médio das partículas.
O tamanho médio de partícula variou entre 380
nm e 2,3 µm. Em todas as condições
experimentais as partículas apresentaram formato
esférico e diferentes graus de aglomeração.
de partícula do β-caroteno, em escala logarítmica, para as diferentes
condições experimentais do planejamento fatorial 25.
Kim et al.
(2006)
Jarmer et al.
(2006)
Duarte et al.
(2006)
Choi et al.
(2006)
Pérez de Diego
et al. (2005)
REFERÊNCIA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Xmínimo
(µm)
18,3
8,6
1,4
28,3
8,9
4,6
4,1
11,8
9,5
13,6
22,3
13,8
8,4
10,2
16,3
13,8
12,3
12,7
0,7
19,6
8,8
12,9
1,0
13,0
7,6
8,9
6,2
10,5
9,0
9,8
2,5
18,3
14,2
20,9
18,2
Exp
Tabela 2.2 – Polímeros precipitados pelos processos GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES.
Tabela A2 – Valores de tamanho das partículas de β-caroteno
precipitado e não precipitado.
MÉTODO
PCA
GAS e SAS
SAS
SEDS
SAS
Cloreto de Ntrimetilquitosana
(DMSO)
Poli vinil álcool
(DMSO)
mCOC
(vários solventes)
Poli(L-lactídeo)
(DCM e ACE)
PHBV
(DCM)
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
ANTI
SOLVENTE
REFERÊNCIA
Pérez de Diego
et al. (2006)
Adami et al.
(2007)
Chang et al.
(2007)
Chen et al.
(2007)
Costa et al.
(2007)
Foram obtidas micro esferas com diâmetros
variando entre 1 e 10 µm e com diferentes graus
de aglomeração.
As morfologias variaram entre esferas, balões e
filamentos dependendo da técnica. O tamanho
médio das partículas precipitadas variou entre 50
e 250 nm e entre 1 e 20 µm dependendo da
técnica e das condições experimentais.
Partículas esféricas ou fibras foram obtidas
dependendo da concentração do polímero nos
solventes. Dependendo da região do diagrama de
fases onde a precipitação ocorreu, diferentes
tamanhos de partículas foram obtidos.
Partículas esféricas com tamanho médio entre 1,1
a 6,6 µm e com estreita distribuição de tamanhos
foram obtidas.
Nas diferentes condições investigadas, foram
obtidas partículas na forma esférica com
tamanhos variando entre 3 e 9 µm com diferentes
graus de aglomeração.
Seguindo a mesma sistemática, a Tabela A2 apresenta os valores
dos mesmos parâmetros da Tabela A1, porém, para as condições
experimentais do planejamento fatorial completo 25 utilizando a câmara
de precipitação com volume de aproximadamente 600 mL. Esta tabela
também apresenta o número de partículas utilizadas para tais cálculos.
Os símbolos X, X , σ e CV% referem-se respectivamente a tamanho,
tamanho médio, desvio padrão e coeficiente de variação percentual.
SOLUTO
(SOLVENTE)
212
37
50
40
30
15
10
90
80
SOLUTO
(SOLVENTE)
SAS
MÉTODO
SAS
ASES
Polivinilpirrolidona
(DCM e ACE)
(DCM)
(DCM)
ASES
5
10
ANTI
SOLVENTE
CO2
CO2
CO2
CO2
100
30
90
80
60
20
50
40
15
30
10
20
Dentre os parâmetros investigados, foi verificado
que a taxa de injeção de solução exerce um papel
fundamental no controle do tamanho de partícula.
Partículas esféricas com diferentes graus de
aglomeração foram obtidas com tamanhos
variando de aproximadamente 100 nm a 10 µm.
Foram obtidas partículas esféricas com diâmetro
de aproximadamente 1 µm relativamente
aglomeradas.
Foram obtidas partículas esféricas em todas as
condições experimentais com tamanho variando
entre 0,6 e 1,48 µm.
Partículas esféricas com diferentes graus de
aglomeração foram obtidas dependendo da
concentração do polímero no solvente orgânico.
O diâmetro médio das partículas variou entre 34 e
678 nm dependendo da condição experimental.
35
0
100
10
60
20
70
25
100
35
30
Poliestireno
(DCM)
0
1000
100
0
10
1
0,1
10
Figura A12 – Distribuição de tamanho das partículas de β-caroteno não
processado.
Jeong et al.
(2008)
Obrzut et al.
(2007)
Kim et al.
(2007b)
Gokhale et al.
(2007)
REFERÊNCIA
0
0,01
70
25
211
38
20
5
0
10
35
25
20
15
10
100
0
1000
100
30
90
80
70
60
50
40
30
5
20
10
0
1000
Vega González
et al. (2008)
Wu e Li (2008)
Para todos os sistemas investigados, fibras
constituídas por micropartículas de polímero
coalescidas foram obtidas. As fibras obtidas
apresentaram superfície escamosa e área
superficial extremamente alta.
Partículas menores que 100 nm ou entre 1 e 10
µm foram obtidas dependendo das condições de
operação. O grau de aglomeração pode ser
manipulado ajustando devidamente os parâmetros
de operação.
DCM: Diclorometano; DMSO: Dimetilsulfóxido; THF: Tetrahidrofurano; ACE: Acetona; mCOC: metallocene cyclic olefin
copolymer; PHBV: poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato); Poli(NVP-co-MDOP): poli(N-vinil-2-pirrolidona-co-2metileno-1,3-dioxepano); Poli (DTE carbonato): poli(desamino tirosiltirosina etil éster carbonato.
CO2
100
PCA
10
Kang et al.
(2008a)
20
Misturas dos dois polímeros em diferentes
proporções foram precipitadas e o tamanho de
partícula variou entre 1,76 e 2,15 µm. Foi
verificado que a cristalinidade dos polímeros
diminui após a precipitação.
5
Poli (DTE carbonato)
(DCM)
30
CO2
10
SAS
40
Ácido poli-L-láctico,
poli metacrilato de
metila e poli
caprolactona
(DCM)
50
CO2
15
SEDS
60
REFERÊNCIA
80
90
Ácido poli-L-láctico e
poli(lactídeo-coglicolíedo
(DCM)
20
ANTI
SOLVENTE
30
MÉTODO
100
SOLUTO
(SOLVENTE)
0
10
70
25
35
210
39
50
40
30
0
100
30
90
80
15
10
5
20
10
100
35
30
90
80
60
20
50
40
15
30
10
5
20
10
Insulina/PLA
(DCM e DMSO)
Hidrocortisona/DL-PLG
(vários solventes)
Rifampicina, Gentamicina
e Naltrexona/PLLA
(DCM)
SOLUTO/POLÍMERO
(SOLVENTE)
SAS
SEDS
PCA
MÉTODO
CO2
CO2 e N2
CO2
ANTI
SOLVENTE
O tamanho de partícula obtido variou entre 0,5
e 2,0 µm. Os autores verificaram que
dependendo da condição experimental o
rendimento de incorporação ficou acima de
80%.
Não foi observado diferença no tamanho médio
das partículas de polímero puro e da mistura.
Apenas houve diferença na morfologia das
partículas de polímero com hidrocortisona
presente, com partículas com formas mais
irregulares. A eficiência de encapsulamento
variou entre 22 e 44%.
Através da análise por espectrofotometria de
UV-visível foi verificado que o fator de
incorporação real de cada uma das drogas no
polímero utilizado variou entre 1,7 e 37,4 % em
massa dependendo da droga. O fator teórico de
incorporação variou entre 2 e 50 % em massa.
O tamanho de partícula dos compósitos variou
entre 0,2 e 1,0 µm.
Elvassore et al.
(2001)
Ghaderi et al.
(2000)
Falk et al.
(1997)
REFERÊNCIA
Tabela 2.3 - Encapsulamento de princípios ativos em polímeros através dos processos GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES.
0
10
60
20
70
25
100
35
0
1000
100
0
10
70
25
209
40
0
0,1
1
30
90
80
25
70
20
60
50
15
40
10
30
5
20
10
10
0
100
SAS
100
CO2
Juppo et al.
(2003)
Boutin et al.
(2004)
Os resultados mostraram um percentual real de
encapsulamento de 2 a 78% dependendo das
Os autores não reportam o percentual de
encapsulamento
ou
a
eficiência
de
encapsulamento porém, dos polímeros testados
o que se mostrou mais suscetível ao
encapsulamento foi o L-PLA.
Tu et al. (2002)
Diuron/vários polímeros
(DCM e THF)
35
0
100
CO2
10
SEDS
1
Dependendo das condições experimentais foi
obtida uma eficiência de encapsulamento
máxima de 9,2% para o p-HBA e de 15,6%
para a lizozima. O tamanho médio de partícula
ficou entre 3 e 30 µm.
10
Taki et al.
(2001)
20
O percentual de encapsulamento foi verificado
por raio-X de energia dispersiva e foi
observado uma percentagem em massa de 10%
de diuron encapsulado no polímero, o que
segundo os autores corresponde ao percentual
de diuron utilizado inicialmente na solução.
Partículas variando de 1 a 5 µm forma obtidas.
5
Droga modelo/Manitol e
Eudragit E100
(ACE, MetOH e
DMSO)
30
CO2
10
ASES
40
p-HBA e lisosima/
L-PLA
(MetOH, DMSO e
DCM)
50
CO2
15
SAS
60
REFERÊNCIA
80
90
Diuron/L-PLA
(DCM)
20
ANTI
SOLVENTE
30
MÉTODO
100
SOLUTO/POLÍMERO
(SOLVENTE)
0
0,1
70
25
35
208
41
50
40
30
90
80
15
Nisina/PLLA
(DMSO e DCM)
Insulina/PEG e PLLA
(DMSO)
SOLUTO/POLÍMERO
(SOLVENTE)
10
20
SEDS
SAS
GAS
MÉTODO
30
Amoxicilina/L-PLA
(DCM e DMSO)
10
CO2
CO2
CO2
60
20
40
15
30
10
90
80
50
30
20
A fração em massa da droga utilizada com
relação ao polímero foi de 5 e 20%. Deste
percentual, foi verificado que mais de 95% foi
encapsulado no polímero. O tamanho de
partícula da mistura ficou entre 254 e 387 nm.
Foram
realizados
experimentos
de
encapsulamento a partir de uma suspensão de
amoxicilina na mistura de polímero com os
solventes aspergida em uma câmara contendo
CO2. Também foi realizada a co-precipitação
de uma solução de droga e polímero nos
solventes em CO2. No primeiro caso, a
eficiência de encapsulamento variou entre 24,1
e 38,5%. No segundo caso a eficiência de
encapsulamento variou entre 0,9 e 42,9%. A
variação na eficiência de encapsulamento foi
explicada em termos de variação dos
parâmetros de operação.
0
1000
100
10
Kalogiannis et
al. (2006)
Salmaso et al.
(2004)
Caliceti et al.
(2004)
REFERÊNCIA
0
10
100
35
Dependendo das condições de operação e da
razão entre PLLA e PEG foi obtida uma carga
máxima de insulina nos polímeros entre 65 e
95%.
ANTI
SOLVENTE
0
60
20
70
25
100
35
0
10000
1000
100
10
1
70
25
207
42
5
5
1
10
10
100
35
25
20
15
10
0
100
100
30
90
80
70
60
50
40
30
5
20
10
0
1000
Tamanho de partículas (µm)
Hong et al.
(2007b)
Neste trabalho os autores estudaram o efeito de
diversos parâmetros de operação sobre a
formação de compósitos entre caroteno natural
e proantocianidina. O tamanho de partícula dos
compósitos variou entre 2 e 5 µm. A
degradação do caroteno nos compósitos é
retardada.
He et al.
(2007b)
0
1000
CO2
1
SEDS
0,1
Caroteno
natural/proantocianidina
(DCM e EtOH)
0
0,01
O percentual em massa de caroteno
encapsulado no polímero variou entre 15,2 e
50,8% dependendo das condições de operação.
O tamanho de partícula dos compósitos variou
entre 1 e 10 µm.
10
Wang et al.
(2006)
20
Foram
realizados
experimentos
de
recobrimento onde uma suspensão de
hidrocortisona na solução de DCM e polímero
foi aspergida para uma câmara contendo CO2.
também foram realizados experimentos de coprecipitação com os mesmos materiais e
condições. Os resultados mostraram uma
eficiência de encapsulamento de até 25,2% nos
experimentos de recobrimento, porém, nos
experimentos de co-precipitação não foi
verificado encapsulamento.
5
(DCM)
30
CO2
10
SEDS
40
Caroteno natural/PEG
50
CO2
15
SAS
60
REFERÊNCIA
80
90
Hidrocortisona/PLG
DCM
20
ANTI
SOLVENTE
30
MÉTODO
70
100
SOLUTO/POLÍMERO
(SOLVENTE)
25
35
206
43
44
205
Paclitaxel/L-PLA e PLG
(DCM)
β-caroteno e luteína/PEG
(DCM)
Oxeglitazar/vários
polímeros
(vários solventes)
SOLUTO/POLÍMERO
(SOLVENTE)
SEDS
SEDS
SAS
SAS
MÉTODO
Indometacina/L-PLA e
PLG
(DCM)
APÊNDICE A
CARACTERÍSTICAS DIMENSIONAIS DAS PARTÍCULAS DE
β-CAROTENO
A Tabela A1 apresenta os valores de tamanho mínimo e máximo,
o tamanho médio, o desvio padrão e o coeficiente de variação em torno
do valor médio das partículas de β-caroteno precipitadas nas diferentes
condições experimentais do planejamento fatorial completo 23
empregando a câmara de precipitação com volume interno de
aproximadamente 62 mL, e também do β-caroteno não processado. Na
presente tabela também é apresentado o número de partículas utilizadas
ANTI
SOLVENTE
CO2
CO2
CO2
CO2
para tais cálculos. Os símbolos X, X , σ e CV% referem-se
respectivamente a tamanho, tamanho médio, desvio padrão e coeficiente
de variação percentual.
Os resultados mostraram que o percentual de
encapsulamento foi de aproximadamente 2,8%
com uma eficiência de encapsulamento de
aproximadamente 14% dependendo das
Os resultados mostraram que dependendo da
razão mássica entre os polímeros a carga real
da droga nos compósitos variou entre 14,71 e
16,33%.
Na co-precipitação do polímero e β-caroteno,
as partículas de polímero ficaram depositadas
na superfície das partículas de caroteno, não
havendo encapsulamento. Nos experimentos de
co-precipitação com luteína, partículas de
polímero com tamanho de aproximadamente 50
µm recobriram quase que completamente as
partículas de luteína.
Os resultados obtidos mostraram que o
percentual de encapsulamento variou entre 40 e
60% dependendo dos parâmetros de operação e
da mistura de solventes utilizada.
Kang et al.
(2008b)
Kang et al.
(2008a)
Martín et al.
(2007b)
Majerik et al.
(2007)
REFERÊNCIA
Tabela A1 – Valores de tamanho das partículas de β-caroteno
precipitado e não precipitado.
Exp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
ñ precipitado
Xmínim
o(µm)
0,8
14,2
59,4
48,8
2,1
1,1
28,9
42,4
57,2
47,1
41,4
0,8
Xmáximo
(µm)
14,8
49,6
613,9
431,9
7,0
9,7
64,1
232,9
177,9
123,7
110,1
8,9
X ±σ
(µm)
6,2 ± 3,3
29,1 ± 9,6
246,8 ± 140,9
186,4 ± 78,1
4,6 ± 1,1
3,8 ± 1,6
42,8 ± 10,3
124,9 ± 54,9
88,3 ± 21,2
71,5 ± 16,4
66,5 ± 15,3
4,6 ± 2,4
CV
(%)
53
33
57
42
24
42
24
44
24
23
24
54
Número de
partículas
513
536
467
668
567
547
510
567
587
543
587
653
de partícula do β-caroteno, em escala logarítmica, para as diferentes
condições experimentais do planejamento fatorial 23 e para o β-caroteno
não processado.
SAS
SAS
β-caroteno/PEG
(DCM)
Luteína/L-PLA
(AcOEt)
CO2
CO2
ANTI
SOLVENTE
REFERÊNCIA
Mattea et al.
(2008)
Miguel et al.
(2008)
Vários parâmetros foram estudados e os
resultados mostraram que a morfologia das
partículas precipitadas é sensível a temperatura.
As análises dos co-precipitados indicaram que
o β-caroteno foi muito bem recoberto pelo
polímero apresentando-se na forma amorfa.
Os autores observaram uma redução de
tamanho de partícula dos compósitos
dependendo da relação entre polímero/luteína
chegando a valores entre 1 e 5 µm. Os autores
verificaram que quando luteína foi precipitada
pura apresentou morfologia tipo bastão.
Quando foram realizados os experimentos de
co-precipitação a morfologia das partículas foi
tipo esferas. Os autores sugerem que devido a
mudança de morfologia observada, o polímero
precipitou sobre as partículas de luteína
recobrindo-as.
DCM: Diclorometano; DMSO: dimetilsulfóxido; ACE: acetona; EtOH: etanol; MetOH: metanol; THF: tetrahidrofurano;
AcOEt: acetato de etila; PLLA: poli(L-lactídeo); DL-PLG: poli(D,L-lactídeo-co-glicolídeo); L-PLA: ácido poli(L-láctico); pHBA: ácido para-hidroxibenzóico; PEG: polietilenoglicol; PLG: poli(lactídeo-co-glicolídeo).
MÉTODO
SOLUTO/POLÍMERO
(SOLVENTE)
45
46
203
Soluto
(solvente)
↓
P
(bar)
↑
↓
T
(°°C)
↑
↑

CS
(mg.mL-1)
qS
(mL.min-1)
↓





↓

↓




qA
(mL.min-1)
0,117 – 0,858
1–5
0,125 – 0,15
1,25 – 1,75
0,2 – 1,2
1,0 – 14,0
TP
(µ
µm)
He et al.
(2004)
Reverchon et
al. (2000b)
Reverchon et
al. (2000a)
Hong et al.
(2000)
Referência
Reverchon et
al. (2000b)

0,4 – 1,2
Kalogiannis et
al. (2005)
Cocero e
Ferrero (2002)
↓
0,2 – 1,6
Song et al.
(2002)

Tabela 2.4 - Efeito das principais condições de operação no tamanho médio de partícula de diferentes materiais
precipitados pelas técnicas que empregam CO2 como anti-solvente GAS, SAS, PCA, SEDS e ASES.
Pigmento vermelho bronze
(EtOH e ACE)


↑
Amoxicilina
(NMP e DMSO)
↑

↑
Ácido poli-L-lactídeo
(DCM)
↑
↑
↑
Dextrana
(DMSO)
↔
↓
↑
β-caroteno
(DCM e AcOEt)
↑
↔
(DCM)
↔
↑
Efedrina
(EtOH)

Amoxicilina
(DMSO e EtOH)
↑
-
-
-
-
-
-
Desenvolver um sistema que permita uma pré-mistura da
solução e do anti-solvente antes de entrar na câmara de
precipitação;
Investigar de maneira mais aprofundada o efeito do aumento
de escala com relação à câmara de precipitação;
Ter sempre disponíveis dados de equilíbrio de fases do
sistema envolvido na precipitação;
Desenvolver uma metodologia para a realização da coleta do
material precipitado dentro do precipitador após a
precipitação;
Realizar a modelagem da transferência de massa e da
fluidodinâmica do processo de precipitação com o objetivo
de selecionar condições que promovam um controle rigoroso
nas características do material precipitado;
Desenvolver um sistema de automação para o controle da
vazão de alimentação de solução e de anti-solvente na
entrada e saída da câmara de precipitação para um controle
mais rigoroso destas vazões e da pressão do sistema que varia
em função da variação da vazão de alimentação;
Investigar a potencialidade da técnica para produzir
partículas de tamanho nanométrico otimizando as condições
experimentais;
Estudar outros biopolímeros no encapsulamento de βcaroteno;
Desenvolvimento de uma metodologia adequada para a
determinação do percentual de encapsulamento;
Realizar estudos de biodisponibilidade e bioavaliabilidade do
β-caroteno em sistemas in vitro.
0,38 – 2,3
↓
↑
↓
↑
(DCM, THF e 1,4-dioxano)
↑
He et al.
(2006)
0,37 – 2,85
↓
↑
↓
↓
Caroteno natural
(DCM)
↑
Duarte et al.
(2006)
5 – 30
↓
↓

↓
Etil celulose/metil celulose
(DCM e DMSO)
↓
Choi et al.
(2006)
0,18 – 0,26

↓

↓
Poly(NVP-co-MDOP)
(DCM)
↑
Bakhbakhi et
al. (2006)
0,8 – 64,3
↓

↑

Beclometasona-17,21dipropionato
(ACE, MeOH e EtOH)
↑
Wu et al.
(2005)
0,05 – 0,07
↓

↑
↑
(DMSO)
↓
Suo et al.
(2005)
2 – 16
↓
↓
↑
↓
Bixina
(DCM)
↑
Subra et al.
(2005)
15 – 500

↑
↓
↑
Teofilina
(EtOH e DCM)

Reverchon et
al. (2005)
0,05 – 0,1


↑

(NMP e DMSO)

TP
(µ
µ m)
qA
(mL.min-1)
qS
(mL.min-1)
CS
(mg.mL-1)
T
(°° C)
P
(bar)
Soluto
(solvente)
A partir das observações constatadas durante o desenvolvimento
deste trabalho, pode-se sugerir as seguintes considerações para trabalhos
futuros na área:
- Investigar a influência de diferentes sistemas de expansão
como bocais de aço inox bem como a razão L/D do capilar de
expansão;
- Investigar o efeito da injeção da solução e do anti-solvente
por locais diferentes na câmara de precipitação;
6.2. Sugestões para Trabalhos Futuros
Referência
de PHBV puro foi a condição 3C dos planejamentos seqüenciais, a qual
apresentou um tamanho médio de partícula de 27,8 µm, sendo suscetível
para o encapsulamento de β-caroteno. Nesta condição os valores dos
parâmetros estudados foram: pressão de precipitação de 80 bar,
temperatura de 40°C, concentração da solução de 30 mg.mL-1, vazão de
solução de 1 mL.min-1 e vazão de anti-solvente de 40 mL.min-1.
A partir da melhor condição de precipitação de β-caroteno puro e
PHBV puro, foi estudado o encapsulamento. Para estes estudos, o
percentual em massa de β-caroteno com relação ao polímero variou
entre 2,4 e 33,3%. A condição que apresentou o maior percentual de
encapsulamento foi com 25,1% em massa de caroteno em relação a
massa total de β-caroteno + polímero utilizando a câmara de
precipitação com menor volume. Nesta condição o percentual de
encapsulamento foi de 20,1% o que significa uma eficiência de
encapsulamento de 80% sendo este resultado bastante satisfatório.
Estes resultados mostram a viabilidade dos processos que
utilizam fluidos pressurizados como anti-solvente para a precipitação de
compostos puros e para o encapsulamento de princípios ativos em
matrizes poliméricas para posterior aplicação em produtos alimentícios
com o intuito de aumentar a vida de prateleira destes produtos ou
proteger compostos termo sensíveis frente a degradação.
Cabe ressaltar que fruto dos resultados de precipitação de βcaroteno e PHBV puros referentes aos planejamentos fatoriais
completos 23 bem como do encapsulamento de β-caroteno em PHBV
utilizando a câmara de precipitação com o menor volume (~ 62 mL) foi
publicado um artigo sob o título “ Precipitation of β-carotene and
PHBV and co-precipitation from SEDS technique using supercritical
CO2” no periódico Journal of Supercritical Fluids, volume 47, páginas
259 a 269, em 2008.
Kim et al.
(2006)
47
202
48
201
Cilostazol
(DCM e ácido acético
glacial)
PHBV
(DCM)
Poli(L-lactídeo)
(DCM e ACE)
Pigmento azul 15:6
(DMSO)
Cefalosporinas
(DMSO)
Licopeno
(DCM)
Acetaminofeno
(EtOH, MetOH, AcOEt e
ACE)
Soluto
(solvente)
↑
↓
↓
↑
↑
↓
↑
↑
P
(bar)
↓
↑
↑
↓
↑
↓
↑
↓
↑
T
(°°C)
↔
↑
↑
↑
↑
↓
↑
↔
↓
CS
(mg.mL-1)
↓


↓
↑
↓


↓
qS
(mL.min-1)
↓


↑



↑

qA
(mL.min-1)
30 – 200
0,6 – 1,48
0,9 – 4,5
3–9
0,64 – 6,64
0,2 – 1,0
0,1 - 50
10 - 80
1,3 – 6,2
TP
(µ
µm)
Martín et al.
(2007a)
Kim et al.
(2007b)
Kim et al.
(2007a)
Costa et al.
(2007)
Chen et al.
(2007)
Wu et al.
(2006)
Li et al. (2006)
Referência
(DCM)
↑
Miguel et al.
(2006)
Reverchon e
De Marco
(2006)
Ácido mandélico
(AcOEt)
mL.min-1 (experimento 31 do segundo planejamento), obtendo-se
partículas com tamanho satisfatório para o encapsulamento.
Em ambos os planejamentos a morfologia do β-caroteno
precipitado foi modificada pela variação dos parâmetros, indo de
partículas tipo placas para partículas tipo folhas. Em determinados
experimentos a elevação no tamanho das partículas foi bastante
acentuada, chegando a tamanhos muito elevados, não suscetíveis ao
encapsulamento.
Na precipitação do polímero puro, a primeira estratégia adotada
teve como resultado partículas sub-micrométricas com morfologia quase
esférica exceto nas maiores concentrações de polímero na solução. O
tamanho médio de partícula variou entre 278 e 570 nm com coeficientes
de variação em torno 21 a 31%. Através da análise estatística com 95%
de confiança, verificou-se que os parâmetros que tiveram influência
significativa sobre o tamanho médio de partícula de PHBV foram
pressão de precipitação e concentração da solução. Um aumento na
pressão de precipitação levou a uma diminuição no tamanho médio de
partícula e, um aumento no tamanho médio de partícula foi verificado
com o aumento da concentração da solução.
Na segunda estratégia adotada, com os planejamentos
seqüenciais, foi verificado um aumento no tamanho médio de partícula
com o aumento da concentração da solução orgânica. Através da análise
estatística foi verificado com nível de 95% que a vazão de solução e
vazão de anti-solvente exercem efeito significativo em três dos quatro
planejamentos estudados. Um aumento na vazão da solução diminui o
tamanho médio de partícula e um aumento na vazão de anti-solvente
leva a um aumento no tamanho médio de partícula para os
planejamentos com concentração de polímero na solução de 10 e 30
mg.mL-1. Para a concentração da solução de 20 mg.mL-1 um aumento na
vazão de anti-solvente levou a uma diminuição no tamanho médio de
partícula.
De modo geral, a morfologia obtida em todas as condições
experimentais foi do tipo esferas com superfície bastante lisa nas
partículas com menor tamanho e com superfície bastante irregular nas
partículas com maior tamanho. Nas condições experimentais em que a
solução orgânica estava mais concentrada, foi observado a formação de
fibras com diâmetro variando entre 2 e 10 µm. O tamanho médio de
partícula variou entre 0,87 a 27,8 µm e a distribuição de tamanho variou
entre 24 e 124% em torno do tamanho médio de partícula dependendo
da condição experimental. A melhor condição observada na precipitação
0,15 – 0,85
↓
↑
↑
↓
Atorvastatin calcium
(não especificado)
↑
Hong et al.
(2008a)
0,5 – 6,0

↑
↔
↓
Astaxantina
(DCM)
↑
Franceschi et
al. (2008)
3 – 70
↓
↑
↓
↔
Teofilina
(EtOH e DCM)
↓
De Marco e
Reverchon
(2008)
0,1 – 11,0


↑
↓
Ciclodextrinas
(DMSO)
↑
Chang et al.
(2008)
5,1 – 15,4

↓
↓
↔
Sulfametoxazol
(ACE)
↔
Adami et al.
(2008)
0,2 - 20



↑
Hidrocloreto de nalmefeno
(EtOH)
↔
Wu et al.
(2007)
0,04 – 0,05
↓


↓
Pigmento verde C.I. 36
(quinolina)
↑
Vatanara et al.
(2007)
15 - 27

↑
↑
↑
Sulfato de salbutamol
(MetOH)
↓
Tenorio et al.
(2007b)
0,099 – 0,39
↓
↑
↑
↓
Ampicilina
(NMP)
↓
Referência
TP
(µ
µ m)
qA
(mL.min-1)
qS
(mL.min-1)
CS
(mg.mL-1)
T
(°° C)
P
(bar)
Soluto
(solvente)
partir de uma determinada concentração de dióxido de carbono quando
diclorometano foi utilizado como solvente.
No que diz respeito à metodologia empregada e ao procedimento
experimental adotado para a precipitação, conclui-se que estes
apresentaram excelente aplicação para a obtenção de micropartículas de
β-caroteno e de PHBV puros bem como o encapsulamento do βcaroteno em PHBV devido à facilidade operacional, repetibilidade e
versatilidade da unidade experimental.
Para o primeiro planejamento experimental de precipitação de βcaroteno os resultados experimentais mostraram, através da análise
estatística com um nível de confiança de 95%, uma forte influência da
pressão de precipitação e razão entre as vazões de solução e antisolvente sobre o tamanho, distribuição de tamanho e morfologia das
partículas precipitadas. Dependendo da condição experimental o
tamanho médio de partícula variou entre 3,8 e 246,8 µm com
coeficientes de variação entre 24 e 57%. Em geral, a elevação da pressão
de precipitação acarreta no aumento do tamanho e distribuição de
tamanho das partículas processadas. O aumento da razão entre as vazões
de solução e anti-solvente diminuiu o tamanho médio de partícula bem
como o coeficiente de variação em torno do tamanho médio.
Para o segundo planejamento experimental de precipitação de βcaroteno os resultados mostraram através da análise estatística também
com 95% de confiança, que os parâmetros que tiveram efeito
significativo foram pressão de precipitação, concentração da solução e
vazão de anti-solvente. Como no primeiro planejamento, aumentando a
pressão de precipitação, também aumenta o tamanho médio de partícula,
aumentando a vazão de anti-solvente acarreta em uma diminuição no
tamanho médio de partícula e distribuição de tamanho. Elevando a
concentração da solução observou-se uma diminuição no tamanho
médio de partícula. Dependendo da condição experimental, o tamanho
médio de partícula de β-caroteno precipitado variou entre 3,2 e 96,8 µm
com coeficientes de variação entre 34 e 80%. Comparando os resultados
dos dois planejamentos experimentais de precipitação de β-caroteno
conclui-se que com o aumento do volume da câmara de precipitação
houve uma diminuição no tamanho médio das partículas precipitadas
provavelmente devido a efeitos de parede e comprimento das câmaras
de precipitação.
O melhor resultado de precipitação de β-caroteno foi obtido na
pressão de 80 bar, temperatura de 40°C, concentração da solução de 8
mg.mL-1, vazão de anti-solvente de 40 mL.min-1 e vazão de solução de 1
Kim et al.
(2008a)
49
200
50
199
Amoxicilina
(NMP)
Hidrocloreto de monociclina
(EtOH)
Arbutine
(EtOH)
Polistireno
(DCM)
Soluto
(solvente)
↔
↑
↓
↑
↑
P
(bar)
↑
↓
↓
↑
↑
T
(°°C)
↑
↑
↔

↑
CS
(mg.mL-1)
↑
↑
↔
↑
↔
qS
(mL.min-1)

↓



qA
(mL.min-1)
0,1 - 10
0,18 – 0,45
0,1 – 1,0
2,1 – 4,7
0,1 - 10
TP
(µ
µm)
Wu e Li (2008)
Tenorio et al.
(2008)
Tavares Cardoso
et al. (2008a)
Park et al.
(2008)
Jeong et al.
(2008)
Referência
poli(DTE carbonato)
(DCM)
DCM = diclorometano; ACE = acetona; EtOH = etanol; AcOEt: acetato de etila; DMSO = dimetilsulfóxido; NMP = Nmetilpirrolidona; THF = tetrahidrofurano; Poly(NVP-co-MDOP: poli(N-vinil-2-pirrolidona-co-2-metileno-1,3-dioxepano); PHBV =
poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato); Poli (DTE carbonato): poli(desamino tirosiltirosina etil éster carbonato.
↑ = aumentanto o valor do parâmetro aumenta o tamanho de partícula;
↓ = aumentanto o valor do parâmetro diminui o tamanho de partícula;
↔ = uma variação no valor do parâmetro não influencia significativamente ou não possui uma tendência sobre o tamanho de partícula;
 = o efeito do parâmetro em questão não foi avaliado.
CAPÍTULO 6
CONCLUSÕES E SUGESTÕES
6.1. Conclusões
Neste trabalho, foram medidos dados de equilíbrio de fases
envolvendo os solutos (β-caroteno e PHBV), os solventes orgânicos
(diclorometano, etanol e acetato de etila) e o anti-solvente (CO2) com o
objetivo de selecionar a região do diagrama de fases destes sistemas
para a realização da precipitação de β-caroteno puro e PHBV puro bem
como o encapsulamento do β-caroteno no PHBV bem como se a adição
do soluto influenciaria o comportamento de fases do sistema binário
solvente orgânico+anti-solvente.
Também foram apresentados estudos sobre a precipitação de βcaroteno e PHBV puros e encapsulamento de β-caroteno em PHBV
utilizando diclorometano como solvente orgânico e dióxido de carbono
pressurizado como anti-solvente. Os experimentos de precipitação foram
realizados em uma unidade de bancada empregando a técnica de antisolvente.
Com relação aos resultados experimentais de equilíbrio de fases
foi verificado que a adição de β-caroteno ou de PHBV aos sistemas
binários solvente+anti-solvente não teve influência nas pressões de
transição, podendo, portanto, ser considerado apenas os sistemas
binários no momento de selecionar pontos de operação no diagrama de
fases das respectivas misturas.
A respeito da modelagem termodinâmica, os parâmetros de
interação binária entre CO2 e etanol, CO2 e acetato de etila e CO2 e
diclorometano empregados para simular o comportamento ternário com
a equação de estado de Peng-Robinson mostraram-se satisfatórios
devido à boa correlação dos dados experimentais pelo modelo. Tais
parâmetros permitem assim, que isotermas diferentes daquelas
investigadas experimentalmente possam ser simuladas com uma boa
margem de segurança.
Diclorometano foi escolhido como solvente orgânico para
precipitação de β-caroteno e de PHBV por dois motivos: primeiro por
que este solvente solubiliza tanto β-caroteno como PHBV, característica
desejável quando o objetivo é realizar o encapsulamento do β-caroteno;
segundo por que nas medidas experimentais de equilíbrio de fases, βcaroteno e PHBV apareceram na forma sólida durante as medidas a
51
Geralmente, o encapsulamento de partículas empregando a
tecnologia supercrítica inicia com a precipitação dos compostos puros
(polímero e agente a ser encapsulado) no sentido de verificar a
influência de diversos parâmetros operacionais nas características de
cada composto. A seguir são escolhidas as condições que geraram
partículas com as características desejadas e é realizado então o
encapsulamento.
Contudo, um parâmetro que deve ser investigado, quando o
objetivo é o encapsulamento, é a razão entre as concentrações de
polímero e do material a ser encapsulado na solução orgânica. Quando a
razão entre os dois for baixa, a eficiência de encapsulamento pode
também ser baixa. Porém, quando a razão entre os dois na solução for
alta pode haver uma boa eficiência de encapsulamento mas, as partículas
formadas podem apresentar um alto grau de aglomeração que é
característico de soluções com alta concentração de polímero (Wang et
al., 2006; Wang et al., 2005). Outro fator primordial para uma boa
eficiência de encapsulamento é que o material a ser encapsulado
precipite antes do polímero, gerando núcleos primários propiciando o
crescimento do polímero nos núcleos já formados.
2.2. Comportamento de fases relacionado ao processo de
precipitação e/ou encapsulamento de partículas em fluidos
pressurizados
A maior parte das publicações referentes à precipitação de sólidos
usando técnicas anti-solvente a alta pressão foca os efeitos das
condições operacionais tais como temperatura, pressão e taxa de adição
de solução e anti-solvente sobre o tamanho e distribuição de tamanho
das partículas, bem como na sua morfologia. Todavia, objetivando
avaliar a viabilidade de tais processos e otimizar a escolha das variáveis
operacionais, o comportamento de fases do sistema envolvido torna-se
importante, pois permite selecionar valores de variáveis como
temperatura e pressão, que permitem operar em diferentes condições do
diagrama de fases do sistema envolvido.
Para qualquer processo de precipitação com fluidos pressurizados
existe uma relação entre o mecanismo de cinética de nucleação e
crescimento das partículas e o comportamento de fases (Bristow et al.,
2001). Neste sentido, o comportamento de fases do sistema soluto +
solvente + anti-solvente é fundamental visando entender o mecanismo
de formação de partículas e para determinar as condições de operação
mais satisfatórias durante a aspersão da solução dentro da câmara de
52
precipitação. O conhecimento e o entendimento do comportamento de
fases pode ser decisivo para o sucesso da operação uma vez que
dependendo da região do diagrama de fases, definida pelas condições de
processo, pode ou não haver a formação de partículas.
Abaixo do ponto crítico da mistura soluto+solvente
orgânico+anti-solvente, há a coexistência de fases e uma descrição
quantitativa requer a modelagem da distribuição da área interfacial, a
distribuição de tamanho das micro gotas, a transferência de massa
interfacial e a cinética de precipitação. Na vizinhança ou acima do ponto
crítico da mistura, onde ocorre completa miscibilidade, a transferência
de massa é governada por exemplo, por efeitos de micro misturas
necessitando de um conhecimento da distribuição espacial da
concentração local do soluto, solvente e anti-solvente (Bristow et al.,
2001).
Reverchon et al. (2003) observaram que abaixo do ponto crítico
de um sistema binário solvente/anti-solvente, uma fase líquida saturada
é formada e que grandes cristais são gerados. Acima do ponto crítico da
mistura uma fase é formada, sendo que nesta condição um alto nível de
supersaturação ocorre formando, conseqüentemente, minúsculas
partículas. Estes autores observaram através da análise dos trabalhos
publicados que há uma carência de informações na correlação entre a
morfologia das partículas e os principais fenômenos que governam o
processo: particularmente a dispersão do jato, transferência de massa e
equilíbrio de fases.
Em alguns casos, o comportamento de fases de sistemas binários
solvente/anti-solvente pode ser bastante modificado quando o soluto é
envolvido no sistema, principalmente em se tratando de polímeros.
Neste caso, a relação entre o comportamento de fases e a morfologia do
material precipitado muda drasticamente quando se leva em conta
apenas o comportamento de fases do sistema binário e não o ternário.
Porém, em outros casos a presença do soluto não altera
significativamente tal comportamento, sendo possível relacionar as
características do material precipitado ao comportamento de fases do
sistema binário solvente+anti-solvente.
Reverchon e De Marco (2004) generalizaram os resultados
obtidos em seu trabalho, assumindo que partículas nanométricas são
produzidas quando a precipitação ocorre em uma fase supercrítica à
direita e acima do ponto crítico de um sistema ternário. Quando o ponto
de operação estiver localizado à direita, mas, abaixo do ponto crítico da
mistura ternária, (uma fase subcrítica gasosa fora da curva de equilíbrio)
grandes partículas seriam preferencialmente produzidas. Já, quando o
197
microparticles using supercritical CO2 technique. European
Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, v. 70, p. 85 – 97,
2008b.
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196
Deste modo pode-se dizer que o percentual real de
encapsulamento e a eficiência de encapsulamento obtidos neste trabalho
são bastante satisfatórios e dentro do esperado, de acordo com a
metodologia empregada para a determinação da quantidade de βcaroteno encapsulado nas partículas de PHBV, uma vez que os valores
de percentual real de encapsulamento e eficiência de encapsulamento
obtidos neste trabalho apresentam-se similares aos observados na
literatura durante o encapsulamento de outros compostos (Kalogiannis
et al., 2006; Kang et al., 2008b).
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A.; PU, X.; LIAO, L., Preparation, characterization and in vitro
cytotoxicity
of
indomethacin-loaded
PLLA/PLGA
53
ponto de operação estiver localizado abaixo da curva de equilíbrio, (uma
fase rica em líquido) seriam produzidas partículas cristalinas.
A abordagem baseada em diagramas pseudobinários negligencia
o equilíbrio envolvendo o terceiro componente (soluto), assumindo que
este precipita das fases fluidas em qualquer que seja sua composição.
Em alguns casos, porém, onde o anti-solvente age como um co-solvente,
parte do soluto pode manter-se dissolvida no solvente e pode ser perdida
na saída do precipitador. Em particular, o chamado efeito de cosolvência pode ocorrer quando uma mistura de dois componentes,
solvente + soluto, é mais solúvel em um solvente supercrítico do que
cada um dos componentes puros apenas (Reverchon e De Marco, 2004).
De Gioannis et al. (2004) estudaram o efeito co-solvente e antisolvente do CO2 na solubilidade de griseofulvina em misturas de CO2 +
etanol e CO2 + acetona. No método utilizado por estes autores (estático
sintético), CO2 é adicionado gradualmente a uma solução líquida (soluto
dissolvido em solvente orgânico líquido) previamente introduzida em
uma célula de safira de volume variável em diferentes temperaturas e
pressões. A solubilidade da griseofulvina nas misturas CO2 + solventes
orgânicos foi determinada pelo método do ponto de precipitação ou de
dissolução dependendo se o CO2 diminui ou aumenta a solubilidade do
composto no solvente líquido. Estes autores verificaram que a
solubilidade deste composto na mistura CO2 + acetona diminui em todas
as condições investigadas quando CO2 é adicionado. Conseqüentemente,
neste caso o CO2 age como um anti-solvente. Entretanto, para a mistura
CO2 + etanol a solubilidade da griseofulvina é maior do que em
qualquer um dos solventes puros (CO2 ou etanol) dentro de certa faixa
de frações molares de CO2, agindo este como um co-solvente e
promovendo a solubilidade do sólido.
Shariati e Peters (2002), investigando o comportamento de fases
do sistema ternário CO2 + 1-propanol + ácido salicílico, também
empregando o método sintético, verificaram o mesmo efeito de cosolvente e anti-solvente do CO2 conforme citado acima. Estes autores
observaram que em baixas concentrações de CO2, este age como um cosolvente. Conforme a concentração de CO2 no sistema é aumentada, este
passa a agir como anti-solvente. Outro fenômeno apresentado neste
trabalho é que o efeito de co-solvente exercido pelo CO2 diminui, à
medida que a concentração do soluto sólido no sistema aumenta.
54
2.3. Algumas considerações a respeito do estado da arte
A tecnologia de precipitação empregando fluidos pressurizados
em estado sub ou supercrítico é relativamente atual comparada a
processos que empregam tais fluidos como, por exemplo, na extração de
óleos essenciais de plantas. Desde o desenvolvimento da técnica RESS
até metade da década de 90, a comunidade científica ligada a área
desenvolveu novas técnicas de precipitação buscando satisfazer as
deficiências da técnica RESS. Todas estas técnicas visam substituir, ao
menos em parte, a produção de partículas por técnicas tidas como
convencionais, amenizando o impacto ambiental devido ao uso de
solventes orgânicos.
Uma das áreas mais desenvolvidas desta tecnologia diz respeito à
produção de fármacos. Nesta área são produzidas partículas de tamanho
nanométrico as quais podem ser administradas por via oral.
Formulações para liberação controlada de drogas empregando um
fármaco e um polímero biocompatível como agente encapsulante
também são objetos de inúmeros estudos.
Um parâmetro de processo que tem sido objeto de estudo
exaustivo nos últimos anos, diz respeito ao dispositivo de aspersão da
solução nas técnicas anti-solvente. Vários tipos destes dispositivos
foram projetados com o intuito de aumentar a dispersão da solução e,
conseqüentemente, aumentar a transferência de massa entre as micro
gotas formadas da solução e o anti-solvente.
Em alguns casos, a dispersão da solução está associada também
ao comportamento de fases do sistema. Dependendo da região do
diagrama de fases em que o sistema se encontra, a dispersão da solução
pode se dar por atomização (acima ou a direita do ponto crítico da
mistura) ou pela formação de minúsculas gotículas (abaixo ou a
esquerda do ponto crítico da mistura). Neste sentido, o conhecimento do
comportamento de fases torna-se necessário não só para identificar de
que maneira ocorre a dispersão, mas também para identificar em que
região do diagrama de fases a precipitação está ocorrendo.
Um futuro promissor, segundo alguns autores, está reservado para
a área alimentícia e nutracêutica na produção de compostos com alto
valor agregado e pureza. Porém, para que as propriedades destes
materiais possam ser de certa forma, mantidas, é necessário proteger
estes materiais frente à exposição a condições adversas que possam
causar degradação dos mesmos. Assim sendo, o encapsulamento destes
materiais é uma alternativa bastante atraente do ponto de vista
tecnológico e econômico.
195
Observa-se na figura acima que a quantidade de β-caroteno
depositado na superfície da partícula de PHBV é pequena (Figura 5.7A),
comparado com a Figura 5.6A. Já na Figura 5.7B é possível observar
que a superfície da partícula de polímero precipitado é bastante lisa
quase não apresentando poros, o que significa que durante o processo de
retirada do β-caroteno não encapsulado praticamente não houve a
remoção do β-caroteno retido no interior das partículas de polímero.
Alguns trabalhos da literatura que reportam o encapsulamento de
carotenóides em biopolímeros, relacionam um encapsulamento eficiente
com a mudança na morfologia das partículas dos compostos
precipitados puros e co-precipitados. Quando a morfologia do material
co-precipitado apresenta-se mais próxima daquela do polímero puro, os
autores sugerem que houve um encapsulamento eficiente (Martín et al.,
2007; Mattea et al., 2008; Miguel et al., 2008).
He et al. (2008) realizaram co-precipitação de caroteno natural e
polietileno glicol empregando diclorometano como solvente orgânico e
CO2 como anti-solvente e reportam valores de percentual de
encapsulamento de até 50%. Porém, neste trabalho, os autores não
procedem à etapa de retirada de caroteno não encapsulado. Para a
análise do percentual de encapsulamento uma amostra do co-precipitado
é dissolvida em diclorometano e analisada em espectrofotômetro de UV
visível. Assim, além do caroteno realmente encapsulado é também
considerado caroteno encapsulado aquele aderido na superfície das
partículas de polímero.
Kalogiannis et al. (2006) reportam percentuais de
encapsulamento de amoxicilina em ácido poli(L-láctico) na faixa de 0,1
a 21,5% com eficiências de encapsulamento variando entre 0,9 a 42,9%.
Kang et al. (2008b) durante o estudo do encapsulamento de
indometacina em uma mistura de ácido poli(L-láctico) e poli(lactídeoco-glicolídeo) chegaram a percentuais de encapsulamento da ordem de
2,8% e eficiência de encapsulamento de 14%. Nestes dois últimos
trabalhos os autores procedem à lavagem do material co-precipitado
para a retirada do princípio ativo não encapsulado antes de submeter a
amostra à análise do percentual de encapsulamento. No trabalho de
Kalogiannis et al. (2006), as amostras de co-precipitado são submetidas
a cinco lavagens com etanol e, no trabalho de Kang et al. (2008b) as
amostras de co-precipitado são suspendidas em etanol e agitadas por 10
segundos, filtradas e secas em estufa por 24 horas antes de serem
submetidas a análise para a determinação do percentual de
encapsulamento.
194
55
A
Com relação à precipitação de carotenóides e sua co-precipitação
ou encapsulamento em biopolímeros, uma excelente revisão é
apresentada por Mattea et al. (2009). Nesta revisão os autores
apresentam as técnicas empregadas para a precipitação dos compostos
puros e misturas, as faixas de valores dos parâmetros investigados em
cada técnica, o tamanho médio de partícula gerada bem como os
principais resultados obtidos com relação ao percentual de carotenóide
encapsulado nos biopolímeros.
Dentro deste contexto, a utilização de fluidos sub ou supercríticos
como anti-solvente na precipitação e encapsulamento de princípios
ativos em biopolímeros mostra-se uma tecnologia bastante atraente, uma
vez que é possível obter produtos praticamente livres de solvente
orgânico evitando etapas pós-processamento. Outro fato bastante
importante diz respeito à possibilidade de aplicação de uma tecnologia
já bastante desenvolvida na área farmacêutica, na área alimentícia
através do encapsulamento de compostos sensíveis ao oxigênio, luz e
calor com fins de proteção. Outro propósito é o desenvolvimento de
sistemas de liberação de princípios ativos alimentícios, com o objetivo
de aumentar a vida de prateleira de produtos alimentícios ou a
transformação de alimentos comuns em alimentos funcionais, pela
adição de compostos nutracêuticos encapsulados em biopolímeros
utilizando a técnica de anti-solvente com fluidos sub ou supercríticos.
B
encapsulamento 8. Ampliação de 1000 vezes (A) e 1800 vezes (B).
ADAMI, R.; OSSÉO, L. S.; HUOPALAHTI, R.; REVERCHON, E.,
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193
B
encapsulamento 1. (A) ampliação de 1500 vezes; (B) ampliação de 2000
vezes.
Conforme pode ser verificado na Figura 5.6A, parte do βcaroteno precipitado ficou aderido na superfície das partículas de
polímero, parcialmente recoberto. Já na Figura 5.6B não há evidências
de partículas de β-caroteno na superfície da partícula de polímero.
Porém, a partícula de polímero apresenta uma porosidade bastante alta,
motivo pelo qual parte do β-caroteno encapsulado pode ter sido retirado
durante a etapa de remoção do β-caroteno não encapsulado.
A condição experimental que apresentou a melhor eficiência de
encapsulamento foi a condição 8. Nesta condição a concentração de βcaroteno e de PHBV ficaram nos valores intermediários, 4 e 30 mg.mL-1
respectivamente proporcionando uma precipitação simultânea do βcaroteno e do PHBV, ocorrendo um encapsulamento mais eficiente do
β-caroteno nas partículas de PHBV. A Figura 5.7 apresenta micrografias
de MEV para a condição experimental 8.
192
57
apresenta uma alta concentração de β-caroteno. Neste caso, conforme
verificado na precipitação do β-caroteno puro, uma alta concentração de
β-caroteno na solução orgânica proporciona a precipitação de menores
partículas. Estas partículas então podem ser facilmente recobertas pelas
partículas de polímero. Nesta condição experimental a eficiência de
encapsulamento não foi a melhor provavelmente porque grande parte
das partículas de β-caroteno geradas não foram totalmente recobertas
pelo polímero conforme pode ser visualizado na Figura 5.6 que reporta
micrografias de MEV da condição experimental 1.
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Tabela 5.7 – Resultados do percentual real de encapsulamento e
eficiência de encapsulamento da co-precipitação de β-caroteno e PHBV
utilizando diclorometano como solvente e CO2 como anti-solvente
empregando a câmara de precipitação com volume de aproximadamente
600 mL.
Exp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
[β-caroteno]
mg.mL-1
8,04
6,01
4,01
2,02
1,00
8,07
6,04
4,04
1,99
0,99
7,99
6,03
4,01
2,01
1,03
[PHBV]
mg.mL-1
20,01
19,99
19,90
20,04
20,01
30,08
30,02
30,07
30,02
30,00
40,01
40,03
40,01
40,09
40,06
PTE
(%)
28,7
23,1
16,8
9,2
4,8
21,2
16,8
11,8
6,2
3,2
16,7
13,1
9,1
4,8
2,5
Tempo
(min)
0,3527
0,2930
0,1859
0,4500
0,2173
0,6222
0,3450
0,2174
0,2072
0,2625
1,5790
0,3123
0,5340
0,5122
0,5230
PRE
(%)
7,92
6,69
3,96
1,99
1,10
3,59
4,00
4,10
1,59
0,87
4,53
3,10
1,89
1,24
0,37
EE
(%)
27,6
29,0
24,1
22,0
22,9
17,1
23,9
34,7
25,8
28,1
27,1
23,8
20,9
25,0
16,7
Como pode ser observado na tabela acima, o percentual real de
encapsulamento variou entre 0,37 e 7,92 % dependendo da condição
experimental de encapsulamento. A eficiência de encapsulamento variou
entre16,7 e 34,7%. A condição que apresentou o menor percentual real
de encapsulamento e a menor eficiência de encapsulamento foi a
condição 15. Nesta condição devido a alta concentração de polímero,
este precipitou na forma de grandes partículas esféricas. No caso do βcaroteno, como a concentração deste na solução era muito baixa, é
possível que não tenha ocorrido sua precipitação. Nesta concentração
(aproximadamente 1 mg.mL-1) de β-caroteno na solução, o CO2 pode ter
agido como um co-solvente. Assim, o percentual de encapsulamento
verificado para a condição 15 e para as demais condições experimentais
onde a concentração de β-caroteno foi de aproximadamente 1 mg.mL-1,
na verdade pode ter ocorrido devido a um processo de impregnação,
uma vez que o β-caroteno dissolvido na mistura solvente orgânico+CO2
pode ter permeado para o interior das partículas de polímero mantendose absorvido dentro destas.
A condição experimental que apresentou o maior percentual de
encapsulamento foi a condição 1. Obviamente, esta é a condição que
190
do β-caroteno não encapsulado e os parâmetros A1, A2, e A3 são os
parâmetros ajustáveis do modelo e são apresentados na Tabela 5.6.
Tabela 5.6 - Valores dos parâmetros para cálculo do percentual real de
encapsulamento de β-caroteno em PHBV.
Tempo
A2
A3
R2
Exp
A1
(min)
1
22,826
-2,968
-0,093
0,9972
0,3527
2
20,537
-3,823
-0,010
0,9996
0,2930
3
14,028
-7,057
0,181
0,9998
0,1859
4
6,117
-2,518
0,020
0,9968
0,4500
5
3,428
-5,855
0,142
0,9994
0,2173
6
9,006
-1,551
0,166
0,9998
0,6222
7
11,789
-3,093
-0,058
0,9990
0,3450
8
11,083
-4,995
0,356
0,9994
0,2174
9
4,487
-5,565
0,174
0,9976
0,2072
10
2,218
-4,142
0,121
0,9992
0,2625
11
12,769
-0,632
-0,178
0,9153
1,5790
12
8,810
-3,407
0,065
0,9996
0,3123
13
5,330
-2,073
0,127
0,9947
0,5340
14
3,164
-2,432
0,329
0,9971
0,5122
15
1,214
-2,389
0,019
0,9977
0,5230
A partir dos parâmetros do modelo empírico estimados para cada
uma das condições experimentais de encapsulamento foi possível
determinar o percentual real de encapsulamento em função do tempo de
ultrasom, que é determinado a partir da reta tangente conforme descrito
anteriormente. Os valores do percentual real de encapsulamento e da
eficiência de encapsulamento calculados, respectivamente, pelas
Equações 5.3 e 5.2 são apresentados na Tabela 5.7, que apresenta
também o percentual teórico de encapsulamento (PTE), o tempo em
ultrasom e as condições experimentais de encapsulamento. Todos os
detalhes dos cálculos e as curvas do percentual de encapsulamento em
função do tempo que as amostras foram submetidas a ultrasom são
apresentados no Apêndice C.
59
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60
é exemplificada na Figura 5.5 novamente para a condição experimental
1.
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189
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Figura 5.5 – Percentual real de encapsulamento para a condição
experimental de encapsulamento 1.
Como em todas as condições de encapsulamento o
comportamento do percentual de encapsulamento em função do tempo
de ultrasom para a retirada do β-caroteno não encapsulado foi o mesmo,
um modelo empírico foi ajustado através da regressão dos dados
experimentais empregando o software Statistica 6.0 utilizando o método
SIMPLEX. O modelo obtido é apresentado na equação 5.3.
PRE % = A1 × exp( A2 × tempo ) + A3
(5.3)
onde, PRE% representa o percentual real de encapsulamento, tempo
representa o tempo de agitação em ultrasom, em minutos, para a retirada
188
Como pode ser observado na figura acima o percentual de
encapsulamento diminui bastante nos menores tempos de ultrasom. O
comportamento da curva de percentual de encapsulamento pelo tempo
de ultrasom mostrado na Figura 5.4 se repete para as demais condições
experimentais de encapsulamento, como apresentado no Apêndice C.
Este comportamento é muito similar às curvas de extração supercrítica,
porém, invertido. Na extração supercrítica, as curvas de massa de
extrato extraído em função do tempo de extração apresentam-se na
forma crescente com o tempo. Aqui, o percentual de encapsulamento em
função do tempo de ultrasom para a retirada do material não
encapsulado é uma curva exponencial decrescente com o tempo.
Neste sentido, mesmo sendo passível de discussão, a metodologia
adotada para o cálculo do percentual e eficiência de encapsulamento faz
uma analogia à técnica de extração supercrítica. Conforme descrito por
Ferreira et al. (1999) e Ferreira e Meireles, (2002) existem três etapas de
extração. A primeira etapa diz respeito a taxa constante de extração,
onde a superfície externa das partículas está recoberta com o soluto a ser
extraído. Assim esta quantidade de soluto será facilmente extraída e a
resistência a transferência de massa está na fase solvente. A segunda
etapa diz respeito a uma taxa variável de extração. Nesta etapa o soluto
presente na superfície foi quase todo retirado e é onde se inicia a etapa
de extração por difusão através dos poros do substrato. A terceira etapa
é totalmente controlada pela difusão do soluto através dos poros do
substrato até a superfície. Nesta etapa da extração a transferência de
massa do substrato para o solvente é difusiva.
Como pode ser observado na Figura 5.4 as três fases de extração
estão presentes na curva. No início ocorre uma diminuição linear no
percentual de encapsulamento, o que significa que somente o β-caroteno
livre ou fracamente adsorvido na superfície das partículas de polímero
está sendo retirado. Se as amostras do co-precipitado forem deixadas
mais tempo sob ultrasom, começa a ocorrer a dissolução do β-caroteno
parcialmente encapsulado e em tempos maiores, começa a ocorrer a
retirada do β-caroteno encapsulado através da difusão pelos poros das
partículas de polímero.
Assim, para determinar o percentual real de encapsulamento foi
traçada uma reta tangente a curva do percentual de encapsulamento,
iniciando na ordenada do gráfico referente ao percentual de
encapsulamento para o tempo zero de ultrasom. A reta tangente continua
até tocar a abscissa determinando o tempo de agitação em ultrasom
necessário para retirar o β-caroteno não encapsulado. Esta metodologia
61
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62
Como pode ser observado na figura acima para a condição
experimental 4 o tamanho das partículas de polímero precipitado é
menor do que na condição experimental 13 porque a concentração de
polímero na solução é menor. Como foi verificado na precipitação do
polímero puro, o aumento da concentração deste na solução leva a um
aumento no tamanho médio de partícula. A precipitação de partículas
maiores de PHBV favorece o encapsulamento das partículas menores de
β-caroteno geradas.
Todas as condições experimentais apresentadas na Tabela 5.5,
que reportam o percentual de encapsulamento em função do tempo que
as amostras foram submetidas a ultrasom para a retirada do β-caroteno
não encapsulado, foram graficadas para a determinação do percentual de
encapsulamento e da eficiência de encapsulamento. A figura 5.4
apresenta, por exemplo, a curva do percentual de encapsulamento em
função do tempo de ultrasom para a condição experimental 1.
24
22
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14
12
10
8
6
4
2
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Figura 5.4 – Percentual de encapsulamento em função do tempo de
ultrasom para a condição experimental de encapsulamento 1.
3,5
186
63
A
B
Figura 5.3 – Micrografias de MEV das condições experimentais de
encapsulamento 4 (A) com ampliação de 1200 vezes, e 13 (B) com
ampliação de 400 vezes.
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185
percentual de encapsulamento é mais alto. Este fato pode ser verificado
comparando-se as condições experimentais 4 e 13 e, 5 e 14, além das
condições 3 e 11.
Comparando-se, por exemplo, as condições experimentais de coprecipitação 4 e 13, onde as concentrações de β-caroteno na solução são
de 2 e 4 mg.mL-1, respectivamente e as concentrações de polímero são
de 20 e 40 mg.mL-1, respectivamente, observa-se que na condição 13 o
percentual de encapsulamento para os diferentes tempos de ultrasom é
maior do que para a condição experimental 4. No experimento 4, como a
concentração de β-caroteno é menor que na condição 13, a cinética de
precipitação é mais lenta, tendo a precipitação simultânea de mais
partículas de polímero do que de β-caroteno, aumentando a precipitação
posterior de partículas de β-caroteno na superfície das partículas de
PHBV. Já na condição experimental 13 a concentração de β-caroteno na
solução é maior do que na condição 4, o que leva a uma cinética de
precipitação mais rápida e ocorre a precipitação simultânea do polímero
e do β-caroteno, assim encapsulando o β-caroteno.
Outro fato que pode explicar tal fenômeno diz respeito a
porosidade das partículas de polímero formadas durante a coprecipitação. Partículas mais porosas de polímero permitem que o
solvente utilizado para retirar o β-caroteno não encapsulado entre em
seus poros dissolvendo até mesmo o β-caroteno encapsulado retirando-o
do interior das partículas de polímero. A Figura 5.3 apresenta
micrografias de MEV comparando as condições experimentais de
encapsulamento 4 e 13.
184
65
Tabela 5.5 - Resultados do percentual de encapsulamento de β-caroteno
em PHBV utilizando diclorometano como solvente e CO2 pressurizado
como anti-solvente do segundo conjunto de experimentos utilizando a
câmara de precipitação com volume de aproximadamente 600 mL.
Exp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Percentual de encapsulamento em diferentes tempos de agitação em
ultrasom.
0 minutos
0,5 minutos
1 minuto
2 minutos
3 minutos
22,7 ± 0,22
20,5 ± 0,09
14,2 ± 0,08
6,1 ± 0,01
3,6 ± 0,02
19,2 ± 0,14
11,7 ± 0,18
11,4 ± 0,06
4,7 ± 0,07
2,3 ± 0,06
12,0 ± 0,25
8,9 ± 0,15
5,4 ± 0,08
3,5 ± 0,02
1,2 ± 0,01
5,5 ± 0,09
3,1 ± 0,07
0,6 ± 0,01
1,9 ± 0,06
0,3 ± 0,01
4,3 ± 0,03
2,6 ± 0,06
1,2 ± 0,01
0,5 ± 0,01
0,4 ± 0,01
11,1 ± 0,03
1,7 ± 0,11
2,2 ± 0,01
1,3 ± 0,01
0,4 ± 0,01
0,22 ± 0,001
0,15 ± 0,003
0,25 ± 0,001
0,28 ± 0,002
0,20 ± 0,001
2,10 ± 0,026
0,22 ± 0,001
0,19 ± 0,001
0,12 ± 0,001
0,20 ± 0,001
4,95 ± 0,012
0,21 ± 0,001
0,15 ± 0,001
0,55 ± 0,001
0,09 ± 0,001
0,18 ± 0,002
0,11 ± 0,004
0,18 ± 0,001
0,16 ± 0,001
0,15 ± 0,002
0,50 ± 0,001
0,02 ± 0,001
0,33 ± 0,001
0,12 ± 0,001
0,11 ± 0,001
3,63 ± 0,043
0,17 ± 0,001
0,32 ± 0,003
0,46 ± 0,001
0,04 ± 0,003
0,22 ± 0,009
0,09 ± 0,004
0,13 ± 0,001
0,05 ± 0,004
0,09 ± 0,001
0,30 ± 0,001
0,05 ± 0,001
0,24 ± 0,004
0,08 ± 0,001
0,09 ± 0,002
1,86 ± 0,072
0,07 ± 0,001
0,15 ± 0,001
0,26 ± 0,001
0,03 ± 0,002
Como pode ser observado na tabela acima, para uma mesma
condição experimental, dependendo do tempo em que a amostra foi
submetida a agitação em ultrasom o percentual de encapsulamento
diminui. Uma diminuição acentuada é observada comparando-se o
percentual de encapsulamento das amostras que foram somente
suspendidas em acetona e filtradas com as amostras que foram
suspendidas em acetona e submetidas a agitação em ultrasom por 30
segundos. Observa-se também a partir da tabela acima que quanto maior
a concentração de β-caroteno na solução maior o percentual de
encapsulamento.
Quando o percentual em massa de β-caroteno com relação ao
total de massa de β-caroteno e PHBV é mantido constante, por exemplo,
nos experimentos 3 e 11 da Tabela 5.5, observando a primeira coluna
que representa a retirada do β-caroteno não encapsulado simplesmente
pela suspensão da amostra em acetona e filtração, o aumento da
concentração de PHBV na solução leva a uma diminuição no percentual
de encapsulamento. Porém, observando as demais colunas que
representam os diferentes tempos que as amostras foram submetidas a
ultrasom para a retirada do caroteno não encapsulado, verifica-se que
nas condições em que a concentração de β-caroteno é maior, o
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183
Através da visualização da figura acima é possível verificar
claramente que na condição experimental 1 as partículas de PHBV
precipitaram sobre as partículas de β-caroteno. Nesta condição as
partículas de PHBV apresentam tamanho muito menor que as de βcaroteno. Na condição experimental 2 (Figura 5.2B) é possível observar
que as partículas do β-caroteno foram recobertas pelo PHBV de maneira
mais eficiente e na condição experimental 3 (Figura 5.2C) observa-se
que devido a alta concentração de PHBV na solução, este precipitou
antes na forma de fibras e o β-caroteno precipitou na forma de pequenas
placas sobre a superfície do PHBV.
Verifica-se então que a relação entre as concentrações de βcaroteno e de PHBV na solução, conforme comentado anteriormente,
exercem um papel fundamental no encapsulamento do β-caroteno em
PHBV. Como na câmara com menor volume (~ 62 mL) pode ocorrer
coalescimento das partículas devido a re-condensação parcial das
partículas formadas, os experimentos de encapsulamento da Tabela 5.2
foram conduzidos na câmara de precipitação com o maior volume (~
600 mL). Os resultados do percentual de encapsulamento do β-caroteno
em PHBV calculado a partir das análises espectrofotométricas utilizando
a Equação 5.1 para cada uma das condições experimentais em que o βcaroteno não encapsulado foi retirado através do preparo de suspensões
em acetona e submetidos a ultrasom por diferentes tempos são
apresentados na Tabela 5.5.
182
67
B
C
C
Figura 5.2 – Micrografias de MEV das condições experimentais de
encapsulamento do primeiro conjunto de experimentos com ampliação
de 2000 vezes. Condição experimental 1 (A); condição experimental 2
(B) e, condição experimental 3 (C).
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181
eficiência de 80% de encapsulamento. A condição 1 apresentou apenas
5% de encapsulamento enquanto na condição 3 não foi possível
determinar o percentual de encapsulamento pois o β-caroteno precipitou
sobre as partículas de PHBV já precipitadas devido a alta concentração
de polímero na solução fazendo com que este precipitasse de maneira
independente antes do β-caroteno.
Na condição experimental 1, o baixo percentual de
encapsulamento pode ser devido a formação de partículas de β-caroteno
muito maiores do que as partículas de PHBV. Assim as partículas de
PHBV precipitaram e foram depositadas na superfície das partículas de
β-caroteno. Já na condição experimental 3, devido a alta concentração
de PHBV na solução, este precipitou antes na forma de fibras, levando o
β-caroteno a precipitar na superfície do PHBV já precipitado. Com isto
não foi possível determinar o percentual de encapsulamento. A Figura
5.2 apresenta micrografias de MEV das três condições experimentais de
encapsulamento da Tabela 5.4, mostrando as partículas de PHBV
precipitadas sobre as partículas de β-caroteno na condição 1, as
partículas de β-caroteno recobertas pelo PHBV na condição 2 e, as
partículas de β-caroteno depositadas sobre a superfície das partículas de
PHBV na condição 3.
A
180
69
Conforme pode ser observado na figura acima, os pontos
experimentais que representam a concentração de β-caroteno puro em
diclorometano (pontos em preto) e os pontos que representam a
concentração de β-caroteno em diclorometano com PHBV (pontos em
vermelho) em função da absorbância em 460 nm diferem muito pouco
uns dos outros. O mesmo comportamento pode ser observado nas curvas
padrão geradas pela regressão dos dois conjuntos de dados
experimentais, assim como nos valores dos parâmetros das equações
que representam as curvas. Assim, foi adotada a curva padrão que
relaciona a concentração do β-caroteno puro em diclorometano com sua
absorbância em 460 nm. Consequentemente, a concentração de βcaroteno em cada uma das amostras da co-precipitação foi determinada
pela equação da reta que representa os dados experimentais de
concentração do β-caroteno puro em diclorometano em função de sua
absorbância.
A partir das concentrações conhecidas, determinou-se a massa de
β-caroteno encapsulado em cada uma das amostras. Para a determinação
do percentual de β-caroteno encapsulado foi utilizado a Equação 5.1
reportada anteriormente. Os valores do percentual e eficiência de
encapsulamento (PE% e EE% respectivamente) do primeiro conjunto de
experimentos empregando a câmara de precipitação com o menor
volume, juntamente com o percentual teórico de encapsulamento
(PTE%) e as condições experimentais, são reportados na Tabela 5.4.
Tabela 5.4 – Condições experimentais e resultados do percentual e
eficiência de encapsulamento de β-caroteno em PHBV utilizando
diclorometano como solvente e CO2 pressurizado como anti-solvente do
primeiro conjunto de experimentos utilizando a câmara com volume de
aproximadamente 62 mL.
[PHBV]
PE
EE
PTE
[β-caroteno]
Exp
(mg.mL-1)
(%)
(%)
(%)
(mg.mL-1)
1
2
3
8,02
8,08
7,97
16,08
24,13
32,10
33,3
25,1
19,9
5,0
20,1
-
15,0
80,0
-
Como pode ser observado na tabela acima a condição
experimental 2 apresentou o maior percentual de encapsulamento, com
20,1% de β-caroteno encapsulado em PHBV, representando uma
CAPÍTULO 3
COMPORTAMENTO DE FASES
Diversos trabalhos da literatura destacam a necessidade do
conhecimento do comportamento de fases envolvendo os componentes
que são utilizados nos processos de precipitação a altas pressões
empregando a técnica de anti-solvente (soluto+solvente orgânico+antisolvente), uma vez que a adição de um soluto sólido ao sistema binário
solvente orgânico+anti-solvente pode alterar o comportamento de fases
destes sistemas binários. O conhecimento do comportamento de fases do
sistema envolvido na precipitação pela técnica de anti-solvente auxilia
também na escolha do solvente orgânico mais adequado, bem como as
condições de temperatura e pressão mais favoráveis para uma
precipitação bem sucedida (Liu et al., 2002; Kordikowski et al., 2002;
De Gioannis et al., 2004; Kalogiannis e Panayiotou, 2005; Pérez de
Diego et al., 2005; Kalogiannis e Panayiotou, 2006; Park et al., 2006;
Oh et al., 2007; Franceschi et al., 2008).
O presente capítulo tem por objetivo apresentar o procedimento
adotado e o aparato utilizado nas medidas experimentais de equilíbrio de
fases, bem como os resultados observados nas medidas experimentais
do equilíbrio de fases dos sistemas ternários envolvendo o anti-solvente
(CO2), os solventes orgânicos (diclorometano, acetato de etila e etanol),
e os solutos [β-caroteno, e poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)]. Os
sistemas ternários estudados compreendem CO2+etanol+β-caroteno,
CO2+acetato de etila+β-caroteno, CO2+diclorometano+β-caroteno e
CO2+diclorometano+poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato).
3.1. Especificação dos materiais
Os reagentes utilizados para obtenção dos dados de equilíbrio de
fases a alta pressão foram: dióxido de carbono (White Martins S.A.,
pureza de 99,8%), diclorometano (Merck, pureza de 99,5%), acetato de
etila (Quimex, pureza de 99,5%), etanol (Merck, pureza de 99,9%)
Trans-β-caroteno (Sigma-Aldrich, pureza aproximada de 95%). Todos
estes materiais foram utilizados como recebidos, sem qualquer
tratamento prévio e foram armazenados em local apropriado para que
não sofressem qualquer tipo de alteração por interferência de luz ou
calor.
70
179
O co-polímero, Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV)
com massa molar (MW) de 196.000 e índice de poli dispersão de 1,85,
gentilmente cedido pela empresa PHB Industrial S/A e foi submetido a
uma pré-purificação, pela sua dissolução em clorofórmio (Quimex,
pureza de 99,5%) e precipitação em heptano (Quimex, pureza de
99,5%), para a retirada de impurezas. A Figura 3.1 apresenta a estrutura
química do β-caroteno e do PHBV.
(a)
(b)
Figura 3.1 – Estrutura química do β-caroteno (a) e do PHBV (b).
Tabela 5.3 – Valores de concentração de β-caroteno em diclorometano e
absorbância em espectro de UV visível para o β-caroteno puro e na
mistura de β-caroteno e PHBV, utilizados para a construção da curva de
calibração.
β-caroteno puro
β-caroteno na mistura
Absorbância
Concentração
Absorbância
Concentração
(460 nm)
(mg.mL-1)
(460 nm)
(mg.mL-1)
0,01216
1,2867
0,01248
1,3018
0,01013
1,0609
0,01007
1,0939
0,00810
0,8526
0,00806
0,8782
0,00608
0,6872
0,00604
0,6667
0,00506
0,5895
0,00503
0,5548
0,00304
0,3257
0,00302
0,3461
0,00203
0,2246
0,00201
0,2464
0,00101
0,1511
0,00101
0,1581
0,00010
0,0286
0,00010
0,0280
Os resultados apresentados na tabela acima mostram que houve
uma diferença bastante pequena (entre 2 e 6%) nos valores de
absorbância do β-caroteno na solução preparada com ele puro e daquela
preparada com o β-caroteno misturado com PHBV. Os resultados
apresentados na Tabela 5.3 são mostrados na Figura 5.1.
3.2. Aparato experimental
As medidas experimentais de equilíbrio de fases a altas pressões
realizadas neste trabalho foram conduzidas em uma célula de volume
variável com visualização, baseada no método estático sintético. A
unidade experimental é esquematicamente apresentada na Figura 3.2. Na
seqüência, serão descritas todas as partes que compõem a referida
unidade.
Figura 5.1 – Curva padrão de absorbância de β-caroteno em 460 nm em
função da sua concentração em diclorometano.
178
71
relaciona o percentual de β-caroteno encapsulado com o tempo que a
amostra foi submetida a ultrasom, foi determinado o percentual real de
encapsulamento.
Todos os detalhes dos cálculos desde a determinação da curva
padrão, massa de amostra utilizada em cada condição, absorbância do βcaroteno, do percentual e eficiência de encapsulamento, são
apresentados no Apêndice C.
5.5. Resultados e discussão
Conforme descrito no início deste capítulo, os experimentos de
co-precipitação de β-caroteno e PHBV foram realizados em dois
conjuntos de experimentos. No primeiro conjunto, foram realizados três
experimentos nas melhores condições da precipitação dos compostos
puros a partir dos planejamentos fatoriais completos 23 para o βcaroteno e para o PHBV variando-se a concentração de β-caroteno e
PHBV. O percentual em massa de β-caroteno foi variado entre 19,9 e
33,3 % em relação a massa total de β-caroteno e PHBV na solução. No
segundo conjunto de experimentos, tendo como base as melhores
condições do planejamento fatorial completo 25 para o β-caroteno e dos
planejamentos seqüenciais para o PHBV, o percentual em massa de βcaroteno com relação a massa total de β-caroteno e PHBV na solução
foi variado entre 2,5 e 28,7%.
Para que a quantificação do β-caroteno encapsulado através de
espectrofotometria de UV-visível fosse possível, foram construídas duas
curvas padrão relacionando a concentração de β-caroteno na solução
orgânica com a absorbância a 460 nm, conforme descrito no item 5.4.
As concentrações e absorbâncias em espectro de UV do β-caroteno puro
e do β-caroteno na mistura de β-caroteno e PHBV em diclorometano
são apresentadas na Tabela 5.3. O comprimento de onda de 460 nm foi
escolhido por ter sido verificado, através dos espectros de absorbância
obtidos experimentalmente para o β-caroteno puro e para a mistura βcaroteno e PHBV, que neste comprimento de onda ocorre a absorbância
máxima do β-caroteno.
Figura 3.2 – Diagrama do aparato experimental de equilíbrio de fases.
A – Reservatório de solvente (WHITE MARTINS S.A.). Os
cilindros de solvente possuem um tubo pescador para purgar
diretamente o solvente da fase líquida.
B – Bomba de alta pressão. Para a medida de equilíbrio de fases
nesta técnica, é desejável um equipamento que permita a quantificação
da massa de fluido deslocada e que sirva para manipular a pressão do
sistema. Bombas do tipo seringa encaixam-se perfeitamente neste
contexto, pois possuem um cilindro interno onde pode ser computado o
volume ou massa de fluido e, ao mesmo tempo, permite a pressurização
e despressurização do sistema conforme este fluido é deslocado (a partir
ou para dentro) deste reservatório, respectivamente. Neste trabalho é
utilizada uma bomba de seringa (Marca ISCO, Modelo 260D) que
possui um cilindro com volume interno de 260 mL, pressão de trabalho
de até 500 bar e fluxo de até 107 mL.min-1. O cilindro da bomba é
encamisado, o que possibilita a manutenção da temperatura do
reservatório em um valor pré-determinado com auxílio de um banho de
recirculação (Marca QUIMIS, Modelo 214M2).
C – Célula de equilíbrio de volume variável. A célula de
equilíbrio foi construída em aço inox 316L, possuindo um diâmetro
interno de 17,2 mm e comprimento de 146,5 mm. No interior da célula
existe um pistão que tem por objetivo controlar o volume e,
conseqüentemente, a pressão do sistema. O pistão (diâmetro de 17 mm e
comprimento total de 28 mm) é construído em aço inox 316L e possui
dois anéis de buna N para perfeita vedação. O volume máximo da célula
de equilíbrio (medido por pipetagem de água) é de 28,5 mL. As Figuras
3.3 e 3.4 apresentam detalhes da célula de equilíbrio e do pistão.
72
177
Figura 3.3 – Célula de equilíbrio de volume variável.
Figura 3.4 – Pistão utilizado na célula de equilíbrio.
D – Visores. A célula possui duas janelas de safira (Swell Jell),
sendo 1 lateral (φ = 10 mm) e 1 frontal (φ = 25 mm), para possibilitar a
visualização no interior da célula de equilíbrio.
Os anéis de teflon e delrin são indicados para temperaturas baixas
(temperatura ambiente); para temperaturas mais elevadas (maiores que
70°C), os anéis de teflon e delrin podem deformar e causar vazamentos
no sistema e/ou trincas nas janelas, colocando em risco a operação do
equipamento. Desta forma, o anel de teflon é substituído por um de buna
N e o anel de delrin por um anel de cobre. Toda a discussão acima
(posição da janela/anéis e material dos anéis) vale tanto para o visor
frontal como para os laterais.
E – Sistema de Agitação. Para agilizar o alcance do equilíbrio, é
inserida dentro da célula uma barra de agitação magnética (barra de
ferro coberto com uma camada de teflon), acionado por um agitador
magnético (Marca VELP – Scientifica) colocado logo abaixo da célula
de equilíbrio.
F – Fonte de Luz. Foi utilizado um feixe de luz branca na janela
lateral da célula de equilíbrio para iluminar o interior da célula e facilitar
a visualização das transições de fases;
puro e com mistura de β-caroteno e PHBV foi verificar se a presença de
PHBV na solução leva a uma alteração na absorbância máxima do βcaroteno.
A partir da absorbância do β-caroteno, obtida em
espectrofotômetro de UV visível, para cada condição experimental nos
diferentes tempos de agitação com e sem ultrasom determinou-se a
concentração de β-caroteno em diclorometano a partir da curva padrão.
Com posse dos valores de concentração, foi obtida a massa de caroteno
encapsulado em cada uma das amostras tendo-se conhecido o volume de
diclorometano no preparo de cada uma das soluções. A partir da massa
de β-caroteno encapsulado em cada uma das diferentes amostras
analisadas, e da massa conhecida do co-precipitado após filtração e
secagem em estufa, foi determinado o percentual real de
encapsulamento (PRE%) e a eficiência de encapsulamento (EE%), para
cada uma das condições experimentais em cada um dos tempos de
agitação, através das Equações 5.1 e 5.2, respectivamente (Kalogiannis
et al., 2006).
PRE% =
EE % =
massa de β − caroteno encapsulado
× 100 (5.1)
massa de β − caroteno + massa de PHBV após filtração
percentual de β − caroteno encapsulado
× 100
percentual teórico de encapsulamento
(5.2)
onde, o percentual teórico de encapsulamento é a razão entre a massa de
β-caroteno e a soma das massas de β-caroteno e PHBV utilizadas na coprecipitação. O percentual teórico de encapsulamento é dado na última
coluna das Tabelas 5.1 e 5.2, que corresponde ao percentual máximo de
encapsulamento de β-caroteno em PHBV.
Para o segundo conjunto de experimentos de encapsulamento, a
partir dos valores do percentual de encapsulamento calculados pela
Equação 5.1, foi construída uma curva do percentual de encapsulamento
em função do tempo que as amostras foram submetidas em ultrasom
para cada uma das condições experimentais. A partir dos valores
experimentais do percentual de encapsulamento, foi gerado um modelo,
pela regressão dos dados experimentais utilizando o software Statistica
6.0 através do método SIMPLEX. Com posse do modelo empírico, que
176
magnético com o auxílio de uma barra magnética (“peixinho”). As
suspensões obtidas do segundo conjunto de experimentos foram
submetidas a ultrasom por diferentes tempos para a completa dissolução
no solvente do β-caroteno não encapsulado. Os tempos selecionados em
ultrasom foram de 0,5, 1, 2 e 3 minutos. Além destes diferentes tempos
selecionados, uma outra condição selecionada foi somente suspender a
massa pesada de co-precipitado no solvente e filtrar, sendo esta
condição chamada de tempo zero de ultrasom. Os diferentes tempos de
ultrasom para a retirada do β-caroteno não encapsulado foram
selecionados com base em trabalhos da literatura descritos no início
deste item que empregam diferentes tempos de agitação e reportam
diferentes percentuais e eficiências de encapsulamento.
Após as amostras terem sido adicionadas ao solvente e
submetidas ou não ao ultrasom, a suspensão resultante foi filtrada
utilizando-se um filtro membrana de politetrafluoretileno, ligado a um
suporte de polietileno de alta densidade (Marca Millipore, Modelo
FGLP) com porosidade de 0,22 µm. Após a filtração, o material retido
no filtro foi seco em estufa a 40°C por 12 horas e pesado novamente. A
massa do material filtrado de cada condição experimental, para cada um
dos tempos submetidos a ultrasom e para o tempo zero, foi então
dissolvida em um determinado volume de diclorometano e a solução
resultante foi analisada em um espectrofotômetro de UV visível (Agilent
UV-visible, modelo 8453DE) na faixa de comprimento de onda de 190 a
700 nm.
Como a quantificação de β-caroteno encapsulado nas partículas
de PHBV foi realizada por análise espectrofotométrica, primeiramente
foram construídas duas curvas padrão relacionando a concentração de βcaroteno na solução com sua absorbância máxima em um comprimento
de onda específico. Para a construção das curvas padrão, diclorometano
foi utilizado como solvente orgânico por ser o solvente capaz de
dissolver o polímero e o β-caroteno. Para a construção da primeira curva
padrão, foram preparadas soluções com diferentes concentrações de βcaroteno em diclorometano. Para a construção da segunda curva padrão,
massas iguais de β-caroteno e PHBV foram dissolvidas em
diclorometano e foram preparadas soluções com diferentes
concentrações destas substâncias. Estas soluções foram então analisadas
em espectrofotômetro de UV visível (Agilent UV-visible, modelo
8453DE) na faixa de comprimento de onda de 190 a 700 nm para
verificar em qual comprimento de onda ocorria a absorbância máxima
do β-caroteno. O objetivo de construir as curvas padrão com β-caroteno
73
G, H, I – Sistema para monitoramento da pressão. Foi utilizado
um transdutor de pressão absoluto (G) (Marca SMAR, Modelo LD301)
com faixa de operação de 0 - 250 bar para medida da pressão do
sistema. Ambos os equipamentos, transdutor e monitorador são
alimentados em voltagem contínua entre 12 e 30 V.
J, K – Válvulas Métricas. As válvulas em questão permitem uma
abertura gradual e, conseqüentemente, uma regulagem da vazão de
fluido através delas. Válvulas métricas foram colocadas nestas posições
(J: alimentação de solvente e K: descarga do sistema) com o intuito de
evitar o efeito Joule-Thompson (notar que estes são os dois pontos onde
ocorria a redução da pressão de um valor maior - da ordem de 60 a 150
bar - para a pressão ambiente). Ambas as válvulas J e K são do tipo
agulha (Marca HOKE, Modelo 1315G4Y) com pressão de trabalho de
até 415 bar a temperatura ambiente.
L,M,N – Válvulas de Esfera. A função das válvulas de esfera é
apenas interromper o fluxo em uma determinada linha. As válvulas
empregadas na unidade são do tipo esfera (Marca SWAGELOK,
Modelo SS-H83PF2), com pressão de trabalho de até 690 bar a
temperatura ambiente. Válvula L: serve para isolar a unidade da bomba
de alta pressão durante a montagem e desmontagem da célula de
equilíbrio. Válvula M: serve para isolar a câmara do transdutor durante
o processo de descarga do sistema. A função principal desta válvula é
impedir que qualquer quantidade de soluto entre na câmara do
transdutor. Válvula N: sua função é impedir a passagem de fluxo para o
fundo da célula durante o processo de carga do solvente ao sistema.
O – Válvula de Alívio. Todo equipamento que trabalha a alta
pressão deve ter pelo menos uma válvula de alívio, para o caso de algum
imprevisto ocorrer durante a operação do sistema. Estas válvulas de
alívio possuem uma faixa de abertura, que pode ser regulada, a partir da
qual a válvula deixa o fluido passar. Após a redução da pressão do
sistema, a válvula fecha mecanicamente. A válvula utilizada neste
trabalho (Marca NUPRO, Modelo SS-4RSA), possui uma faixa de
abertura entre 275 e 340 bar.
P – Válvula de uma via (check-valve). A função desta válvula é
permitir o fluxo em apenas um sentido. Neste trabalho foi inserida uma
válvula (Marca HIP, Modelo 15-41AF1-T, pressão de trabalho de até
1034 bar) entre o cilindro de CO2 e a bomba de alta pressão, com o
intuito de evitar que pressões elevadas (pressão do experimento) sejam
aplicadas na cabeça do cilindro.
Q e linha pontilhada – Sistema de Aquecimento da Célula. O
sistema de aquecimento é composto por uma cuba de metal adaptada ao
74
tamanho da célula de equilíbrio a qual possui roscas de fechamento
alongadas para a fixação dentro da cuba. O controle de temperatura é
realizado por um banho ultratermostático de recirculação (Marca NOVA
ETICA, Modelo 521/5D) onde há circulação de água do banho passando
para a cuba e retornando ao banho. As roscas de fechamento da célula
são alongadas para permitir que se possa realizar a entrada de luz e a
visualização do equilíbrio através das janelas de safira.
R – Indicador de Temperatura. É um conjunto composto por um
sensor de temperatura (termopar) tipo K e um indicador de temperatura
(Marca NOVUS, Modelo N1500). Usado para medir o valor real da
temperatura da solução no interior da célula. Este sensor é inserido na
célula de modo que a junta fria fique no centro (considerando a
dimensão radial) da célula.
3.3. Procedimento experimental
Na metodologia sintética estática aqui empregada, deve-se
conhecer a composição global do sistema em estudo. A carga dos
solutos é simples: dependendo da composição global desejada, uma
quantidade da solução orgânica contendo o soluto sólido ou do solvente
orgânico, é pesada em uma balança de precisão (Marca GIBERTINI,
Modelo E154 com precisão de 0,0001g) e carregada dentro da célula. A
carga de CO2 (anti-solvente) envolve algumas etapas, sendo a primeira a
transferência do CO2 do cilindro para a câmara interna da bomba. Devese dispor de uma quantidade de CO2 relativamente grande dentro da
câmara da bomba, já que o próprio CO2 será utilizado como fluido
pressurizador. Para uma corrida experimental são necessários cerca de
50 ml de CO2 liquefeito. É importante notar que, quanto maior a
quantidade de CO2 transferido para dentro da câmara da bomba, menos
vezes será necessário repetir o procedimento de carga na bomba.
Em uma determinada pressão e temperatura, o indicador da
bomba de seringa mostra o volume de CO2 dentro de sua câmara. Para
uma medida precisa do volume deslocado, o CO2 deve ser mantido
como líquido comprimido. A massa de CO2 a ser adicionada, a fim de
formar uma mistura de composição desejada, é computada com base no
decaimento do volume interno da bomba. Para tal, é necessário conhecer
a densidade do CO2 como líquido comprimido na pressão e temperatura
do cilindro da bomba.
Antes da adição do CO2, todas as linhas e a célula devem ser
evacuadas com o fluido a baixa pressão para remover o ar remanescente.
Em seguida, a bomba é programada para trabalhar em modo de pressão
175
Com relação às metodologias, podem ser tomadas amostras do
co-precipitado e dissolvê-las em um solvente em que ambos os solutos
(material encapsulado e agente encapsulante) sejam solúveis e
quantificar a massa do composto encapsulado por uma das técnicas
citadas acima (Hong et al., 2007; He et al., 2007; Kang et al., 2008a).
Outra maneira é suspender o co-precipitado em um solvente orgânico
em que apenas o material encapsulado seja solúvel, deixar sob agitação
por um determinado tempo para promover a dissolução do material não
encapsulado, filtrar e dissolver o filtrado em um solvente orgânico
apropriado que dissolva todo o material sólido. Após este procedimento
o material encapsulado é quantificado por uma das técnicas descritas
acima (Tu et al., 2002; Wang et al., 2006; Kalogiannis et al., 2006;
Kang et al., 2008b).
Neste trabalho, foi adotado o princípio de suspender uma
determinada massa do co-precipitado em um solvente capaz de dissolver
somente o β-caroteno e realizar a quantificação do β-caroteno
encapsulado por espectrometria na região de UV visível. Os solventes
utilizados para retirar o β-caroteno não encapsulado da superfície das
partículas de polímero foram etanol e acetona. Etanol foi utilizado para
retirar o β-caroteno não encapsulado nas condições experimentais da
Tabela 5.1 e, acetona foi utilizada nas condições experimentais da
Tabela 5.2. Acetona foi utilizada no segundo conjunto de experimentos
devido ao β-caroteno apresentar uma solubilidade menor neste solvente
com relação ao etanol como reportado por Tres et al. (2007) o que
representaria uma retirada mais lenta do β-caroteno não encapsulado,
presente na superfície das partículas de polímero ou livre, evitando ou
retardando a retirada do material encapsulado.
O procedimento para a retirada do β-caroteno não encapsulado
foi realizado como segue. Uma determinada massa de cada amostra
obtida nos experimentos de co-precipitação (entre 5,3 e 34,3 mg) foi
pesada em uma balança analítica com precisão de 0,00001g (Mettler
Toledo, modelo XS205 DualRange) e adicionada a diferentes volumes
de solvente (etanol ou acetona). O volume de solvente utilizado em cada
uma das suspensões preparadas foi estimado como sendo o suficiente
para formar uma solução saturada de β-caroteno a temperatura
ambiente, baseado no trabalho de Tres et al. (2007), levando em
consideração a massa deste presente nas amostras obtidas para preparar
as suspensões.
As suspensões oriundas do primeiro conjunto de experimentos
foram submetidas a agitação por cinco minutos em um agitador
174
Tabela 5.2 – Condições experimentais de encapsulamento de β-caroteno
em PHBV empregando diclorometano como solvente orgânico e CO2
como anti-solvente utilizando a câmara de precipitação com volume de
Percentual em
Concentração de
Concentração
massa de
de PHBV
Exp
β-caroteno
(mg.mL-1)
(mg.mL-1)
β-caroteno
1
8,04
20,01
28,7
2
6,01
19,99
23,1
3
4,01
19,90
16,8
4
2,02
20,04
9,2
5
1,00
20,01
4,8
6
8,07
30,08
21,2
7
6,04
30,02
16,8
8
4,04
30,07
11,8
9
1,99
30,02
6,2
10
0,99
30,00
3,2
11
7,99
40,01
16,7
12
6,03
40,03
13,1
13
4,01
40,01
9,1
14
2,01
40,09
4,8
15
1,03
40,06
2,5
Apesar de algumas condições apresentarem o mesmo percentual
em massa de β-caroteno com relação a massa total de β-caroteno e
PHBV, na Tabela 5.2, a concentração de β-caroteno e de PHBV são
diferentes em cada condição experimental estudada justamente para que
se possa verificar a influência da concentração dos compostos na
solução sobre a eficiência de encapsulamento.
5.4. Análise do percentual e eficiência de encapsulamento
A literatura reporta diferentes metodologias e técnicas para
determinar o percentual e a eficiência de encapsulamento. Com relação
às técnicas, o percentual em massa de encapsulamento pode ser
determinado, por exemplo, por cromatografia líquida de alta eficiência
(Kalogiannis et al., 2006; Wang et al., 2006; Kang et al., 2008a) e
espectrofotometria na região de UV visível (Tu et al., 2002; Hong et al.,
2007; He et al., 2007; Majerik et al., 2007; Kang et al., 2008b).
75
constante e uma pressão determinada é selecionada, sendo a temperatura
para a carga ajustada pelo banho termostático (7°C). Nesta etapa, as
válvulas de esfera L e M estão abertas, enquanto que a válvula N é
mantida fechada, para evitar a passagem de CO2 no fundo da célula. A
válvula métrica J é mantida fechada até a estabilização do sistema. Uma
vez que o sistema está estabilizado, a válvula métrica J é aberta
lentamente, permitindo a entrada de CO2 (anti-solvente) na célula, até
que o volume da câmara da bomba atinja o valor pré-estabelecido para
fornecer a composição desejada dentro da célula de equilíbrio. A
pressão do sistema é então reduzida e, com a válvula métrica K fechada,
a válvula de esfera N é aberta para permitir que o CO2 entre em contato
com a parte traseira do pistão. A pressão do sistema é aumentada,
definindo-se valores maiores na bomba de seringa que, ao transferir
mais fluido para o sistema, pressiona o fundo do pistão, aumentando a
pressão da mistura dentro da célula de equilíbrio.
A partir deste ponto, o conteúdo da célula é continuamente
agitado por meio de barra magnética imantada revestida com teflon
(peixinho) inserida na célula, acionada pelo agitador magnético
colocado abaixo da mesma. O sistema de temperatura é então ligado e a
temperatura da mistura no interior da célula é captada pelo termopar
inserido na célula e monitorada pelo indicador de temperatura (R).
Quando a temperatura está estabilizada no valor desejado para o
experimento a pressão é aumentada com auxílio da bomba de seringa,
até que se visualize apenas uma única fase no interior da célula de
equilíbrio. Neste ponto, o sistema é deixado estabilizar por cerca de 30
minutos. Mantendo-se a temperatura constante e a mistura sob agitação,
a pressão é vagarosamente reduzida (3 a 5 bar.min-1) até que ocorra o
turvamento ou formação de bolhas na mistura (ocorrência da transição
de fases). Após a transição de fases, o sistema é deixado estabilizar por
cerca de 20 minutos para identificação do tipo de transição e da interface
entre as fases segregadas. Após isto, todo o procedimento deve ser
repetido (aumento de pressão até que se forme uma fase, estabilização
do sistema e redução da pressão, ocorrendo a transição de fases)
diversas vezes (no mínimo 3) para avaliar a reprodutibilidade da
metodologia experimental. O aparato experimental fornece uma
reprodutibilidade média na pressão de transição de fases da ordem de
0,70 bar e permite operar com segurança até uma pressão de 300 bar.
Após a medida do ponto experimental em uma temperatura, a
temperatura do sistema era modificada e o processo descrito no
parágrafo anterior repetido outras vezes. Desta forma, para uma
composição global constante, é possível obter uma curva P-T para o
76
sistema em estudo. Uma típica corrida, onde são medidas as transições
para 5 temperaturas diferentes, leva em torno de 8 a 10 horas.
Como mencionado no início deste capítulo, o conhecimento do
comportamento de fases do sistema envolvido na precipitação pela
técnica que utiliza CO2 como anti-solvente é de fundamental
importância. A partir do conhecimento do comportamento de fases do
sistema é possível determinar condições de temperatura e pressão de
modo a operar o sistema de precipitação em diferentes regiões do
diagrama de fases. Para as medidas experimentais de equilíbrio de fases
envolvendo CO2, solventes orgânicos e β-caroteno, no presente trabalho,
foram preparadas soluções estoque com diferentes concentrações de βcaroteno em três solventes orgânicos. Os solventes utilizados foram
diclorometano, acetato de etila e etanol, escolhidos com base no trabalho
de Três et al. (2007) que reporta dados de solubilidade de β-caroteno em
diferentes solventes orgânicos em função da temperatura. Para os
sistemas ternários CO2(1) + diclorometano(2) + β-caroteno(3) e CO2(1)
+ etanol(2) + β-caroteno(3), foram utilizadas duas diferentes
concentrações de β-caroteno em cada solvente orgânico: 4,0 e 8,0 g.L-1
em diclorometano e, 0,096 e 0,303 g.L-1 em etanol. Para o sistema
ternário CO2(1) + acetato de etila(2) + β-caroteno(3) a concentração
adotada de β-caroteno na solução foi de 0,338 g.L-1 estando próxima da
saturação em condições ambientes de temperatura e pressão. Estas
concentrações de β-caroteno nos solventes orgânicos definidos foram
selecionadas com base no trabalho de Três et al. (2007), com o objetivo
de trabalhar com soluções diluídas e próximas da saturação em
condições ambientes de temperatura e pressão.
Dos três solventes orgânicos selecionados, diclorometano foi
escolhido como solvente orgânico para o PHBV, devido à possibilidade
de se dissolver β-caroteno e o polímero em um mesmo solvente, uma
vez que o PHBV não é solúvel nos outros solventes utilizados para o βcaroteno. Assim, para o sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) +
PHBV(3) duas diferentes concentrações do polímero no solvente
orgânico foram utilizadas: 10,0 e 40,0 g.L-1, com o objetivo de trabalhar
com soluções diluídas e próximas da saturação. A incerteza nas
concentrações de β-caroteno e PHBV nas soluções foi menor que 0,0005
g.L-1, baseado no procedimento de diluição e erro de pesagem da
balança.
173
até soluções próximas da saturação (8 mg.mL-1). Porém, a concentração
de PHBV na solução orgânica foi variada em uma faixa mais estreita
daquela investigada na precipitação deste composto puro. Como na
precipitação do PHBV puro, as partículas geradas utilizando a solução
mais diluída apresentaram tamanho médio na mesma ordem de
magnitude das partículas de β-caroteno geradas na melhor condição
experimental de precipitação deste, a concentração de PHBV na solução
orgânica foi variada entre 20 e 40 mg.mL-1. As Tabelas 5.1 e 5.2
apresentam, respectivamente, os valores de concentração de β-caroteno
e de PHBV na solução orgânica, juntamente com o percentual em massa
de β-caroteno em relação a massa total de β-caroteno e PHBV em base
livre de solvente orgânico para os dois conjuntos de experimentos de
encapsulamento.
Tabela 5.1 – Condições experimentais de encapsulamento de β-caroteno
em PHBV empregando diclorometano como solvente orgânico e CO2
como anti-solvente utilizando a câmara de precipitação com volume de
Exp
Concentração de
β-caroteno na
solução
(mg.mL-1)
Concentração
de PHBV na
solução
(mg.mL-1)
Percentual em
massa de
β-caroteno na
mistura de solutos
1
2
3
8,02
8,08
7,97
16,08
24,13
32,10
33,3
25,1
19,9
172
5.3. Condições experimentais de encapsulamento
Para a realização dos experimentos de encapsulamento de βcaroteno em PHBV foram utilizados os melhores resultados da
precipitação dos compostos puros. Uma condição primordial para o
sucesso dos experimentos de encapsulamento é que as partículas
precipitadas do material a ser encapsulado sejam menores do que as do
material encapsulante. Assim, os valores dos parâmetros de processo
foram selecionados com base na condição experimental de precipitação
que gerou menor tamanho de partícula para o β-caroteno e maior
tamanho de partícula para o PHBV.
Assim como na precipitação dos compostos puros, no
encapsulamento foram adotados dois conjuntos de experimentos. O
primeiro conjunto foi realizado com base nos resultados de precipitação
dos compostos puros que apresentaram menor tamanho de partícula para
o β-caroteno e maior para o PHBV, a partir dos planejamentos fatoriais
completos 23 para estes dois compostos puros. O segundo conjunto de
experimentos foi realizado com base nos resultados de precipitação dos
compostos puros a partir do planejamento fatorial completo 25 para o βcaroteno e dos planejamentos seqüenciais para o PHBV.
Tanto no primeiro quanto no segundo conjunto de experimentos
de precipitação dos compostos puros, os valores dos parâmetros
utilizados que apresentaram menor tamanho de partícula para o βcaroteno e maior para o PHBV foram pressão de 80 bar, temperatura de
40 °C, vazão de solução de 1 mL.min-1, vazão de anti-solvente de 40
mL.min-1. Estes valores foram mantidos constantes em todos os
experimentos de encapsulamento. O único parâmetro variado foi a
relação entre as concentrações de cada um dos compostos na solução
orgânica, uma vez que a literatura reporta que a relação entre as
concentrações do material a ser encapsulado e o agente encapsulante é
um parâmetro fundamental que influencia na eficiência de
encapsulamento e morfologia dos compósitos formados utilizando CO2
como anti-solvente (Yeo e Kiran, 2005; Mattea et al., 2008).
No primeiro conjunto de experimentos de encapsulamento a
concentração de β-caroteno na solução orgânica foi mantida em 8
mg.mL-1 e a concentração de PHBV foi variada entre 16 e 32 mg.mL-1.
No segundo conjunto de experimentos a concentração de β-caroteno na
solução orgânica foi variada em uma faixa mais ampla daquela
investigada na precipitação deste composto puro para verificar de que
maneira a concentração de β-caroteno afetava a eficiência de
encapsulamento. Foram utilizadas soluções muito diluídas (1 mg.mL-1)
77
Os resultados experimentais de equilíbrio de fases para todos os
sistemas investigados são apresentados nas Tabelas 3.1 a 3.8. Os
resultados apresentados nestas tabelas reportam o tipo de transição de
fases (tipo bolha ou tipo orvalho), as temperaturas investigadas em graus
Celsius, a pressão em bar e, o desvio padrão experimental da pressão
média (σ) que representa a dispersão dos resultados e é dado pela
equação a seguir:
2
 n

 (Pi − P ) 
 i =1

n −1
∑
σ=
3.1
onde, n representa o número de pontos experimentais em pressão a uma
dada temperatura, Pi representa o valor experimental da pressão medida
em uma dada temperatura e P representa a pressão média em cada
temperatura.
As Tabelas 3.1 e 3.2 apresentam, respectivamente, os resultados
para o sistema ternário CO2 + diclorometano + β-caroteno nas duas
concentrações de β-caroteno investigadas, onde pode ser observada a
ocorrência somente de equilíbrio líquido-vapor, com e sem a presença
de β-caroteno em excesso, com transições caracterizadas como ponto de
bolha (PB) à esquerda do ponto crítico da mistura e ponto de orvalho
(PO) à direita do ponto crítico da mistura.
Tabela 3.1 – Dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor para o
sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + β-caroteno(3), na
concentração de β-caroteno de 4,0 g.L-1 em diclorometano (base livre de
CO2).
T
(°C)
30
40
50
60
70
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,564
40,1
49,7
57,9
67,9
76,7
0,1
0,1
0,2
0,4
0,3
Tipo de
transição
T
(°C)
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,886
54,2
69,6
81,6
92,6
100,1
0,1
0,2
0,1
0,1
0,1
Tipo de
transição
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
78
171
T
(°C)
30
40
50
60
70
†
σ
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,744
†
49,0
60,2
69,6
79,6
93,2
0,3
0,3
0,6
0,1
0,5
CAPÍTULO 5
Tipo de
transição
T
(°C)
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
σ
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,946
†
65,4
76,3
84,0
0,6
0,3
0,4
Tipo de
transição
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
Desvio padrão experimental da média.
sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + β-caroteno(3), na
concentração de β-caroteno de 8,0 g.L-1 em diclorometano (base livre de
CO2).
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,433
Tipo de
transição
T
(°C)
30
40
50
60
70
35,4
0,6
40,2
0,3
46,6
0,1
54,1
0,3
61,6
0,1
x1 = 0,661
44,9
0,3
53,8
0,4
64,0
0,1
72,6
0,3
84,3
0,5
x1 = 0,820
56,7
0,4
66,2
0,3
75,7
0,2
86,1
0,3
98,9
0,2
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
†
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
30
40
50
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,886
59,1
71,6
83,1
94,1
0,2
0,1
0,1
0,4
x1 = 0,946
62,9
0,1
77,4
0,1
80,9
0,3
Tipo de
transição
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
ENCAPSULAMENTO DE β-CAROTENO EM PHBV
Com base nos melhores resultados obtidos na precipitação dos
compostos puros, ou seja, a condição experimental que gerou menor
tamanho de partícula na precipitação do β-caroteno e, aquela que
propiciou a obtenção de partículas de maior tamanho para o polímero
foram realizados os experimentos de encapsulamento de β-caroteno em
PHBV. Os resultados de encapsulamento serão apresentados e
discutidos neste capítulo juntamente com os materiais e a metodologia
empregada para a realização dos experimentos de encapsulamento de βcaroteno em PHBV utilizando diclorometano como solvente orgânico e
dióxido de carbono pressurizado como anti-solvente.
Os reagentes utilizados para os experimentos de encapsulamento
foram: dióxido de carbono (White Martins S.A., pureza de 99,8%),
diclorometano, acetona e etanol (Merck, pureza de 99,5%), Trans-βcaroteno (Sigma-Aldrich, pureza aproximada de 95%) e o co-polímero,
Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) com massa molar
(MW) de 196.000 e índice de poli dispersão de 1,85, gentilmente cedido
pela empresa PHB Industrial S/A. Todos estes materiais foram
utilizados como recebidos, sem qualquer tratamento prévio e foram
armazenados em condições apropriadas para que não sofressem
qualquer tipo de alteração por interferência de luz, calor e umidade.
5.2. Aparato experimental de encapsulamento
Todos os experimentos de encapsulamento foram realizados
seguindo o mesmo procedimento experimental utilizado para a
precipitação dos compostos puros, descrito no Capítulo 4 do presente
trabalho, uma vez que o aparato experimental empregado no
encapsulamento foi o mesmo da precipitação dos compostos puros. A
única diferença aqui é que a solução orgânica injetada na câmara de
precipitação continha os dois solutos (β-caroteno e PHBV) dissolvidos
no mesmo solvente orgânico (diclorometano) ao invés de apenas um dos
compostos como no caso da precipitação dos compostos puros.
170
94, 2008.
KIM, M.-S.; LEE, S.; PARK, J.-S.; WOO, J.-S.; HWANG, S.-J.,
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79
Como pode ser observado nas tabelas acima, a partir de uma
determinada concentração de CO2 as transições de fases para todas as
isotermas ocorrem com a presença de uma fase sólida rica em βcaroteno. Na Tabela 3.1, onde a concentração de β-caroteno na solução
orgânica é a mais diluída (4,0 g.L-1 em base livre de CO2), a presença de
sólido em excesso nas transições ocorre entre as concentrações de CO2
de 0,744 e 0,886 em mol e em todas as frações molares de CO2
investigadas acima de 0,886. Na Tabela 3.2, em que a solução orgânica
está concentrada (8,0 g.L-1 em base livre de CO2), a presença de βcaroteno não dissolvido nas transições ocorre entre as frações molares
de CO2 de 0,661 e 0,820, e estende-se a todas as concentrações de CO2
acima de 0,820 em mol.
Este fato é devido ao efeito de co-solvente e anti-solvente que o
CO2 exerce na mistura, conforme amplamente discutido na literatura
(Shariati e Peters, 2002; De Gioannis et al., 2004). Em frações molares
de CO2 abaixo de 0,744, para a solução orgânica com menor
concentração de β-caroteno, a ação é de co-solvente, auxiliando na
solubilização do β-caroteno na solução. Em frações molares de CO2
acima de 0,744 a ação deste é de anti-solvente, diminuindo a
solubilidade do β-caroteno no solvente orgânico, promovendo assim a
precipitação do soluto. Para a solução orgânica mais concentrada (8,0
g.L-1), o CO2 passa a agir como anti-solvente em frações molares mais
baixas, devido à solução orgânica encontrar-se mais próxima da
saturação.
Para verificar se a presença de β-caroteno no sistema influencia o
comportamento de fases, os dados experimentais das Tabelas 3.1 e 3.2
foram plotados em um diagrama P,x,y e são apresentados na Figura 3.5.
Nesta figura, também são plotados dados experimentais da literatura
(Corazza et al., 2003) para o sistema binário CO2 + diclorometano, no
sentido de comparar e verificar o efeito da presença de β-caroteno no
sistema.
80
169
140
120
Pressão (bar)
100
Este trabalho (sistema ternário)
8,0 g.L-1
4,0 g.L-1
40°C PB
PB
50°C PB
PO
PB
PO
60°C PB
PB
70°C PB
PO
PB
80
60
Corazza et al. (2003)
(sistema binário)
40°C PB
PO
50°C PB
PO
60°C PB
PO
70°C PB
PO
40
20
0
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 ,8
0,9
1,0
x CO2
Figura 3.5 - Diagrama P,x,y para o sistema ternário
CO2(1)+diclorometano(2)+β-caroteno(3) na. Dados experimentais deste
trabalho em comparação com dados da literatura.
Como pode ser observado na figura acima, a presença de βcaroteno no sistema não influencia o comportamento de fases como um
todo. As transições LV com e sem β-caroteno não se alteram,
independentemente se elas ocorreram com a presença de sólido em
excesso ou com o sólido todo dissolvido. Isto pode ser devido ao fato de
que em baixas concentrações de β-caroteno o CO2 age como um cosolvente e a quantidade de caroteno dissolvido no sistema não foi
suficiente para modificar a interação entre o solvente orgânico e o CO2.
Altas concentrações de β-caroteno também não afetam o
comportamento de fases do sistema binário porque este precipita em
uma fase sólida por apresentar-se em uma concentração acima daquela
de equilíbrio e, a quantidade que permanece dissolvida não é suficiente
para modificar a interação entre o solvente e o CO2. Neste sentido, o
comportamento de fases somente do sistema binário pode ser levado em
consideração na escolha de condições adequadas para a precipitação de
β-caroteno a partir de uma solução usando diclorometano como solvente
orgânico e CO2 como anti-solvente.
De acordo com a literatura (Yeo e Lee, 2004; Rajasingam et al.,
2005; Kikic et al., 2006), diferentes tipos de solventes orgânicos podem
influenciar nas características do material precipitado. Neste sentido,
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168
Na precipitação do PHBV, a condição experimental que gerou
partículas com o maior tamanho médio foi a condição 3C do
planejamento seqüencial. Nesta condição experimental o tamanho médio
de partícula foi de 27,79 µm e os valores dos parâmetros estudados
foram os seguintes: pressão de 80 bar, temperatura de 40 °C, vazão de
solução de 1 mL.min-1, vazão de anti-solvente de 40 mL.min-1 e
concentração da solução de 30 mg.mL-1.
Com exceção da concentração da solução, os valores dos demais
parâmetros foram os mesmos para as melhores condições de
precipitação do β-caroteno e do PHBV. Neste sentido, para a realização
dos experimentos de encapsulamentos, os valores destes parâmetros
foram mantidos constantes nos seguintes valores: pressão de 80 bar,
temperatura de 40°C, vazão da solução orgânica de 1 mL.min-1 e vazão
de anti-solvente de 40 mL.min-1. Assim, foi estudado apenas o efeito da
concentração de cada um dos solutos na solução orgânica sobre o
percentual de encapsulamento, que será apresentado no capítulo
seguinte deste trabalho.
Os tamanhos médios e distribuição de tamanho de partícula
referentes a precipitação do β-caroteno e PHBV puros para todas as
condições experimentais investigadas são apresentados detalhadamente
nos Apêndices A e B, respectivamente.
81
dados experimentais de equilíbrio de fases envolvendo CO2, etanol e βcaroteno também foram investigados. Duas diferentes concentrações de
β-caroteno em etanol foram escolhidas: 0,096 e 0,303 g.L-1 com base no
trabalho de Três et al. (2007).
As Tabelas 3.3 e 3.4 apresentam, respectivamente, os resultados
para o sistema ternário CO2 + etanol + β-caroteno nas duas
concentrações de β-caroteno investigadas, onde pode ser observado a
ocorrência de equilíbrio líquido-vapor somente, com transições tipo
bolha (PB) e tipo orvalho (PO).
sistema ternário CO2(1) + etanol(2) + β-caroteno(3), na concentração de
β-caroteno de 0,096 g.L-1 em etanol (base livre de CO2).
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,208
Tipo de
transição
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,795
Tipo de
transição
30
40
50
60
70
31,2
0,2
36,1
0,1
41,0
0,3
46,6
0,2
51,4
0,2
x1 = 0,421
54,2
0,1
63,4
0,2
72,3
0,2
80,1
0,1
89,2
0,1
x1 = 0,610
59,0
0,1
71,2
0,2
84,5
0,1
96,7
0,2
108,2
0,2
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
63,2
0,1
74,1
0,1
89,2
0,2
102,1
0,2
114,3
0,1
x1 = 0,904
63,2
0,1
75,4
0,2
89,2
0,1
101,0
0,9
112,3
0,2
x1 = 0,956
66,7
0,2
80,8
0,2
90,4
0,1
97,3
0,4
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30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
†
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PO
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PO
82
167
sistema ternário dióxido de carbono(1) + etanol(2) + β-caroteno(3) na
concentração de β-caroteno de 0,303 g.L-1 em etanol (base livre de
CO2).
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,628
Tipo de
transição
T
(°C)
30
40
50
60
70
58,0
0,2
71,1
0,1
84,6
0,2
97,4
0,3
109,0
0,3
x1 = 0,806
62,2
0,2
75,4
0,1
89,2
0,2
104,4
0,4
117,3
0,1
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
62,5
76,8
89,1
100,3
111,4
0,2
0,2
0,1
0,2
0,3
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
62,6
77,7
86,6
0,1
0,2
0,2
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
†
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,904
Tipo de
transição
B
Figura 4.30 – Micrografias de MEV da condição experimental 3C do
planejamento seqüencial. (A) ampliação de 200 vezes e (B) ampliação
de 1000 vezes.
Como pode ser observado nas Tabelas 3.3 e 3.4, em todas as
composições de CO2 investigadas não foi visualizado o aparecimento de
uma fase sólida durante as transições, indicando que o CO2 pode estar
agindo como co-solvente em toda a faixa de concentração investigada.
Este fato indica também que o etanol pode não ser um solvente
adequado, necessitando de condições muito específicas, no que se refere
ao processo de precipitação do β-caroteno.
Uma vez mais, no sentido de verificar o efeito da presença de βcaroteno no comportamento de fases do sistema, a Figura 3.6 apresenta
os dados experimentais do sistema ternário com as duas concentrações
de β-caroteno em etanol, traçando um comparativo com dados
experimentais da literatura (Chang et al., 1997; Galicia Luna et al.,
2000) para o sistema binário CO2 + etanol na temperatura de 40°C.
Como pode ser visualizado nas figuras acima, com o aumento da
concentração da solução, o efeito da vazão de anti-solvente na formação
de aglomerados de pequenas partículas e a potencialidade de auto
encapsulamento torna-se mais pronunciado. As áreas circuladas
mostram os aglomerados de pequenas partículas com tendência à
formação de partículas maiores.
Uma vez que na precipitação do β-caroteno puro o objetivo foi
determinar a condição que gerasse menor tamanho de partícula e, para o
PHBV puro a condição que gerasse o maior tamanho de partícula, com o
objetivo de realizar o encapsulamento do β-caroteno no PHBV, a partir
dos resultados observados na precipitação do β-caroteno e PHBV puros
empregando diclorometano como solvente orgânico e CO2 como antisolvente, a condição experimental que apresentou menor tamanho de
partícula para o β-caroteno foi a condição 23 do planejamento fatorial
completo 25 com tamanho médio de partícula de 3,2 µm com os
seguintes valores dos parâmetros investigados: pressão de 80 bar,
temperatura de 40 °C, vazão de solução de 1 mL.min-1, vazão de antisolvente de 40 mL.min-1 e concentração da solução de 8 mg.mL-1.
166
83
100
Pressão (bar)
80
60
T = 40°C
Este trabalho (sistema ternário)
0,096 g.L-1
0,303 g.L-1
40
Literatura (sistema binário)
Chang et al. (1997)
Galicia Luna et al. (2000)
20
0
0,0
B
Figura 4.29 – Micrografias de MEV da condição experimental 1C do
planejamento seqüencial. (A) ampliação de 800 vezes e (B) ampliação
de 1200 vezes.
A
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
CO2(1)+etanol(2)+ β-caroteno(3) deste trabalho em comparação com
dados experimentais do sistema binário CO2(1)+etanol(2) da literatura
na temperatura de 40°C.
Na Figura 3.6 pode ser observado que a presença do soluto (βcaroteno) nas duas concentrações investigadas não leva a variações
pronunciadas nas pressões de transição quando comparado ao sistema
binário CO2+etanol da literatura a 40°C. Isto significa dizer que a adição
de β-caroteno, nas concentrações investigadas, não modifica a região de
líquido-vapor do sistema binário, podendo aqui também ser considerado
apenas o comportamento de fases do sistema binário na seleção de
condições satisfatórias para a precipitação de β-caroteno usando etanol
como solvente orgânico.
O terceiro solvente orgânico escolhido para a precipitação de βcaroteno foi o acetato de etila, também com base no trabalho de Três et
al. (2007) em termos de solubilidade. Devido a escassez de dados
experimentais para o sistema binário CO2 + acetato de etila na faixa de
temperatura de interesse neste trabalho, com exceção dos trabalhos de
Tian et al. (2004) e Byun et al. (2006), houve a necessidade de
investigar experimentalmente este sistema na faixa de temperatura de 30
a 70°C com o objetivo de comparar tais dados com o sistema ternário
CO2 + acetato de etila + β-caroteno.
84
165
Neste sentido, dados experimentais de equilíbrio de fases para o
sistema binário CO2 + acetato de etila e para o sistema ternário CO2 +
acetato de etila + β-caroteno na concentração de β-caroteno de 0,338
g.L-1 foram obtidos, na faixa de temperatura de 30 a 70°C. Apenas a
concentração de β-caroteno em acetato de etila, próxima da saturação a
25°C, foi escolhida, uma vez que, se nesta concentração não houvesse
formação de uma fase sólida nas medidas de equilíbrio, na solução mais
diluída também não haveria e, também, o fato de que para os sistemas
ternários CO2 + diclorometano + β-caroteno e CO2 + etanol + βcaroteno a solução menos concentrada de β-caroteno nestes solventes
orgânicos não alterou o comportamento de fases dos respectivos
sistemas binários solvente + CO2. As Tabelas 3.5 e 3.6 apresentam,
respectivamente, os resultados para o sistema binário CO2 + acetato de
etila e para o sistema ternário CO2 + acetato de etila + β-caroteno.
câmara de precipitação favorecendo o processo de nucleação, parte do
polímero dissolvido no solvente orgânico precipitou na forma de
pequenas partículas esféricas com diâmetros variando de
aproximadamente 0,8 µm a 2 µm e, parte precipitou na forma de filme
recobrindo as pequenas partículas já formadas.
O fenômeno descrito acima pode ter ocorrido com mais eficiência
no bloco C do planejamento seqüencial, nas condições experimentais 1C
e 3C, uma vez que a solução utilizada neste bloco estava mais
concentrada, favorecendo a etapa de recobrimento das partículas
menores formadas. Este processo de auto encapsulamento é ilustrado
nas Figuras 4.29 e 4.30 que apresentam, respectivamente, micrografias
de MEV das condições experimentais 1C e 3C.
Tabela 3.5 - Dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor para o
sistema binário CO2(1) + acetato de etila(2).
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,461
Tipo de
transição
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,936
Tipo de
transição
30
40
50
60
70
25,1
0,1
31,3
0,1
36,7
0,1
41,8
0,2
46,6
0,2
x1 = 0,666
39,2
0,1
47,4
0,1
56,3
0,2
63,4
0,2
71,6
0,3
x1 = 0,823
50,2
0,2
60,4
0,1
71,3
0,1
82,4
0,2
92,7
0,2
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PO
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60,2
0,1
72,4
0,1
85,6
0,2
92,2
0,2
101,3
0,2
x1 = 0,969
62,2
0,2
75,8
0,2
88,9
0,2
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
†
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PO
A
164
Segundo Duarte et al. (2006), aumentando a vazão da solução
para dentro da câmara de precipitação leva a uma melhor mistura entre a
solução orgânica e a fase bulk de anti-solvente e, consequentemente,
uma forte turbulência. Este comportamento resulta em altas taxas de
supersaturação e consequentemente gera partículas com tamanhos
menores. O que confirma este fato é a diminuição mais pronunciada no
tamanho de partícula observado comparando os experimentos 3C e 4C
da Tabela 4.8, onde a vazão de solução foi variada mantendo-se a vazão
de anti-solvente em seu maior valor.
No bloco A, quando foi variada a vazão de anti-solvente um
efeito contrário foi observado. Um aumento na vazão de anti-solvente
mantendo a vazão de solução no menor valor aumentou o tamanho
médio de partícula de 1,46 µm para 2,56 µm. Quanto a vazão de antisolvente foi aumentada mantendo a vazão de solução no maior valor, o
tamanho de partícula não mudou, ficando em 0,87 µm.
A variação da vazão de anti-solvente no bloco C levou a um
aumento no tamanho de partícula. Aumentando a vazão de anti-solvente
com a vazão da solução no menor valor o tamanho de partícula
aumentou de 3,40 µm para 27,79 µm. Quando a vazão de anti-solvente
foi aumentada com a vazão da solução no maior valor o tamanho de
partícula aumentou de 2,55 µm para 2,90 µm.
O aumento do tamanho de partícula de PHBV com o aumento da
vazão de anti-solvente também foi observado por Costa et al. (2007)
durante a precipitação deste polímero a partir de uma solução de
diclorometano utilizando CO2 como anti-solvente. Porém, estes autores
não discutem a razão deste efeito. Este comportamento pode ser
considerado anômalo, uma vez que os únicos trabalhos da literatura,
revisados neste trabalho, que reportam um aumento do tamanho médio
de partícula com o aumento da vazão de anti-solvente são os de Costa et
al. (2007) e de Miguel et al. (2006). Porém, Miguel et al. (2006) explica
este comportamento declarando que como a vazão total é alta, a
quantidade de soluto que permanece dissolvido na mistura fluida que
deixa a câmara de precipitação é alta, causando um decréscimo na
supersaturação máxima que por sua vez aumenta o tamanho médio de
partícula.
Outro aspecto que pode ser considerado durante a aspersão da
solução orgânica para dentro da câmara de precipitação é a formação
das partículas. Durante a formação das partículas, é possível que tenha
ocorrido um auto encapsulamento do polímero. Como o aumento da
vazão de anti-solvente comumente aumenta a turbulência dentro da
85
sistema ternário CO2(1) + acetato de etila(2) + β-caroteno(3) na
concentração de β-caroteno de 0,338 g.L-1 em acetato de etila (base livre
de CO2).
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,462
Tipo de
transição
T
(°C)
30
40
50
60
70
25,2
0,1
30,1
0,2
35,4
0,1
40,6
0,2
45,2
0,3
x1 = 0,668
37,7
0,1
47,2
0,1
55,1
0,2
63,4
0,2
71,6
0,2
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
†
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,824
50,2
61,2
71,3
82,2
92,4
0,1
0,2
0,1
0,1
0,2
x1 = 0,951
62,2
0,1
76,4
0,1
86,8
0,2
94,2
0,2
108,8
0,2
Tipo de
transição
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PO
ELV-PO
Como pode ser observado nas tabelas acima houve a ocorrência
de equilíbrio líquido-vapor somente, com transições do tipo bolha (PB)
e tipo orvalho (PO). Para o sistema ternário, Tabela 3.6, nenhuma
transição ocorreu com a presença de fase sólida rica em β-caroteno em
toda a faixa de temperatura e concentração de CO2 investigadas. Este
fato indica que as forças intermoleculares entre CO2 e acetato de etila
são mais fracas do que as forças de intermoleculares entre o acetato de
etila e o β-caroteno não induzindo a formação de uma fase sólida rica
em β-caroteno.
A Figura 3.7 apresenta os dados experimentais do sistema
ternário CO2 + acetato de etila + β-caroteno e do sistema binário CO2 +
acetato de etila medidos neste trabalho comparados com dados da
literatura para o sistema binário CO2 + acetato de etila nas temperaturas
de 40 e 60°C.
86
163
Pressão (bar)
100
80
Este trabalho
sistema binário
PB
40°C
60°C
PB
60
sistema ternário
40°C
PB
60°C
PB
qa
-3.32115
PO
Byun et al. (2006)
PB
40°C
60°C
PB
PO
40
qs
-2.2852
T ian et al. (2004)
60°C
PB
20
0,4
p=.05
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
Figura 3.7 - Diagrama P,x,y para o sistema binário CO2(1)+acetato de
etila(2) e ternário CO2(1)+acetato de etila(2)+β-caroteno(3). Dados
experimentais deste trabalho em comparação com dados da literatura
nas temperaturas de 40 e 60°C.
De maneira análoga às Figuras 3.5 e 3.6, o mesmo
comportamento pode ser verificado na Figura 3.7, isto é, a adição de βcaroteno ao sistema binário CO2 + acetato de etila não modifica a região
de coexistência líquido-vapor para a concentração de β-caroteno
investigada neste trabalho.
Com relação à comparação entre os dados experimentais deste
trabalho com os da literatura para o sistema binário CO2 + acetato de
etila, pequenas diferenças nas pressões de transição (da ordem de 5 a 7
bar) podem ser observadas nas concentrações mais altas de CO2. Tais
diferenças podem estar relacionadas à proximidade do ponto crítico da
mistura, onde uma pequena variação na temperatura do sistema pode
modificar substancialmente a solubilidade do soluto no CO2,
modificando, conseqüentemente, a pressão na qual ocorre a transição
líquido-vapor.
Considerando o comportamento de fases dos sistemas ternários
envolvendo CO2, os solventes orgânicos (diclorometano, etanol e
acetato de etila) e β-caroteno investigados, o solvente orgânico mais
indicado para a precipitação de β-caroteno empregando CO2 como antisolvente é o diclorometano provavelmente devido à sua menor
Efeito estim ado (valor absoluto)
Figura 4.28 – Diagrama de Pareto apresentando o efeito dos parâmetros
de precipitação de PHBV do bloco D da Tabela 4.8 sobre o tamanho
médio de partícula.
De acordo com as figuras acima a vazão da solução e a vazão de
anti-solvente exerceram efeito significativo a nível de 95% blocos A e C
dos planejamentos seqüenciais. Em ambos os planejamentos o efeito
destes parâmetros foi o mesmo, ou seja, aumentando a vazão da solução
orgânica diminui o tamanho médio de partícula e um aumento na vazão
de anti-solvente leva a um aumento também no tamanho médio de
partícula.
No bloco A, quando a vazão de solução foi aumentada mantendo
a vazão de anti-solvente constante no menor valor, o tamanho de
partícula diminuiu de 1,46 µm para 0,87 µm. Quando a vazão da
solução foi variada mantendo a vazão de anti-solvente no maior valor o
tamanho médio de partícula diminuiu de 2,56 µm para 0,87 µm. No
bloco C, quando a vazão de solução foi aumentada, mantendo a vazão
de anti-solvente no menor valor a diminuição no tamanho de partícula
foi de 3,4 µm para 2,55 µm e, quando a vazão da solução foi aumentada
mantendo a vazão do anti-solvente no maior valor a diminuição no
tamanho médio de partícula foi mais pronunciado, indo de 27,79 µm
para 2,9 µm. A vazão de solução e de anti-solvente não teve efeito
significativo sobre a distribuição de tamanho de partícula do PHBV
precipitado a nível de 95% de confiança em nenhum dos blocos do
planejamento sequencial.
162
87
QS
QA
-4.06691
-3.44915
p=.05
Efeito estimado (valor absoluto)
de precipitação de PHBV do bloco B da Tabela 4.8 sobre o tamanho
QS
-28.3675
QA
27.2654
p=.05
de precipitação de PHBV do bloco C da Tabela 4.8 sobre o tamanho
polaridade comparado aos outros solventes e consequentemente uma
maior solubilidade em CO2 devido às menores pressões de transição
verificadas para o sistema envolvendo diclorometano e CO2 conforme
pode ser verificado nas Figuras 3.5, 3.6 e 3.7 .
Como pode ser verificado nas Tabelas 3.1 a 3.6, apenas quando
foi utilizado diclorometano como solvente orgânico para o β-caroteno,
as transições de fases a partir de uma determinada concentração de CO2
apresentavam sólido em excesso, nas duas concentrações de β-caroteno
investigadas. Para os demais sistemas ternários, todas as transições de
fases ocorreram sem a presença de sólido em excesso, indicando que as
forças de interação entre CO2 e etanol e CO2 e acetato de etila são mais
fracas do que as forças de interação entre estes solventes e β-caroteno,
não propiciando a partição de fases e a conseqüente formação de uma
fase sólida. Quando diclorometano foi utilizado como solvente orgânico,
devido às forças de interação entre CO2 e este solvente serem mais
fortes do que as forças de interação entre diclorometano e β-caroteno,
pela maior similaridade em termos de polaridade deste solvente com
CO2, houve a partição de fases e a formação de uma fase sólida rica em
β-caroteno. Desta forma, diclorometano foi o solvente eleito para
estudos de precipitação de β-caroteno em CO2 pressurizado.
Com vistas ao encapsulamento de β-caroteno em PHBV, a
necessidade de se investigar experimentalmente também o
comportamento de fases envolvendo o polímero é imprescindível, uma
vez que polímeros, em determinadas concentrações, tendem a modificar
o comportamento de fases do sistema binário solvente orgânico + CO2,
levando a sistemas relativamente complexos como imiscibilidade
líquido-líquido. Para o sistema ternário envolvendo o polímero,
diclorometano foi escolhido como solvente orgânico por dois motivos
óbvios, primeiro por ter sido escolhido como solvente na precipitação de
β-caroteno e segundo por ser um bom solvente para o polímero, uma
vez que os outros dois solventes não dissolvem o polímero em estudo.
Para o sistema ternário CO2 + diclorometano + PHBV, duas
diferentes concentrações de PHBV em diclorometano foram
investigadas: 10,0 e 40,0 g.L-1. As Tabelas 3.7 e 3.8 apresentam,
respectivamente, os resultados para o sistema ternário envolvendo o
polímero nas duas concentrações investigadas, na faixa de temperatura
de 30 a 70°C.
88
161
sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + PHBV(3) na concentração
de PHBV de 10,0 g.L-1 em diclorometano (base livre de CO2). Fração
molar de CO2 em base livre do polímero.
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,326
Tipo de
transição
T
(°C)
30
40
50
60
70
28,1
0,1
33,0
0,1
38,3
0,2
43,3
0,2
50,1
0,4
x1 = 0,456
36,3
0,1
43,6
0,2
49,8
0,5
58,5
0,4
64,7
0,1
x1 = 0,602
40,8
0,5
50,0
0,4
60,0
0,3
69,1
0,4
78,6
0,1
x1 = 0,659
44,2
0,1
53,6
0,4
63,7
0,3
73,1
0,1
82,3
0,1
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
30
40
50
60
70
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
30
40
50
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
†
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,744
49,5
59,8
69,3
81,2
92,1
0,6
0,2
0,4
0,1
0,4
x1 = 0,818
54,1
0,2
63,8
0,1
75,4
0,3
87,4
0,4
98,1
0,3
x1 = 0,886
56,3
0,4
70,2
0,4
80,6
0,2
92,6
0,3
99,4
0,2
x1 = 0,946
64,0
0,2
77,9
0,3
84,9
0,1
Tipo de
transição
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
utilizadas foi observada a formação de partículas com superfície mais
rugosa e com poros o que leva a crer que as partículas formadas nas
soluções mais concentradas são ocas internamente (Figura 4.24 C e D).
Mais uma vez pode ser considerado o efeito da viscosidade da
solução sobre a morfologia das partículas. Quando soluções mais
diluídas foram utilizadas, devido a sua menor viscosidade comparada a
soluções mais concentradas, as gotículas geradas na atomização da
solução foram menores e, consequentemente, a transferência de massa
do anti-solvente para dentro destas gotículas foi mais intensa, retirando
o solvente orgânico mais rapidamente. Quando soluções mais
concentradas foram utilizadas, devido a sua alta viscosidade, houve a
geração de gotículas maiores. Quando estas gotículas entraram em
contato com a fase bulk de anti-solvente ocorreu a instantânea
solidificação da superfície das gotículas pela rápida ação do antisolvente. O solvente orgânico ainda remanescente na parte interna das
gotículas foi retirado de maneira mais lenta proporcionando a formação
de esferas ocas ou altamente porosas.
A partir dos resultados apresentados na Tabela 4.8, para verificar
o efeito da vazão de solução e de anti-solvente em cada um dos
planejamentos fatoriais 22 sequenciais foi realizada análise estatística
considerando um nível de confiança de 95%. Os resultados são
apresentados na forma de diagrama de Pareto nas Figuras 4.25 a 4.28.
qs
-16.7478
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
qa
8.080085
p=.05
de precipitação de PHBV do bloco A da Tabela 4.8 sobre o tamanho
160
89
sistema ternário CO2(1) + diclorometano(2) + PHBV(3) na concentração
de PHBV de 40,0 g.L-1 em diclorometano (base livre de CO2). Fração
molar de CO2 em base livre do polímero.
C
T
(°C)
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,180
Tipo de
transição
T
(°C)
30
40
50
60
70
19,4
0,2
22,9
0,4
25,3
0,4
28,1
0,4
32,0
0,3
x1 = 0,347
30,0
0,2
34,9
0,3
40,3
0,5
48,0
0,2
54,4
0,4
x1 = 0,456
34,3
0,4
41,0
0,5
48,7
0,2
56,5
0,3
62,9
0,1
x1 = 0,564
41,1
0,1
49,8
0,3
57,2
0,2
64,5
0,2
76,6
0,1
x1 = 0,659
45,1
0,2
53,1
0,5
64,5
0,3
73,9
0,4
82,9
0,3
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
ELV-PB
30
40
50
60
70
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
30
40
50
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
30
40
50
60
70
D
Figura 4.24 – Micrografias de MEV das partículas de PHBV
precipitadas em diferentes concentrações de solução. (A) Exp 1A com
ampliação de 3000 vezes; (B) Exp 1B com ampliação de 3000 vezes;
(C) Exp 1C com ampliação de 1000 vezes; (D) Exp 1D com ampliação
de 1000 vezes.
Como pode ser observado na figura acima, quando soluções
diluídas foram injetadas para dentro da câmara de precipitação foram
geradas partículas esféricas com superfície bastante lisa e uniforme
(Figura 4.24 A e B). Porém, quando soluções concentradas foram
30
40
50
60
70
†
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
σ†
Pressão
(bar)
(bar)
x1 = 0,744
48,7
59,0
69,6
78,9
93,0
0,1
0,2
0,1
0,3
0,4
x1 = 0,818
54,3
0,2
66,0
0,4
76,3
0,2
88,8
0,3
98,6
0,4
x1 = 0,885
59,7
0,1
70,4
0,2
79,8
0,2
91,3
0,2
98,1
0,1
x1 = 0,946
66,2
0,1
75,7
0,1
83,7
0,3
Tipo de
transição
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
ESLV-PB
ESLV-PB
ESLV-PO
90
159
Como pode ser observado nas Tabelas 3.7 e 3.8, todas as
transições observadas experimentalmente são do tipo líquido-vapor. Em
nenhuma concentração de CO2 foi observada imiscibilidade líquidolíquido. Em ambas as concentrações de PHBV em diclorometano a
partir de certa concentração de CO2, as transições de fases ocorreram
com a presença de PHBV sólido. Para a menor concentração de PHBV
em diclorometano as transições com sólido em excesso iniciaram nas
frações molares de CO2 entre 0,602 e 0,659 conforme observado na
Tabela 3.7. Para a maior concentração de PHBV, as transições com
sólido em excesso iniciaram em frações molares de CO2 mais baixas,
entre 0,456 e 0,564, conforme observado na Tabela 3.8, fato este devido
a alta concentração de PHBV no sistema.
Com o objetivo de verificar a influência da presença de PHBV no
sistema, a Figura 3.8 apresenta os dados experimentais para o sistema
ternário CO2 + diclorometano + PHBV nas duas concentrações de
PHBV investigadas. Na mesma figura são comparados os dados
experimentais do sistema ternário deste trabalho com dados do sistema
binário CO2 + diclorometano da literatura (Corazza et al., 2003) na faixa
de temperatura de 40 a 70 °C.
A
140
120
Pressão (bar)
100
O aumento da concentração da solução também resultou em uma
alteração na morfologia das partículas precipitadas. A Figura 4.24
apresenta micrografias de MEV das partículas de PHBV precipitadas
nas diferentes concentrações da solução orgânica conforme descrito na
Tabela 4.8, mostrando a mudança na morfologia de partícula com o
aumento da concentração.
40°C
50°C
60°C
70°C
Este trabalho
10,0 g.L-1
PB
PB
PO
PB
PB
PO
40,0 g.L-1
PB
PB
PO
PB
PB
PO
80
60
Corazza et al. (2003)
40°C PB
PO
50°C PB
PO
60°C PB
PO
70°C PB
PO
40
20
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
Figura 3.8 - Diagrama P,x,y experimental para o sistema ternário CO2(1)
+ diclorometano(2) + PHBV(3). Dados experimentais deste trabalho em
comparação com dados binários entre CO2 e diclorometano da literatura.
B
158
91
10
Experimento
Experimento
Experimento
Experimento
9
8
(B)
1A
1B
1C
1C
7
6
5
4
3
2
1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
-1
Concentração da solução (mg.mL )
Figura 4.23 – Tamanho médio de partícula em função da concentração
de PHBV na solução. (A) Média das triplicatas dos pontos centrais de
cada planejamento fatorial 22. (B) condição experimental 1 de cada
planejamento fatorial 22.
Como pode ser visualizado nas figuras acima o aumento da
concentração da solução aumenta também o tamanho de partícula de
maneira exponencial. Na solução mais diluída, o tamanho médio de
partícula variou entre 0,87 e 1,46 µm dependendo das condições de
vazão de solução e anti-solvente. Já para a solução mais concentrada o
tamanho médio variou entre 3,20 e 14,33 µm.
Para soluções mais diluídas a viscosidade da solução é menor
diminuindo as forças de cisalhamento entre a solução e o anti-solvente,
favorecendo uma maior dispersão da solução e consequentemente
gerando gotículas com tamanho menor o que acarreta em partículas com
menor tamanho. Para soluções mais concentradas a viscosidade é alta
reduzindo as forças de atomização da solução pela vazão de antisolvente gerando maiores gotículas e consequentemente maiores
partículas serão formadas. Um aumento no tamanho de partícula com o
aumento da concentração da solução também foi observado por outros
autores (Chen et al., 2007; Costa et al., 2007).
O mesmo comportamento verificado para os sistemas ternários
envolvendo CO2 + solventes orgânicos + β-caroteno pode ser observado
na figura acima, onde a adição de PHBV ao sistema binário CO2 +
diclorometano não altera o comportamento de fases na faixa de
temperatura e concentração de CO2 investigada neste trabalho,
comparado com os dados experimentais da literatura para este sistema
binário.
Em alguns casos onde se faz necessário a realização de
experimentos de precipitação em condições diferentes daquelas
estudadas experimentalmente no equilíbrio de fases, torna-se necessário
saber em que posição do diagrama de fases do sistema envolvido ocorre
a precipitação. Neste sentido, foi realizada a modelagem termodinâmica
dos sistemas estudados acima, com exceção do sistema envolvendo o
polímero, empregando a equação de estado de Peng-Robinson com a
regra de mistura quadrática de van der Waals (vdW2). Em sistemas a
alta pressão envolvendo macromoléculas (polímeros), equações de
estado mais sofisticadas como a SAFT (Statistical Associating Fluid
Theory) (Chapman et al., 1989; Chapman et al., 1990; Huang e Radosz
1990, 1991) são mais indicadas.
Para realizar a representação dos sistemas ternários, foram
utilizadas informações dos sistemas binários CO2(1) +
diclorometano(2), CO2(1) + etanol(2) e CO2(1) + acetato de etila(2),
uma vez que a adição do soluto (β-caroteno) não influenciou no
comportamento de fases dos sistemas binários. Os parâmetros de
interação binária k12 e l12 entre CO2 e diclorometano utilizados foram
aqueles obtidos da literatura (Corazza et al., 2003), estimados na faixa
de temperatura de 40 a 70°C. Para o sistema CO2 + etanol, os
parâmetros de interação binária foram estimados utilizando dados
experimentais de equilíbrio de fases disponíveis na literatura na faixa de
temperatura de 18 a 100°C (Galicia-Luna et al., 2000; Kodama e Kato,
2005). Para o sistema binário CO2 + acetato de etila, os parâmetros de
interação binária foram estimados usando os dados experimentais
medidos neste trabalho, devido à escassez de dados experimentais na
literatura na faixa de temperatura de interesse.
O método de Simulated Annealing combinado com Nelder-Mead
(Press et al., 1992; Corazza et al., 2004; Carvalho Jr, et al., 2006) foi
empregado para a estimação de parâmetros da equação de estado de
Peng-Robinson através da minimização dos valores das pressões de
transição experimentais e calculadas dos dados de equilíbrio líquido-
92
157
FO =
∑ (P
NOBS
i
calc
- Pi
i
exp
)
2
(3.1)
onde, Picalc e Piexp representam, respectivamente, valores de pressão
calculados e experimentais, e NOBS é o número de pontos
experimentais.
A Tabela 3.9 apresenta os parâmetros de interação binária obtidos
da literatura para o sistema CO2 + diclorometano, e os parâmetros
estimados para os sistemas CO2 + etanol e CO2 + acetato de etila. Para a
representação dos sistemas ternários, os parâmetros de interação binária
para β-caroteno + CO2, β-caroteno + diclorometano, β-caroteno + etanol
e β-caroteno + acetato de etila foram considerados iguais a zero.
Tabela 3.9 – Parâmetros de interação binária obtidos da literatura para o
sistema binário CO2 + diclorometano, e ajustados neste trabalho para os
sistemas binários CO2 + etanol e CO2 + acetato de etila.
l12
Sistema
k12
CO2 + diclorometano*
0,0295
-0,0661
CO2 + etanol
0,0703
-0,0262
CO2 + acetato de etila
-0,0373
-0,0639
* Corazza et al. (2003).
As Figuras 3.9 e 3.10 apresentam, respectivamente, os dados
experimentais e a modelagem termodinâmica para os sistemas ternários
CO2 + diclorometano + β-caroteno para as concentrações de β-caroteno
em diclorometano de 4,0 g.L-1 e 8,0 g.L-1 (base livre de CO2) e CO2 +
etanol + β-caroteno para as concentrações de β-caroteno em etanol de
0,096 g.L-1 e 0,303 g.L-1 (base livre de CO2).
µm dependendo da condição experimental. A distribuição de tamanho
de partícula, representada pelo coeficiente de variação, dependendo da
condição experimental variou entre 24 e 124%. Conforme a
concentração da solução foi aumentada o tamanho médio de partícula
também aumentou. Este efeito pode ser melhor visualizado nas Figuras
4.23A e 4.23B que reportam os valores de tamanho médio de partícula
em função da concentração da solução. Na Figura 4.23A os valores de
tamanho de partícula são na verdade uma média dos três últimos valores
de cada planejamento 22, os quais representam a triplicada no ponto
central do planejamento. Na Figura 4.23B os valores de tamanho de
partícula foram tomados da primeira condição experimental de cada
planejamento fatorial 22.
10
(A)
Média do ponto central
8
vapor dos sistemas binários CO2 + etanol e CO2 + acetato de etila,
empregando a seguinte função objetivo:
do bloco A
do bloco B
do bloco C
do bloco D
6
4
2
0
5
10
15
20
25
30
35
-1
Concentração da solução (mg.mL )
40
45
156
93
Tabela 4.8 – Condições experimentais e resultados da precipitação de
PHBV empregando CO2 pressurizado como anti-solvente.
1B
2B
3B
4B
5B
6B
7B
1C
2C
3C
4C
5C
6C
7C
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
Conforme pode ser observado na tabela acima, de modo geral o
tamanho de partícula de PHBV precipitado variou entre 0,87 µm e 27,79
120
100
Pressão (bar)
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
qS
qA
CV
σ
X
(mL.min-1) (mL.min-1)
(%)
(µm)
(µm)
Bloco A: Concentração de PHBV na solução = 10 mg.mL-1
1
20
1,46
0,944
65
4
20
0,87
0,235
27
1
40
2,56
2,437
95
4
40
0,87
0,254
29
2,5
30
0,93
0,277
30
2,5
30
0,90
0,294
33
2,5
30
1,03
0,244
24
Bloco B: Concentração de PHBV na solução = 20 mg.mL-1
1
20
1,69
1,122
66
4
20
1,14
0,354
31
1
40
1,20
0,544
45
4
40
0,96
0,255
27
2,5
30
1,02
0,330
32
2,5
30
1,15
0,643
56
2,5
30
0,96
0,495
51
Bloco C: Concentração de PHBV na solução = 30 mg.mL-1
1
20
3,40
3,830
113
4
20
2,55
3,070
121
1
40
27,79
22,611
81
4
40
2,90
2,647
91
2,5
30
3,66
3,792
104
2,5
30
4,01
3,702
92
2,5
30
3,11
3,415
110
Bloco D: Concentração de PHBV na solução = 40 mg.mL-1
1
20
8,72
9,077
104
4
20
14,33
10,561
74
1
40
13,31
15,850
119
4
40
3,20
3,280
103
2,5
30
5,66
5,232
92
2,5
30
5,12
6,319
124
2,5
30
7,03
7,155
102
140
80
Concentração de β-caroteno em diclorometano
8,0 g.L-1
4,0 g.L-1
30°C PB
PB
40°C PB
PB
50°C PB
PO
PB
PO
60°C PB
PB
70°C PB
PO
PB
EDE-PR PB
PO
60
40
20
0
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
diclorometano + β-caroteno, com duas concentrações de β-caroteno em
diclorometano (4,0 e 8,0 g.L-1 em base livre de CO2). Dados
experimentais e modelagem termodinâmica.
160
Concentração de β -caroteno em etanol
0,303 g.L-1
0,096 g.L-1
30°C PB
PB
40°C PB
PB
120
50°C PB
PB
60°C PB
PO
PB
100
70°C PB
PO
PB
PO
140
Pressão (bar)
Exp
160
80
EDE-PR PB
PO
60
40
20
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
Figura 3.10 - Diagrama P-x-y para o sistema ternário CO2 + etanol + βcaroteno com duas concentrações de β-caroteno em etanol (0,096 e
0,303 g.L-1 em base livre de CO2). Dados experimentais e modelagem
termodinâmica.
94
155
Como pode ser verificado nas Figuras 3.9 e 3.10, a equação de
estado de Peng-Robinson com a regra de mistura vdW2 foi capaz de
prever satisfatoriamente o comportamento de fases dos sistemas
ternários utilizando somente informações binárias. Uma observação
detalhada das duas figuras acima mostra que as pressões de transição
para o sistema ternário CO2 + diclorometano + β-caroteno são menores
nas maiores isotermas comparado com o sistema ternário CO2 + etanol +
β-caroteno. Para a isoterma de 70°C, por exemplo, a miscibilidade total
do sistema com diclorometano para qualquer fração de CO2 ocorre
aproximadamente em 100 bar enquanto que para o sistema com etanol a
miscibilidade total ocorre aproximadamente em 120 bar, levando a uma
diferença de aproximadamente 20 bar.
As Figuras 3.11 e 3.12 apresentam, respectivamente, os dados
experimentais de equilíbrio líquido-vapor e a modelagem
termodinâmica para o sistema binário CO2 + acetato de etila e ternário
CO2 + acetato de etila + β-caroteno na concentração de β-caroteno de
0,338 g.L-1 em acetato de etila (base livre de CO2).
160
Pressão (bar)
130
100
30°C
40°C
50°C
60°C
70°C
PB
PB
PB
PB
PB
EDE-PR PB
PO
PO
PO
70
40
10
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
Figura 3.11 - Diagrama P-x-y para o sistema binário CO2 + acetato de
etila. Dados experimentais e modelagem termodinâmica.
precipitadas o que leva a crer que em algumas condições a presença de
solvente residual re-dissolveu parcialmente as partículas conectando
umas às outras.
4.7.4. Precipitação de PHBV a partir dos Planejamentos Sequenciais
A partir dos resultados obtidos na precipitação de PHBV no
primeiro planejamento, foram construídos quatro planejamentos
fatoriais completos 22 seqüenciais. Em cada um dos planejamentos foi
variado a vazão da solução (qS) entre 1 e 4 mL.min-1 e a vazão de antisolvente (qA) entre 20 e 40 mL.min-1 e, para cada uma dos
planejamentos a concentração de PHBV na solução foi diferente (entre
10 e 40 mg.mL-1). A pressão foi mantida constante em 80 bar porque no
primeiro planejamento aumentando a pressão de precipitação diminuiu o
tamanho médio de partícula e o que se busca neste trabalho é gerar
partículas de polímero grandes o suficiente para encapsular as partículas
de β-caroteno. A temperatura foi mantida constante em 40°C por dois
motivos. Primeiro porque a combinação entre os valores de temperatura
e pressão (40°C e 80 bar) permite realizar os experimentos de
precipitação em uma única fase conforme discutido no Capítulo 3 deste
trabalho e segundo, porque a temperatura de 40°C é o valor ótimo para a
precipitação de PHBV empregando CO2 supercrítico como anti-solvente
e diclorometano como solvente orgânico segundo Costa et al. (2007).
A Tabela 4.8 apresenta os resultados com relação ao tamanho e
distribuição de tamanho das partículas de PHBV precipitadas
empregando CO2 supercrítico como anti-solvente oriundos dos
planejamentos fatoriais completos 22 sequenciais.
154
95
160
Pressão (bar)
130
100
30°C
40°C
50°C
60°C
70°C
PB
PB
PB
PB
PB
PO
PO
EDE-PR PB
PO
70
40
C
10
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
x CO2
Figura 3.12 – Diagrama P-x-y para o sistema ternário CO2 + acetato de
etila + β-caroteno, na concentração de β-caroteno em acetato de etila de
0,338 g.L-1 (base livre de CO2). Dados experimentais e modelagem
termodinâmica.
D
Figura 4.22 - Fotomicrografias de MEV do PHBV precipitado nas
pressões de 80 e 120 bar, com diferentes ampliações. (A) Exp 1 com
ampliação de 4000 vezes; (B) Exp 3 com ampliação de 3000 vezes; (C)
Exp 6 com ampliação de 12000 vezes; (D) Exp 8 com ampliação de
12000 vezes.
Conforme pode ser observado na figura acima, independente da
pressão de precipitação não houve modificação na morfologia das
partículas de PHBV precipitadas. Em todas as condições a morfologia
observada foi do tipo esfera. Foi verificado apenas que na maior pressão
de precipitação (120 bar) houve maior aglomeração entre as partículas
Pode ser observado na Figura 3.11 que o modelo termodinâmico
empregado é capaz de correlacionar satisfatoriamente os dados
experimentais para o sistema binário CO2 + acetato de etila. Para o
sistema ternário CO2 + acetato de etila + β-caroteno, conforme pode ser
visto na Figura 3.12, o modelo também foi capaz de prever com boa
precisão os dados experimentais. Deve ser chamada a atenção porém,
para o fato de que a abordagem utilizada para a modelagem
termodinâmica é válida somente para a faixa de concentração de βcaroteno investigada neste trabalho, pois em concentrações diferentes
daquelas investigadas aqui, a presença de β-caroteno no sistema pode
alterar o comportamento de fases do sistema binário CO2+solvente
orgânico.
Comparando as Figuras 3.9 e 3.12, pode ser verificado que para o
sistema ternário CO2 + acetato de etila + β-caroteno (Figura 3.12), as
pressões de transição são menores em todas as isotermas (em torno de
10 bar para a isoterma de 343 K), comparado ao sistema ternário CO2 +
diclorometano + β-caroteno (Figura 3.9), indicando que a solubilidade
do acetato de etila em CO2 é maior do que a do diclorometano. Porém,
para o sistema ternário envolvendo acetato de etila não foi verificado β-
96
caroteno sólido nas transições de fases. Isto pode ser atribuído ao fato de
que as forças de interação entre CO2 e acetato de etila são mais fracas
comparadas com as forças de interação entre CO2 e diclorometano.
Como as forças de interação molecular entre CO2 e diclorometano são
mais fortes, o equilíbrio químico é deslocado e há a formação de uma
fase sólida rica em β-caroteno.
Assim sendo, como mencionado anteriormente, diclorometano foi
selecionado como solvente orgânico para os experimentos de
precipitação de β-caroteno devido à presença de sólido em excesso nas
transições de fases do sistema ternário CO2 + diclorometano + βcaroteno nas frações molares de CO2 acima de 0,886 para a solução
mais diluída (4,0 g.L-1) e acima de 0,82 para a solução mais concentrada
(8,0 g.L-1). Diclorometano também foi selecionado para os experimentos
de precipitação do polímero (PHBV) por ser um solvente comum para o
polímero e para o β-caroteno, sendo conseqüentemente utilizado
também para os testes de encapsulamento.
Cabe ressaltar que os dados experimentais e a modelagem
termodinâmica do sistema binário CO2 + acetato de etila e dos sistemas
ternários CO2 + acetato de etila + β-caroteno e CO2 + etanol + βcaroteno foram estudados anteriormente pelo nosso grupo de pesquisa e
publicados recentemente na literatura (Borges et al., 2007).
153
A
A
BORGES, G. R.; JUNGES, A.; FRANCESCHI, E.; CORAZZA, F. C.;
CORAZZA, M. L.; OLIVEIRA, J. V.; DARIVA, C., Highpressure vapor-liquid equilibrium data for systems involving
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B
152
valor de temperatura fixado em todas as condições experimentais de
precipitação (40°C) fazem com que a precipitação ocorra em uma região
de uma única fase no diagrama de fases do sistema binário CO2 +
diclorometano (Corazza et al., 2003), onde o solvente e o anti-solvente
são totalmente miscíveis, uma vez que a presença do PHBV no sistema
não altera o comportamento de fases do sistema binário solvente+antisolvente, conforme discutido no Capítulo 3.
Foi observado que com a elevação da pressão de precipitação de
80 para 120 bar, houve uma diminuição no tamanho médio das
partículas precipitadas. Tal efeito pode ser verificado na Tabela 4.7, para
as condições experimentais 1 e 3, onde os valores das demais variáveis
foram mantidos constantes em seu menor valor, e para as condições 6 e
8, onde os valores das demais variáveis foram os mais altos.
Como pode ser observado na Tabela 4.7, elevando a pressão de
80 (experimento 1) para 120 bar (experimento 3), o tamanho médio das
partículas precipitadas diminuiu, respectivamente, de 487nm para 329
nm. O mesmo efeito foi observado nos experimentos 6 (80 bar) e 8 (120
bar), onde o tamanho médio das partículas diminuiu de 570 nm para 563
nm. A diminuição mais pronunciada no tamanho das partículas foi
observada variando-se a pressão e mantendo-se a concentração da
solução e a razão entre as vazões no menor valor.
O mesmo efeito da pressão de precipitação foi verificado por
Chen et al. (2007) no estudo da precipitação de poli(L-lactídeo)
empregando CO2 supercrítico como anti-solvente. Estes autores
explicam tal efeito declarando que o tamanho de gotícula formado na
dispersão do jato de solução depende da tensão interfacial entre a
solução orgânica e o anti-solvente supercrítico e da densidade do antisolvente. Com o aumento da pressão, a uma temperatura fixa, ocorre um
aumento na densidade do CO2 levando a uma melhor dispersão da
solução polimérica no anti-solvente e conseqüente diminuição no
tamanho das gotículas formadas. Como conseqüência ocorre uma
aceleração no processo de transferência de massa devido ao aumento no
valor do coeficiente de difusão do CO2 supercrítico causando uma
rápida difusão do CO2 para dentro das gotículas de solução extraindo o
solvente e causando a precipitação do polímero.
A influência da pressão na morfologia das partículas de PHBV é
ilustrada na Figura 4.22 que apresenta, fotomicrografias de MEV das
condições experimentais 1, 3, 6 e 8 da Tabela 4.7, onde a variação de
pressão é comparada mantendo-se os valores das demais variáveis
constantes.
97
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151
B
Figura 4.21 - Fotomicrografias de MEV do PHBV precipitado nas
concentrações de 10 e 40 mg.mL-1 em diclorometano com ampliação de
5000 vezes. (A) Experimento 7; (B) Experimento 8.
Como pode ser observado na Figura 4.21B (solução mais
concentrada) apesar de partículas quase esféricas terem sido formadas,
ocorre também a formação de fibras e partículas mais alongadas com
relação a solução mais diluída (Figura 4.21A). Estes resultados estão de
acordo com os obtidos por Costa et al. (2007) que estudaram a
precipitação de PHBV pela técnica SAS e afirmam que a formação de
fibras e partículas aglomeradas é característica de soluções poliméricas
concentradas devido a alta viscosidade destas soluções. A alta
viscosidade implica em um aumento nas forças de cisalhamento
dificultando a difusão do CO2 para dentro das gotículas formadas na
dispersão da solução. Assim, a evaporação do solvente orgânico das
gotículas pela ação do CO2 é mais afetada causando um decréscimo na
taxa de transferência de massa, e de acordo com a cinética de
precipitação, gerando partículas maiores. Resultados similares também
foram obtidos por Wu e Li (2008) no estudo da precipitação de um
polímero biocompatível pela técnica PCA.
Efeito da pressão de precipitação
Assim como na precipitação do β-caroteno puro, os experimentos
de precipitação de PHBV puro foram realizados em duas diferentes
pressões, 80 e 120 bar. Estes valores de pressão combinados com o
150
99
Efeito da concentração da solução orgânica
O efeito da concentração da solução no tamanho médio e
morfologia de partícula na precipitação foi avaliado na faixa de 10 a 40
mg.mL-1. Os outros parâmetros (pressão e razão entre vazões) foram
primeiramente mantidos em seus menores valores (experimento 1 e 2 da
Tabela 4.7). Um aumento na concentração da solução, neste caso,
resultou em um aumento no tamanho médio de partícula de 487 para
505 nm com uma pequena mudança no coeficiente de variação de 21
para 24%. Os experimentos 7 e 8 da Tabela 4.7 apresentam o efeito da
concentração da solução com a pressão de precipitação e a razão entre as
vazões em seus maiores valores. Nestes casos, o aumento na
concentração da solução resultou em um aumento mais pronunciado no
tamanho de partícula, de 278 para 563 nm e, no coeficiente de variação
de 22 para 31%. As partículas de PHBV produzidas nestes casos
apresentaram-se interconectadas com formato quase esférico, conforme
pode ser verificado nas micrografias de MEV das condições
experimentais 7 e 8 apresentadas na Figura 4.21.
A
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149
CS
R
P
3.024421
1.275423
.7480329
p=.05
de precipitação de PHBV do planejamento fatorial completo 23 sobre o
coeficiente de variação.
A partir da análise estatística realizada considerando 95% de
confiança estatística, os parâmetros que exerceram influência
significativa sobre o tamanho médio de partícula do PHBV precipitado
foram concentração da solução orgânica e pressão de precipitação.
Conforme pode ser verificado na Figura 4.19, a concentração da solução
orgânica teve um efeito significativo positivo, ou seja, um aumento no
valor deste parâmetro causa um aumento no tamanho médio de
partícula. Já um aumento na pressão de precipitação causa um
decréscimo no tamanho médio de partícula.
Com relação a variação no tamanho médio de partícula, a partir
da Figura 4.20 pode-se observar que nenhum dos parâmetros estudados
teve efeito significativo. Isto porque a variação em torno do tamanho
médio de partícula não foi tão grande, conforme pode ser verificado na
Tabela 4.7 em todas as condições experimentais. Uma vez que as
gotículas são formadas na dispersão do jato de solução dentro da câmara
de precipitação ocorre somente a retirada do solvente de dentro das
gotículas pelo anti-solvente e a morfologia se mantém na forma esférica
sem ocorrer crescimento de partícula.
148
101
CAPÍTULO 4
PRECIPITAÇÃO DE β-CAROTENO E PHBV
Neste capítulo são apresentados os materiais e a metodologia
empregada para a realização dos experimentos de precipitação de βcaroteno e PHBV puros utilizando diclorometano como solvente
orgânico e dióxido de carbono pressurizado como anti-solvente.
Também neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados de
precipitação de β-caroteno oriundos de dois planejamentos fatoriais
completos (23 e 25), e de precipitação de PHBV oriundos de um
planejamento fatorial completo 23 e de um planejamento sequencial.
Figura 4.18 – Fotomicrografia de MEV do PHBV precipitado na
condição experimetal 4 com ampliação de 50 vezes.
A partir dos resultados da Tabela 4.7, foi realizada a análise
estatística dos efeitos principais dos parâmetros sob estudo neste
planejamento, considerando 95% de confiança, sobre o tamanho médio
e distribuição de tamanho de partícula. O resultado desta análise é
apresentado nas Figura 4.19 e 4.20 na forma de diagrama de Pareto, que
mostram os parâmetros que apresentaram efeito significativo,
respectivamente, sobre tamanho e distribuição de tamanho de partícula.
CS
24.47125
P
R
-12.3839
.4926086
p=.05
de precipitação de PHBV do planejamento fatorial completo 23 sobre o
tamanho médio de partícula.
Os reagentes utilizados para os experimentos de precipitação
foram: dióxido de carbono (White Martins S.A., pureza de 99,8%),
diclorometano (Merck, pureza de 99,5%), Trans-β-caroteno (SigmaAldrich, pureza aproximada de 95%) e o co-polímero,
Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) com massa molar
(MW) de 196.000 e índice de poli dispersão de 1,85, gentilmente cedido
pela empresa PHB Industrial S/A. Todos estes materiais foram
utilizados como recebidos, sem qualquer tratamento prévio e foram
armazenados em condições apropriadas para que não sofressem
qualquer tipo de alteração por interferência de luz, calor e umidade. As
Figuras 4.1 e 4.2 apresentam, respectivamente, as micrografias de MEV
do β-caroteno e do PHBV não processados.
O co-polímero, Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV)
com massa molar (MW) de 196.000 e índice de poli dispersão de 1,85,
gentilmente cedido pela empresa PHB Industrial S/A e foi submetido a
uma pré-purificação, pela sua dissolução em clorofórmio (Quimex,
pureza de 99,5%) e precipitação em heptano (Quimex, pureza de
99,5%), para a retirada de impurezas. A Figura 3.1 apresenta a estrutura
química do β-caroteno e do PHBV.
102
147
completo 23 e resultados da precipitação de PHBV empregando CO2
supercrítico como anti-solvente.
CV
Exp
CS
P
R
σ
X
1
10
80
20
487
107,5
21
2
40
80
20
505
123,9
24
3
10
120
20
329
68,7
21
4
40
120
20
5
10
80
40
370
79,4
21
6
40
80
40
570
161,1
28
7
10
120
40
278
62,4
22
8
40
120
40
563
177,1
31
9
25
100
30
330
78,9
24
10
25
100
30
324
61,1
19
11
25
100
30
314
66,1
21
Figura 4.1 – Micrografia eletrônica de varredura do β-caroteno não
processado com ampliação de 2000 vezes.
CS = Concentração da solução orgânica (mg.mL-1); P = pressão de precipitação (bar); R =
razão entre as vazões de anti-solvente e de solução; X = tamanho médio de partícula (nm); σ =
desvio padrão (nm) e CV = coeficiente de variação (%).
Como pode ser observado na tabela acima, a condição
experimental de precipitação que apresentou o menor tamanho de
partícula foi a condição 7 com tamanho médio de 278 nm, e a condição
experimental com maior tamanho médio de partícula foi a condição 6
com tamanho médio de 570 nm. Com relação à distribuição de tamanho
de partícula, a condição experimental que apresentou uma distribuição
mais estreita foi a condição 10, com um coeficiente de variação de 19%
em torno do tamanho médio de partícula. A condição experimental que
apresentou distribuição de tamanho mais larga foi a condição 8, com um
coeficiente de variação de 31% em torno do tamanho médio de
partícula. Não foi possível obter o tamanho médio de partícula e seu
respectivo coeficiente de variação na condição experimental 4 porque
nesta condição o material precipitado apresentou morfologia tipo fibras
conforme mostra a Figura 4.18 devido a alta concentração de polímero e
a baixa razão entre as vazões de anti-solvente e solução.
Figura 4.2 – Micrografia eletrônica de varredura do PHBV não
processado com ampliação de 50 vezes.
146
Observando a figura acima é possível observar que as partículas
precipitadas apresentam uma alta aglomeração, principalmente quando a
vazão de anti-solvente é aumentada para 40 mL.min-1 (Figura 4.17).
Este fato pode ser atribuído a alta velocidade de entrada do antisolvente, causando colisões entre as partículas geradas e formando assim
aglomerados. A redução do tamanho médio de partícula com o aumento
da vazão de anti-solvente pode ser relacionada com aspectos
hidrodinâmicos. A alta velocidade do anti-solvente na entrada da câmara
de precipitação causa uma turbulência pronunciada dentro da câmara
levando a um aumento na energia cinética de atomização. Assim, a
dispersão do jato da solução é intensificada, favorecendo a interação
entre o anti-solvente e a solução, consequentemente gerando finas
gotículas. Além disso, a taxa de transferência de massa entre o CO2 e o
solvente orgânico aumenta, devido ao aumento da área superficial das
gotículas de solução geradas pela eficiente atomização. Assim, o antisolvente difunde mais rapidamente para dentro das gotículas de solução
retirando o solvente de maneira muito mais rápida, acelerando a
supersaturação da solução bem como a nucleação, gerando partículas
menores.
4.7.3. Precipitação de PHBV pelo Planejamento Fatorial Completo 23
Conforme descrito no item 4.3.1, os experimentos de precipitação
de PHBV puro foram realizados baseados em duas estratégias. Na
primeira estratégia foi construído um planejamento fatorial completo
com 3 variáveis e dois níveis (23) onde foram variados os seguintes
parâmetros: pressão de precipitação (P), concentração de PHBV na
solução orgânica (CS) e razão entre as vazões de solução e de antisolvente (R), totalizando 11 experimentos, assim como a primeira
estratégia adotada na precipitação do β-caroteno puro. A segunda
estratégia adotada, com base nos resultados do primeiro planejamento
foi montar quatro planejamentos seqüenciais 22 variando as vazões de
solução (qS) entre 1 e 4 mL.min-1 e de anti-solvente (qA) entre 20 e 40
ml.min-1 em cada um dos planejamentos e, para cada um dos quatro
planejamentos a concentração da solução foi variada entre 10 e 40
mg.mL-1. A Tabela 4.7 apresenta os resultados com relação ao tamanho
e distribuição de tamanho das partículas de PHBV precipitadas
empregando CO2 supercrítico como anti-solvente oriundos do primeiro
planejamento.
103
Como pode ser observado na Figura 4.1, o β-caroteno não
processado apresenta partículas com tamanho irregular e ampla
distribuição de tamanho de partícula variando de 0,8 µm até 9,0 µm de
comprimento, com tamanho médio de partícula de 4,6 µm (estes valores
foram calculados empregando o software gratuito Size Meter 1.1
desenvolvido por Luiz Henrique Castelan Carlson). Já na Figura 4.2
pode ser observado que a morfologia do polímero não processado
apresenta uma estrutura lamelar e fibrosa.
4.2. Aparato experimental
Todos os experimentos de precipitação foram realizados em um
aparato experimental baseado na técnica que emprega fluidos
pressurizados como anti-solventes. A montagem do aparato foi realizada
baseada em diferentes métodos (SAS, GAS, SEDS, PCA, ASES)
descritos na literatura (Dixon, 1992; Ghaderi et al., 2000; Jung e Perrut,
2001; Vemavarapu et al., 2005), tornando o equipamento flexível e
possibilitando o emprego de mais de um método de formação de micro
e/ou nano partículas em um único equipamento através da modificação
do sistema de aspersão da solução orgânica e do anti-solvente. Tal
aparato também foi utilizado por Franceschi (2006) para recristalização
de teofilina. A Figura 4.3 apresenta um diagrama esquemático do
aparato experimental utilizado, o qual é composto pelos seguintes itens:
C1 – Cilindro de CO2. Armazenamento do fluido empregado
como anti-solvente nos experimentos de precipitação;
CV – Válvula de uma via (Check-Valve Marca HIP, Modelo 1541AF1-T, Pressão de operação até 1034 bar). Este tipo de válvula
permite a vazão em um único sentido. É utilizada entre o cilindro e as
válvulas V1 e V2 para impedir que uma sobrecarga de pressão seja
aplicada na cabeça do cilindro de armazenamento;
V1, V2, V3 e V4 – Válvulas de Esfera (Marca Swagelok, Modelo
SS-83KS4, Pressão de operação até 410 bar a temperatura ambiente).
Quando abertas, as válvulas V1 e V2 permitem a vazão de anti-solvente
para as bombas de alta pressão, e as válvulas V3 e V4 das bombas para a
câmara de precipitação. O objetivo das válvulas V1 e V2 é separar as
duas bombas, evitando que a pressão de trabalho em uma bomba
interfira na pressão de trabalho da outra bomba, possibilitando que as
mesmas operem independentemente. As válvulas V3 e V4 têm por
função isolar a linha das bombas até a câmara de precipitação. Como se
trabalha com uma bomba por vez, quando a válvula V3 está aberta,
104
permitindo a vazão de anti-solvente de uma das bombas para a câmara, a
válvula V4 está fechada e vice-versa;
BR1 – Banho Ultratermostático de Recirculação 1 (Marca Nova
Ética, Modelo 521/2D). Utilizado para manter a temperatura constante
nos cilindros das bombas;
BS1 e BS2 – Bombas de Alta Pressão (ISCO 500D). Os
experimentos de precipitação empregando anti-solventes pressurizados
são comumente realizados com vazão contínua e constante do antisolvente a pressão constante. É necessário então um equipamento que
satisfaça estas condições. As bombas do tipo seringa se encaixam neste
contexto, pois permitem que se opere a vazão constante ou a pressão
constante.
145
Na condição experimental 1 o tamanho médio de partícula foi de 84,0
µm enquanto que na condição experimental 17 o tamanho médio
diminuiu para 43,2 µm. Uma diminuição bastante acentuada também
pode ser observada comparando os experimentos 11 e 27 da Tabela 4.6.
Na condição experimental 11 o tamanho médio de partícula foi de 96,8
µm e na condição 27 o tamanho médio diminuiu para 33,7 µm.
A morfologia do β-caroteno precipitado também foi modificada
pela vazão de anti-solvente. Com o aumento da vazão de anti-solvente
houve uma modificação de partículas tipo placas para partículas tipo
folha. A influência da vazão de anti-solvente sobre a morfologia das
partículas de β-caroteno precipitado é mostrada na Figura 4.17 que
apresenta micrografias de MEV das condições experimentais 7 e 23.
A
B
Figura 4.17 - Micrografias de MEV do β-caroteno precipitado nas
condições experimentais 7 (A) e 23 (B), nas vazões de anti-solvente de
20 e 40 mL.min-1, respectivamente.
Exp 31
V7
Exp 23
V6
30
CS
35
CT
25
20
BL
40
AM
45
CO2
SOLUÇÃO
SO
50
TC
105
CO2
144
15
CP
10
IT
V4
V1
V2
BS2
BS1
BR1
Através da figura acima é possível observar um aumento na
distribuição de tamanho de partícula com o aumento da vazão da
solução orgânica para dentro da câmara de precipitação. Este efeito pode
ser explicado da seguinte forma: mantendo-se a adição de CO2
constante, quando a vazão da solução é alta, tem-se menos CO2 e mais
solvente, o que significa dizer que a transferência de massa é mais lenta.
Conseqüentemente, a supersaturação é baixa promovendo uma baixa e
lenta taxa de nucleação, resultando em um crescimento maior e
distribuição de tamanho mais larga devido ao diferente crescimento dos
núcleos formados.
CV
C1
Efeito da vazão de anti-solvente
No planejamento fatorial completo 25 a influência da vazão de
anti-solvente foi investigada na faixa de 20 a 40 mL.min-1. De acordo
com a análise estatística, um aumento nesta variável leva a um
decréscimo no tamanho médio de partícula. Este efeito pode ser
verificado comparando as condições experimentais 1 e 17 da Tabela 4.6.
BR2
T
precipitado nas vazões de solução de 1 e 4 mL.min-1. Condições
experimentais 23 e 31 do planejamento fatorial 25.
V5
V3
100
TP
10
IP
1
BPR
0
0,1
FR
5
Figura 4.3 – Diagrama esquemático do aparato experimental de
precipitação utilizado.
106
Neste trabalho foram utilizadas duas bombas de seringa (Marca
ISCO, Modelo 500D) que possuem um cilindro interno com capacidade
de 506 mL, pressão de trabalho de até 258 bar e vazão máxima de 170
mL.min-1;
V5 – Válvula métrica tipo agulha (Marca HIP, Modelo 1511AF1, pressão de operação até 1034 bar). O objetivo desta válvula é
controlar a vazão de anti-solvente das bombas para a câmara de
precipitação. Esta válvula permite uma abertura gradual possibilitando
uma regulagem fina da vazão;
TP – Transdutor de Pressão (Marca SMAR, Modelo LD 301). É
conectado à linha entre a válvula V5 e a câmara de precipitação para
monitorar a pressão no interior desta. Foi utilizado um transdutor de
pressão absoluto com faixa de operação de 0 – 250 bar para medida da
pressão do sistema. De acordo com especificação de fábrica, a precisão
do equipamento é de 0,125% da faixa operacional (0,31 bar);
IP – Indicador Universal (Marca NOVUS, Modelo N1500). Os
valores de pressão são coletados em um indicador universal que recebe
um sinal digital do TP indicando a pressão na câmara de precipitação e
na linha até a válvula V5;
AM – Agitador Magnético (Marca Velp Scientifica). O sistema
de agitação tem como objetivo manter a solução orgânica sob agitação
permanente durante a realização dos experimentos. Para tal foi inserido
dentro do frasco que contém a solução uma barra magnética de agitação
(“peixinho”). Este sistema de agitação possui acoplado a ele um sistema
de aquecimento o que permite manter a solução à temperatura constante
pré-especificada;
SO – Solução Orgânica. Solução na qual o sólido a ser
precipitado é dissolvido em um ou mais solventes orgânicos;
BL – Bomba de HPLC Digital Série III (Marca Acuflow). Bomba
utilizada para deslocar a solução orgânica para a câmara de precipitação.
Este tipo de bomba possui um único pistão que permite operar com
vazão constante (0,1 mL.min-1 a 10 mL.min-1) tendo uma precisão de ±
0,2% sobre toda a faixa de operação. A pressão de trabalho varia de 0 a
414 bar com precisão de ± 2%;
BPR – Válvula de regulagem de Pressão (Back Pressure
Regulator, Marca GO-Regulator, Série BP-66, Modelo 1A11QEQ151).
Esta válvula permite que se realize a regulagem da pressão desde a
bomba de HPLC até ela independentemente da vazão, permitindo assim
uma pressão maior anterior a ela e menor depois dela. É construída em
aço inox 316L com uma porta de entrada e uma de saída. Segundo o
143
condições favorece o mecanismo de crescimento dos núcleos gerados.
Quando a solução injetada está próxima da saturação, o mecanismo de
nucleação prevalece sobre o mecanismo de crescimento das partículas
devido a alta taxa de supersaturação (Cardoso et al. 2008).
De acordo com Miguel et al. (2006) a taxa de supersaturação é
definida como a razão entre a fração molar do soluto sólido na mistura
solvente+anti-solvente e a fração molar de equilíbrio do soluto sólido na
mistura solvente+anti-solvente. Quando soluções diluídas são utilizadas,
a fração molar do sólido na mistura é menor do que em soluções
concentradas, gerando uma taxa de supersaturação muito menor.
Ao precipitar ácido ascórbico a partir de uma solução de etanol
empregando CO2 como anti-solvente, Wubbolts et al. (1999)
observaram também esta tendência de diminuição de tamanho das
partículas com o aumento da concentração do soluto na solução. Eles
atribuem tal observação ao fato de que em baixas concentrações a
supersaturação inicial é baixa e que sendo baixa, a taxa de nucleação
diminui e o núcleo quando formado pode crescer, aumentando a
distribuição de tamanho das partículas formadas. Quando a solução
encontra-se próxima da saturação, no momento em que o soluto
precipita, ocorre uma intensa nucleação, predominando sobre o
crescimento e produzindo partículas menores e com tamanho muito
mais uniforme.
Efeito da vazão de solução
Nos experimentos de precipitação do segundo planejamento a
vazão de solução para dentro da câmara de precipitação foi variada entre
1 e 4 mL.min-1. Com relação ao efeito destes parâmetros sobre o
tamanho médio de partícula, observa-se através da Figura 4.13 que não
há efeito significativo a nível de 95% de confiança. Porém, este
parâmetro exerce influência significativa com relação a distribuição de
tamanho de partícula conforme verificado na Figura 4.14. Aumentando
o valor deste parâmetro acarreta um aumento na distribuição de tamanho
de partícula. A Figura 4.16 apresenta curvas de distribuição de
freqüência das comparando as condições experimentais 23 e 31 do
segundo planejamento experimental.
D
142
107
D
A
B
Figura 4.15 - Fotomicrografias de MEV do β-caroteno precipitado nas
concentrações de 4 e 8 mg.mL-1 em diclorometano. (A) Experimento 27
com ampliação de 500 vezes; (B) Experimento 31 com ampliação de
200 vezes.
O efeito da concentração da solução pode ser explicado em
termos de supersaturação. Quando soluções diluídas são injetadas na
câmara de precipitação a taxa de supersaturação é menor e o processo de
nucleação é mais lento. A pequena quantidade de núcleos gerados nestas
fabricante, o controle de pressão é ajustável na faixa de 0 a 690 bar, com
faixa de temperatura de operação entre – 40 e 176°C. A pressão na porta
de entrada que é regulada por esta válvula é monitorada no visor do
painel da bomba de HPLC;
T – Conexão tipo T (Marca Swagelok). União do tipo T, à qual
estão conectadas a linha de anti-solvente e a linha da solução. A linha da
solução que vai da BPR até esta união é constituída por um tubo de
polieteretercetona (PEEK Tubing) marca Upchurch Scientific, com
diâmetro interno de 0,254 mm. Até esta união o anti-solvente e a
solução fluem por linhas separadas e a partir dela até a câmara de
precipitação pertencem à mesma linha, porém a solução escoa por
dentro do tubo capilar e o anti-solvente escoa por fora do tubo capilar e
por dentro do tubo de aço inox com diâmetro interno de 1,587 mm;
CP – Câmara de Precipitação. Foram utilizadas duas câmaras
cilíndricas de aço inox 316 encamisadas, uma com volume útil de
aproximadamente 62 mL (diâmetro interno de 4 cm e altura de 4,9 cm) e
outra com volume útil de aproximadamente 600 mL (diâmetro interno
de 8 cm e altura de 12 cm). A pressão e temperatura máximas de
trabalho são, respectivamente, 200 bar e 100°C para a câmara menor e
400 bar e 150°C para a câmara maior. A câmara menor possui três
entradas na tampa, uma para inserção do termopar para a aquisição da
temperatura interna da câmara, uma para a entrada do anti-solvente e da
solução a terceira para a retirada do anti-solvente e solvente orgânico. Já
a câmara maior possui cinco entradas na tampa, uma central para a
adição da solução orgânica e do anti-solvente e quatro periféricas, três
para a inserção do sensor de temperatura, sensor de pressão e saída do
anti-solvente e solvente orgânico e a quarta conexão periférica fica
vedada para uma possível modificação do sistema de precipitação;
TC – Tubo Capilar de Sílica Fundida. A função deste tubo é fazer
com que ocorra a dispersão do jato da solução dentro da câmara de
precipitação. O tubo capilar é conectado ao PEEK Tubing em uma
extremidade da união T, passando por dentro deste. A outra extremidade
do tubo capilar é inserida na câmara de precipitação. O diâmetro interno
do tubo capilar utilizado neste trabalho foi de 100 µm;
IT – Indicador de Temperatura (Indicador Universal, Marca
NOVUS, Modelo N1500) É um conjunto composto por um sensor de
temperatura (PT-100) e um indicador de temperatura usado para medir o
valor real da temperatura no interior da câmara de precipitação;
BR2 – Sistema de Controle de Temperatura da Câmara de
Precipitação. A câmara de precipitação possui uma camisa de aço inox
316, a qual está conectada a um banho ultratermostático de recirculação
108
141
(BR2). O controle de temperatura é realizado por este banho (Marca
Nova Ética, Modelo 521/2D) onde há circulação de água do banho
passando pela câmara e desta retornando ao banho. Uma vista das
câmaras de precipitação conectadas a todas as linhas é apresentada nas
Figuras 4.4A e 4.4B;
Quando são comparados os efeitos dos parâmetros em ambos os
planejamentos (Figuras 4.7 e 4.13) é possível observar que a pressão de
precipitação e vazão de anti-solvente tiveram efeito significativo em
ambos os planejamentos experimentais construídos para a precipitação
do β-caroteno puro. O efeito que estes parâmetros exerceram sobre o
tamanho médio de partícula foi o mesmo, ou seja, em ambos os
planejamentos, um aumento na pressão de precipitação aumenta o
tamanho médio de partícula e um aumento na vazão de anti-solvente
diminui o tamanho de partícula. Este resultado é coerente uma vez que
apenas a geometria da câmara de precipitação foi alterada. Porém, para
o segundo planejamento experimental a concentração da solução passa a
ter efeito significativo sobre o tamanho médio de partícula. Como a
pressão de precipitação e a vazão de anti-solvente tiveram efeito
significativo em ambos os planejamentos experimentais e já foram
discutidos anteriormente, aqui será discutido apenas o efeito da
concentração da solução.
Efeito da concentração da solução
(A)
(B)
Figura 4.4 – Fotografia mostrando as duas câmaras de precipitação
conectadas a todas as linhas da unidade experimental. (A) Câmara
menor e (B) câmara maior.
FR – Filtro de Retenção. O filtro de retenção é composto por dois
filtros de politetrafluoretileno (PTFE), o primeiro com porosidade
superficial de aproximadamente 1 µm, diâmetro de 8 mm e espessura de
1 mm que serve de base para o outro filtro membrana de
politetrafluoretileno, ligado a um suporte de polietileno de alta
densidade (Marca Millipore, Modelo FGLP). Este filtro possui
porosidade superficial de 0,22 µm, espessura de 150 µm e mesmo
diâmetro do primeiro filtro, permitindo temperatura de operação de até
130°C. Estes filtros estão dispostos na saída da câmara de precipitação
com a finalidade de reter as partículas precipitadas na câmara de
precipitação, permitindo apenas a vazão do anti-solvente e do solvente
orgânico.
Quando a concentração de β-caroteno na solução aumentou de
4,0 para 8,0 mg.mL-1 o tamanho médio de partícula diminuiu.
Comparando as condições experimentais 1 e 5 da Tabela 4.6 é possível
observar uma diminuição no tamanho médio de partícula
respectivamente, de 84,0 para 39,8 µm. Uma diminuição bastante
acentuada também pode ser observada comparando os experimentos 27
e 31 da Tabela 4.6. Na condição experimental 27 o tamanho médio de
partícula foi de 33,7 µm e na condição 31 o tamanho médio diminuiu
para 11,2 µm. Houve também modificação na morfologia das partículas
precipitadas, variando de partículas tipo folhas para partículas tipo
placas e agulhas quando a concentração da solução foi aumentada. A
Figura 4.15 mostra as diferentes morfologias obtidas na condição
experimental 27 e 31 da Tabela 4.6.
140
109
qs
5.932513
T
3.971352
CS
P
qa
2.500481
-1.12767
.3432032
p=.05
de precipitação de β-caroteno do planejamento fatorial completo 25
sobre o coeficiente de variação.
A partir da análise estatística realizada considerando 95% de
confiança, os parâmetros que exerceram influência significativa sobre o
tamanho médio de partícula foram pressão de precipitação, concentração
da solução orgânica e vazão de anti-solvente. Conforme pode ser
verificado na Figura 4.13, a pressão teve um efeito positivo, ou seja, um
aumento no valor da pressão leva a um aumento no tamanho médio das
partículas precipitadas de β-caroteno. Com relação à vazão de antisolvente e à concentração da solução, estes parâmetros tiveram um
efeito negativo sobre o tamanho médio de partícula, ou seja, um
aumento no valor destes parâmetros leva a uma diminuição no tamanho
Com relação ao coeficiente de variação (CV%), a partir da Figura
4.14 pode-se observar que o único parâmetro que teve efeito
significativo a nível de 95% de confiança foi a vazão da solução
orgânica. Um aumento na vazão da solução acarreta um aumento no
tamanho médio de partícula.
A escolha do filtro é muito importante dado que alguns tipos de
filtros podem interagir com o solvente orgânico, dissolvendo-se neste e
pondo em risco todo o processo de retenção e coleta das partículas. Os
filtros membrana politetrafluoretileno (Teflon®) são hidrofóbicos e
provêem uma ampla compatibilidade química com diferentes tipos de
solventes orgânicos.
V6 e linha pontilhada – Válvula métrica tipo agulha (marca
HOKE, Modelo 1315G2Y, Pressão de operação até 345 bar) com
sistema de aquecimento. A finalidade desta válvula é controlar a vazão
na saída da câmara de precipitação juntamente com a válvula V5. A
válvula V6 possui uma abertura um pouco maior do que a válvula V5
para compensar a vazão de entrada da solução, mantendo assim a
pressão constante na câmara de precipitação. Qualquer pequeno
aumento da pressão na câmara durante o experimento promove uma
diminuição na vazão do anti-solvente, necessitando um controle
rigoroso na abertura da válvula V6. Desta forma, quem comanda a
variação da vazão de anti-solvente e a manutenção da pressão é esta
válvula.
Como o anti-solvente expande após esta válvula e
conseqüentemente congela devido ao efeito Joule Tomphson ser
pronunciado, há a necessidade de um sistema de aquecimento para
permitir a manutenção da vazão constante. Para tal foi utilizada uma fita
de aquecimento (Marca FISATOM, Modelo 5, 200 W de potência)
acoplada a um controlador PID – CT – (Marca COEL, Modelo
HW1450). A válvula V6 é envolta pela fita de aquecimento, sendo um
termopar tipo J inserido entre o corpo da válvula e a fita de aquecimento
para servir como elemento de alimentação do controlador de
temperatura. A manutenção de uma temperatura alta (geralmente 100°C)
impede o congelamento da válvula V6 e permite um controle maior da
vazão nesta válvula.
CS – Câmara de Separação. Consiste de um cilindro de aço inox
316, com capacidade máxima de 45 mL. Possui porta de entrada na
parte superior e porta de saída na parte inferior. Neste trabalho, esta
câmara é colocada após a válvula V6 com o objetivo de deixar o antisolvente na sua pressão de vapor, diminuindo assim o congelamento da
referida válvula. Esta câmara também pode ser utilizada como meio de
separação do anti-solvente e do solvente orgânico permitindo que estes
possam ser reutilizados.
V7 – Válvula métrica tipo agulha (Marca HIP, Modelo 1511AF1, pressão de operação até 1034 bar). O objetivo desta válvula é
110
manter o anti-solvente na sua pressão de vapor dentro da câmara de
separação.
Todas as válvulas, conexões e tubos foram utilizados seguindo as
instruções do Manual Hip, Hoke e Swagelok. Uma vista mais detalhada
da unidade experimental utilizada neste trabalho pode ser observada na
Figura 4.5 e uma vista geral, na Figura 4.6.
139
ser suficiente para a extração completa do solvente orgânico das
partículas geradas ocasionando coalescimento de partículas menores em
partículas maiores devido a ação do solvente.
A partir dos resultados da Tabela 4.6, foi realizada a análise
apresentado nas Figuras 4.13 e 4.14 na forma de diagrama de Pareto,
que mostram os parâmetros que apresentaram efeito significativo,
P
9.31864
CS
-8.74118
qa
-7.76742
qs
T
2.977889
.6680435
p=.05
sobre o tamanho médio de partícula.
Figura 4.5 – Vista detalhada da unidade experimental de precipitação.
138
Como pode ser observado na tabela acima, de modo geral, o
tamanho médio de partícula variou entre 3,2 µm (condição experimental
23) e 96,8 µm (condição experimental 11). Com relação à distribuição
de tamanho de partícula, a condição experimental que apresentou uma
distribuição mais estreita foi a condição 7, que apresentou um
partícula. A condição experimental que apresentou distribuição de
tamanho mais larga foi a condição 31, que apresentou um coeficiente de
variação de 80% em torno do tamanho médio de partícula.
Com relação ao efeito da geometria da câmara de precipitação
sobre o tamanho médio de partícula é possível verificar através da
comparação de algumas condições experimentais que apresentam os
mesmos valores dos parâmetros nos dois planejamentos (condições 1 a 8
do planejamento fatorial 23 comparadas, respectivamente, com as
condições 3, 4, 7, 8, 19, 20, 23 e 24 do planejamento fatorial 25), que
quando foi utilizada a câmara com maior volume o tamanho médio de
partícula foi menor comparado com os experimentos realizados com a
câmara de menor volume. Ao compararmos por exemplo, as condições
experimentais 3 e 8 da Tabela 4.5 com as condições 4 e 24 da Tabela 4.6
é possível observar uma diminuição no tamanho médio de partícula
bastante considerável de 246,8 e 124,9 µm para 78,8 e 58,4 µm,
respectivamente. Já para as condições 1 e 5 do primeiro planejamento
quando comparadas com as condições 3 e 19 do segundo planejamento
observa-se uma diminuição no tamanho de partícula praticamente
insignificante.
Como a diferença no volume da câmara de precipitação é de mais
de 10 vezes, a geração de partículas com tamanho menor na câmara com
maior volume pode ser explicada em termos de quantidade de antisolvente disponível para extrair o solvente orgânico das gotículas de
solução geradas na dispersão do jato na saída do tubo capilar. Na câmara
com maior volume a quantidade de anti-solvente disponível para extrair
o solvente orgânico é muito maior do que na câmara com menor
volume. Assim, a transferência de massa entre a solução e o antisolvente é muito maior levando a uma taxa de supersaturação mais
elevada e, consequentemente, gerando partículas com menor tamanho.
Outro fato diz respeito à distância entre a saída do tubo capilar e o fundo
da câmara de precipitação. Na câmara com menor volume a distância até
o fundo da mesma obviamente é menor do que na câmara com maiores
dimensões. Consequentemente, o tempo que as partículas precipitadas
demoram em atingir o fundo da câmara de menores dimensões pode não
111
Figura 4.6 – Vista geral da unidade experimental de precipitação.
4.3. Procedimento experimental de precipitação
O procedimento experimental descrito a seguir é válido tanto para
a precipitação do β-caroteno puro quanto para a precipitação do
polímero puro uma vez que a técnica empregada para a precipitação é a
mesma para ambos.
As soluções orgânicas contendo β-caroteno foram preparadas
utilizando diclorometano como solvente orgânico com base no trabalho
de Tres et al. (2007). As soluções contendo PHBV foram preparadas
com base em testes de solubilidade do polímero em diclorometano à
temperatura e pressão constantes. A cada experimento realizado, tanto
na precipitação do β-caroteno quanto na precipitação do PHBV, uma
nova solução era preparada no sentido de evitar que houvesse
modificação na concentração da solução devido à evaporação do
diclorometano durante o armazenamento, dado que este solvente é
extremamente volátil. Após preparar a solução que seria utilizada no
experimento seguinte, o próximo passo era carregar as bombas de alta
pressão (BS1 e BS2) com CO2 proveniente do cilindro de estocagem.
112
Esta etapa de carga de CO2 envolve alguns passos. A primeira
delas é o deslocamento do fluido do cilindro para a câmara interna de
cada bomba. Para tal, as válvulas V1 a V4 eram mantidas abertas. Como
uma quantidade relativamente grande de CO2 é utilizada em cada
condição experimental, cerca de 900 a 2000 mL dependendo da
condição experimental, é necessário liquefazer a maior quantidade
possível deste na câmara das bombas. Apesar de a pressão de vapor do
CO2 ser alta a temperatura ambiente (aproximadamente 64 bar a 25°C),
a simples abertura da válvula do cilindro não era suficiente para deslocar
a quantidade necessária de CO2 para a câmara das bombas.
Desta forma, a temperatura da camisa do cilindro das bombas era
ajustada em 7°C com o auxilio do banho de recirculação BR1 e o
cilindro era deixado aberto por um tempo variando de 30 minutos a 1
hora, dependendo da quantidade de CO2 disponível no cilindro de
estocagem. Nestas condições, geralmente era possível armazenar cerca
de 490 mL de CO2 no estado líquido dentro da câmara das bombas.
Durante este tempo de liquefação do CO2 nas bombas, era
realizada a montagem da câmara de precipitação. Os filtros de retenção
eram cuidadosamente colocados na câmara para que ficassem
firmemente postados, evitando que durante o experimento houvesse um
deslocamento destes e o arraste do material precipitado pela vazão de
saída. Primeiramente, era colocado o filtro de politetrafluoretileno com
maior porosidade servindo de suporte para o filtro membrana que vinha
logo a seguir. Os próximos passos eram conectar o sensor de
temperatura e a linha de saída da câmara de precipitação. Após isto, a
câmara era fechada e conectada ao banho termostático.
Outra etapa realizada durante a liquefação de CO2 era o ajuste da
vazão da solução na bomba de HPLC e da pressão nesta através da
manipulação da BPR. Para tal não era utilizada solução, mas
diclorometano puro para evitar gasto desnecessário da solução, já que
eram utilizados cerca de 100 mL de líquido durante este procedimento.
A vazão da solução era estipulada ajustando-a diretamente na bomba. A
pressão na bomba de HPLC era ajustada manipulando-se a BPR de
modo a restringir a vazão aumentando a pressão até o valor de 200 bar
para evitar qualquer possibilidade de refluxo do anti-solvente pela linha
da solução. Após a pressão ter sido alcançada, diclorometano era
deixado fluir por um determinado tempo de modo a estabilizar a
pressão.
Após a estabilização da pressão no valor desejado, a vazão era
interrompida e diclorometano era substituído pela solução de maneira a
retirar todo o diclorometano presente na linha desde a bomba até a saída
137
Tabela 4.6 - Condições experimentais e resultados da precipitação de βcaroteno na câmara com volume aproximado de 600 mL, empregando
CO2 pressurizado como anti-solvente.
Exp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
P
T
CS
CV
(mL.min-1)
(mL.min-1)
σ
(°C)
(mg.mL-1)
X
(bar)
(µm)
(µm)
(%)
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
80
120
100
100
100
20
20
40
40
20
20
40
40
20
20
40
40
20
20
40
40
20
20
40
40
20
20
40
40
20
20
40
40
20
20
40
40
30
30
30
4
4
4
4
8
8
8
8
4
4
4
4
8
8
8
8
4
4
4
4
8
8
8
8
4
4
4
4
8
8
8
8
6
6
6
1
1
1
1
1
1
1
1
4
4
4
4
4
4
4
4
1
1
1
1
1
1
1
1
4
4
4
4
4
4
4
4
2,5
2,5
2,5
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
30
30
30
84,0
25,1
6,0
78,8
39,8
18,1
12,7
52,4
56,5
44,7
96,8
46,0
33,9
38,2
54,7
44,9
43,2
47,6
3,9
72,1
35,1
57,3
3,2
58,4
32,5
30,9
33,7
39,4
34,5
36,7
11,2
55,7
69,6
63,6
65,1
43,0
10,3
3,8
33,3
18,3
9,9
4,3
33,8
33,3
21,2
55,1
32,8
19,4
21,7
30,3
27,6
24,6
21,4
1,5
33,3
20,8
30,9
1,4
37,6
17,9
12,7
23,0
22,5
18,4
17,8
8,9
33,6
36,3
37,8
37,1
51
41
64
42
46
55
34
65
59
48
57
71
57
57
55
61
57
45
39
46
59
54
44
64
55
41
68
57
53
48
80
60
52
59
57
qS
qA
136
cm e um volume de 600 mL. Acredita-se que com estas dimensões da
câmara as gotículas geradas na dispersão da solução possam ter o
solvente extraído antes de chegar ao fundo da câmara de precipitação.
Assim, um novo planejamento de experimentos foi construído onde foi
investigado o efeito de mais variáveis além daquelas investigadas no
primeiro planejamento.
4.7.2. Precipitação de β-caroteno pelo Planejamento Fatorial
Completo 25
A partir dos resultados obtidos no primeiro planejamento,
empregando uma câmara de precipitação com volume interno de
aproximadamente 62 mL, onde foi verificada a viabilidade na
precipitação de β-caroteno utilizando diclorometano como solvente
orgânico e CO2 como anti-solvente foi gerado um segundo planejamento
onde foi investigado o efeito de diversos parâmetros sobre o tamanho
médio de partícula, distribuição de tamanho de partícula e morfologia
utilizando uma câmara de precipitação com volume aproximado de 600
mL.
Neste segundo planejamento os parâmetros variados foram:
pressão de precipitação (P), temperatura de precipitação (T),
concentração de β-caroteno na solução orgânica (CS), vazão de solução
orgânica (qS) e vazão de anti-solvente (qA) totalizando 35 experimentos.
A Tabela 4.6 apresenta os resultados com relação ao tamanho e
distribuição de tamanho das partículas de β-caroteno precipitadas
empregando CO2 supercrítico como anti-solvente oriundos do segundo
planejamento.
113
do tubo capilar. A solução era permitida fluir por cerca de 10 minutos
para minimizar a quantidade de diclorometano na linha. A pressão era
mantida no valor desejado por intermédio da regulagem da BPR.
Realizada esta etapa, o próximo passo era efetuar a conexão da
linha de entrada de CO2 e da solução na câmara de precipitação. Após
todas as conexões terem sido feitas na câmara de precipitação, a válvula
V5 era gradualmente aberta para permitir o enchimento da câmara com
CO2, mantendo-se ainda toda a linha aberta desde o cilindro de
armazenagem até a câmara.
Após a câmara de precipitação estar preenchida com CO2 na sua
pressão de vapor, a válvula V5 era fechada e o sistema de aquecimento,
controlado pelo banho de recirculação BR2 era acionado. A temperatura
no interior da câmara era então captada pelo sensor de temperatura e
monitorada pelo indicador de temperatura (IT). Destaca-se que o sensor
e o indicador de temperatura estavam previamente calibrados de modo
que a temperatura real do sistema era sempre baseada no indicador (IT).
Enquanto era permitida a estabilização da temperatura no valor
estipulado, a válvula do cilindro e as válvulas V1 a V4 eram fechadas e
a pressão era elevada nas bombas de seringa pelo deslocamento do
cilindro interno destas, pressurizando toda a linha desde as válvulas V1
e V2 até a válvula V5 até a pressão de 200 bar entre as bombas e a
câmara de precipitação. Este valor de pressão nas bombas de seringa foi
estipulado para manter um alto diferencial de pressão entre as bombas e
a câmara de precipitação (80 e 120 bar dependendo da pressão de
experimento na câmara de precipitação). Este diferencial de pressão tem
como objetivo evitar possível refluxo da câmara de precipitação para as
linhas podendo causar precipitação de β-caroteno ou polímero nas linhas
e também para fazer com que o CO2 entrasse com alta velocidade na
câmara de precipitação intensificando a dispersão do jato de solução
durante os experimentos de precipitação. A densidade do CO2
alimentado para dentro da câmara de precipitação em todas as condições
experimentais na temperatura de 7°C e pressão de 200 bar era de 0,975
g.cm-3 (Angus et al., 1973).
Quando a temperatura do experimento atingia o valor estipulado,
a válvula V5 era novamente aberta gradualmente de modo a permitir a
vazão de CO2 para dentro da câmara até a obtenção da pressão
experimental desejada. Uma vez que a pressão na câmara atingisse o
valor desejado, a válvula V6 era gradualmente aberta, mantendo-se a
válvula V5 ainda aberta, no sentido de ajustar a vazão de anti-solvente
na câmara de precipitação, mantendo-se a pressão constante. A vazão
114
era controlada principalmente pela válvula V6 e monitorada no visor da
bomba de seringa que estava sendo utilizada no momento.
Para evitar o congelamento da válvula V6, esta foi envolta por
uma fita de aquecimento ligada ao controlador de temperatura (CT),
tendo um termopar conectado a um controlador de temperatura. A
temperatura foi mantida em 100°C para evitar o bloqueio da vazão neste
ponto e, conseqüentemente, por em risco o andamento do experimento e
a integridade física do experimentalista.
Como auxílio, a válvula V7 também era aberta de tal maneira que
a mistura de anti-solvente e solvente orgânico que deixava a câmara de
precipitação era mantida em duas fases dentro da câmara de separação
(CS) evitando uma expansão muito pronunciada do anti-solvente na
linha.
Mantendo temperatura e pressão constantes, o CO2 era deixado
fluir até o alcance do estado estacionário. O tempo necessário para
alcançar este estado variou de 5 a 10 minutos dependendo da pressão e
temperatura de precipitação. A partir do momento em que a vazão de
CO2 não mais variava, era iniciada então a injeção da solução para
dentro da câmara de precipitação. Em cada experimento o volume de
solução adicionado à câmara foi de exatamente 30 mL. O volume foi
fixado neste valor assumindo que a quantidade de sólido (β-caroteno ou
polímero) a ser precipitado era suficiente para a realização das análises.
Após ter sido injetado o volume especificado da solução, a vazão
desta era interrompida e a vazão de CO2 era mantida por mais um tempo
no sentido de efetuar a “secagem” das partículas precipitadas no interior
da câmara para retirar o solvente residual ainda presente no meio. O
tempo de secagem estabelecido foi de 120 minutos, baseado em
trabalhos da literatura.
Segundo a literatura, o limite residual de diclorometano é de no
máximo 600 ppm (Kim et al., 2007; Kang et al., 2008) por se tratar de
um solvente que pertence a classe 2 na escala de periculosidade
(Cardoso et al., 2009). Diversos trabalhos na literatura que tratam da
precipitação de sólidos utilizando diclorometano como solvente e CO2
como anti-solvente reportam tempos de secagem variando entre 30 e
120 minutos deixando uma quantidade residual de diclorometano nas
partículas entre 38 e 50 ppm (Kim et al., 2007; Hong et al., 2008; Kang
et al., 2008).
Um aspecto que merece maior detalhamento diz respeito ao modo
com que as bombas de seringa eram operadas. Elas nunca foram
utilizadas simultaneamente. Enquanto uma bomba estava sendo
135
40 mL.min-1, um aumento na vazão de CO2 leva a uma maior dispersão
da solução orgânica gerando menores gotículas desta e aumentando a
turbulência dentro da câmara promovendo uma mistura bastante
homogênea entre a solução e o anti-solvente.
Quando a vazão de CO2 aumenta, aumenta também a quantidade
de CO2 e a velocidade deste na entrada da câmara de precipitação. Um
aumento na quantidade de CO2 significa que a transferência de massa
entre o CO2 e o solvente é mais rápida, pois se dispõe de uma
quantidade maior de CO2 que, conseqüentemente, irá extrair mais
rapidamente o solvente das gotículas de solução gerando uma taxa de
nucleação maior, produzindo partículas menores, mais uniformes e
menos aglomeradas. Uma velocidade maior do CO2 significa uma
dispersão maior da solução e em menores gotículas, também gerando
uma supersaturação maior, que por conseqüência, gera partículas
menores.
He et al. (2004) verificaram uma diminuição no tamanho de
partícula com um aumento na taxa de adição de CO2 na precipitação de
ephedrine empregando a técnica SEDS. Eles relatam que com o
aumento da taxa de adição de CO2 a energia cinética de atomização do
gás denso aumenta, assim a interação entre o CO2 e a solução é
reforçada, resultando na formação de finas gotículas e intensa mistura
entre o CO2 e as gotículas diminuindo o tamanho das partículas
formadas. O mesmo comportamento foi observado por Suo et al. (2005)
e He et al. (2006) durante a precipitação do pigmento bixina e caroteno
natural, respectivamente empregando diclorometano como solvente e
CO2 como anti-solvente pela técnica SEDS.
Neste trabalho, porém, foi verificado que a diminuição da pressão
de precipitação e o aumento na razão entre as vazões apesar de gerar
partículas com menores tamanhos comparado com a maior pressão e
menor razão entre vazões, levam a um aumento na aglomeração das
partículas precipitadas. Acredita-se que este fato se deve a pequena
profundidade da câmara de precipitação (4,9 cm). Possivelmente, devido
a alta velocidade do jato formado entre a solução e o CO2 na saída do
sistema de aspersão pela maior vazão de CO2 e menor pressão, o tempo
de queda das gotículas formadas durante a aspersão até o fundo da
câmara de precipitação não é suficiente para a completa extração do
solvente orgânico pelo anti-solvente. Assim, as partículas parcialmente
solidificadas são depositadas no fundo da câmara e interagem entre si
aglomerando-se pela ação do solvente residual nas partículas.
Neste sentido, optou-se por trabalhar com uma câmara de
precipitação com tamanho maior, apresentando uma profundidade de 12
134
115
C
utilizada, a outra era carregada com CO2 para garantir a disponibilidade
de anti-solvente durante todo o experimento.
Depois de proceder à secagem das partículas, o próximo passo
era a despressurização da câmara de precipitação. Para a
despressurização, a válvula V5 era fechada e a válvula V6 era mantida
com uma abertura tal que permita uma despressurização controlada.
Para reduzir a pressão experimental até a pressão atmosférica, o tempo
utilizado foi de cerca de 40 minutos, promovendo uma queda de pressão
nem muito rápida nem muito lenta de maneira a manter a temperatura
constante no valor estipulado.
Findado o passo de despressurização, o banho BR2 era
desconectado da câmara de precipitação, todas as linhas eram
desconectadas e a câmara era então aberta para a retirada do material
precipitado. Depois de aberta a câmara de precipitação, as partículas
precipitadas eram retiradas e colocadas em frascos âmbar de 5 mL. A
retirada do precipitado era feita cuidadosamente para evitar que as
partículas sofressem qualquer dano. A retirada era feita rapidamente
para evitar ao máximo que as partículas absorvessem umidade. As
amostras foram coletadas na parede e no fundo da câmara de
precipitação. As amostras coletadas foram armazenadas em geladeira
devidamente vedadas para proteção contra luz e umidade.
4.4. Considerações adicionais
D
Figura 4.12 - Fotomicrografias de MEV do β-caroteno precipitado nas
razões entre vazões de 20 e 40, com diferentes ampliações. (A) Exp 1
com ampliação de 2000 vezes; (B) Exp 5 com ampliação de 2000 vezes;
(C) Exp 4 com ampliação de 70 vezes; (D) Exp 8 com ampliação de 500
vezes.
O efeito da razão entre as vazões de anti-solvente e de solução
pode ser explicado em termos de dispersão da solução uma vez que a
solução orgânica e o anti-solvente são adicionados à câmara de
precipitação por um sistema coaxial. Como a vazão da solução foi
fixada em 1 mL.min-1 e a vazão de anti-solvente foi variada entre 20 e
Conexão do tubo capilar. O tubo capilar é preso ao PEEK
tubing por um sistema de anilha e base de anilha de forma a propiciar
uma boa vedação entre o capilar e este tubo. A união é feita inserindo-se
uma das extremidades do capilar (cerca de 6,0 mm) para dentro do
PEEK tubing e o sistema de anilhamento é então manipulado para que
ocorra a fixação do capilar. Um aperto excessivo pode causar
estrangulamento afetando a vazão da solução. Porém, se não apertado o
suficiente pode fazer com que o capilar solte do PEEK tubing ou até
haja passagem de fluido entre a parede externa do capilar e a parede
interna do tubo.
4.5. Seleção das variáveis
4.5.1. Precipitação de β-caroteno puro
Para a realização dos experimentos de precipitação de β-caroteno
puro foi utilizado a técnica de planejamento de experimentos. Foram
116
construídos dois planejamentos experimentais fatoriais completos com
triplicatas no ponto central. Para evitar gastos excessivos com solventes,
solutos e CO2, optou-se por iniciar os experimentos a partir do
planejamento fatorial completo com três fatores e dois níveis cada fator
(23), totalizando 11 experimentos, empregando-se a câmara de
precipitação com menor volume (62 mL) para verificar a potencialidade
da precipitação do β-caroteno. A partir dos resultados obtidos no
primeiro planejamento, foi construído o segundo planejamento fatorial
completo com cinco fatores e dois níveis (25) totalizando 35
experimentos. Para a realização destes experimentos utilizou-se a
câmara de precipitação com o maior volume (600 mL) por motivos que
serão discutidos na sequência deste capítulo.
As variáveis e seus valores selecionados para a realização dos
experimentos de precipitação de β-caroteno no primeiro planejamento
(23) foram: pressão de precipitação (80 e 120 bar), concentração de βcaroteno na solução orgânica (4 e 8 mg.mL-1) e razão entre as vazões de
anti-solvente e solução à câmara de precipitação (20 e 40). A vazão da
solução foi mantido fixo em 1 mL.min-1 e foi variada a vazão do antisolvente. A temperatura na câmara de precipitação foi mantida constante
em 40°C. Tal valor foi selecionado por dois motivos: realizar todos os
experimentos de precipitação em região de uma única fase associada
com os valores de pressão, conforme pode ser visualizado no diagrama
de fases do sistema envolvendo CO2, diclorometano e β-caroteno
(Figura 3.9 do Capítulo 3), e manter uma temperatura relativamente
baixa na realização dos experimentos de precipitação para evitar
possível degradação do β-caroteno.
Os valores de pressão foram selecionados com o objetivo de
verificar a influência da região no diagrama de fases onde a precipitação
ocorre na morfologia, tamanho e distribuição de tamanho das partículas
precipitadas. Duas regiões no diagrama de fases da mistura envolvida
foram selecionadas, uma próxima e outra distante do ponto crítico da
mistura.
Os valores de concentração de β-caroteno na solução orgânica
foram selecionados com base no trabalho de Três et al. (2007). Assim,
duas diferentes soluções foram escolhidas, uma de baixa concentração e
uma próxima da saturação na temperatura de 25°C. Com relação aos
valores da variável razão entre as vazões de anti-solvente e de solução
orgânica, estes foram escolhidos com base no trabalho de Franceschi
(2006), com o intuito de obter uma alta razão entre solução orgânica e
anti-solvente e também para promover um aumento da dispersão da
133
Com relação à morfologia das partículas precipitadas, a
modificação nos valores da razão entre as vazões não levou a uma
modificação na morfologia das partículas precipitadas conforme pode
ser visualizado na Figura 4.12 que apresenta micrografias de MEV das
condições experimentais 1 e 5 (Fig. 4.12 A e B) e 4 e 8 (Fig. 4.12 C e
D).
A
B
132
117
apresentando histogramas de distribuição de freqüência comparando os
experimentos 1 e 5 e, 3 e 7.
35
solução orgânica na saída do tubo capilar dentro da câmara de
precipitação. A Tabela 4.1 apresenta os valores das variáveis para cada
condição experimental investigada no planejamento fatorial completo
23.
(A)
30
Exp 5
25
20
Exp 1
15
10
5
0
0,01
0,1
1
10
100
35
(B )
30
Tabela 4.1 – Matriz do planejamento experimental fatorial completo 23
de precipitação de β-caroteno puro utilizando a câmara de precipitação
com volume de aproximadamente 62 mL.
Concentração de
Razão entre as vazões
Pressão
Exp
de anti-solvente e de
β-caroteno na solução
(bar)
solução
(mg.mL-1)
1
4
80
20
2
8
80
20
3
4
120
20
4
8
120
20
5
4
80
40
6
8
80
40
7
4
120
40
8
8
120
40
9
6
100
30
10
6
100
30
11
6
100
30
Exp 3
25
20
Exp 7
15
10
5
0
1
10
100
1000
10000
precipitado nas razões entre vazões de 20 e 40. Comparação entre as
condições experimentais 1 e 5 (A) e, 3 e 7 (B).
Para a realização dos experimentos de precipitação de β-caroteno
do segundo planejamento (25) as variáveis selecionadas foram: pressão
de precipitação (P), concentração de β-caroteno na solução orgânica
(CS), vazão de anti-solvente (qA), temperatura de precipitação (T) e
vazão de solução orgânica (qS).
Os valores selecionados para a pressão de precipitação,
concentração de β-caroteno na solução orgânica e vazão de anti-solvente
foram os mesmos utilizados no primeiro planejamento, pelos mesmos
motivos descritos anteriormente. Com relação à temperatura de
precipitação, os valores selecionados têm como base o diagrama de
fases da Figura 3.9 do Capítulo 3, envolvendo o sistema ternário βcaroteno + diclorometano + CO2. Nos dois valores de temperatura
selecionados (20 e 40°C) associados com os valores de pressão (80 e
120 bar) é possível realizar os experimentos de precipitação na região de
miscibilidade completa do sistema (região de uma fase) acima do ponto
crítico da mistura (40°C) ou na região de líquido comprimido. Cabe
118
ressaltar aqui que, apesar de o diagrama de fases do sistema β-caroteno
+ diclorometano + CO2 não reportar a isoterma de 20°C, assumiu-se que
na pressão de 80 bar o sistema encontra-se em uma única fase a 20°C,
uma vez que na isoterma de 30°C nesta mesma pressão o sistema
encontra-se monofásico. A escolha dos valores para a vazão da solução
orgânica (1 mL.min-1 e 4 mL.min-1) teve como base o trabalho de
Franceschi (2006). Os valores das variáveis para cada condição
investigada no planejamento fatorial completo 25 são apresentados na
matriz experimental da Tabela 4.2. Apesar de algumas condições
experimentais do planejamento fatorial completo 25 apresentarem os
mesmos valores dos parâmetros, o volume da câmara de precipitação foi
diferente, justamente para verificar o efeito de mistura no interior da
câmara.
de precipitação de β-caroteno puro utilizando a câmara de precipitação
com volume de aproximadamente 600 mL.
T
P
CS
qS
qA
Exp
(bar)
(mg.mL-1)
(mL.min-1)
(mL.min-1)
(°C)
1
80
20
4
1
20
2
120
20
4
1
20
3
80
40
4
1
20
4
120
40
4
1
20
5
80
20
8
1
20
6
120
20
8
1
20
7
80
40
8
1
20
8
120
40
8
1
20
9
80
20
4
4
20
10
120
20
4
4
20
11
80
40
4
4
20
12
120
40
4
4
20
13
80
20
8
4
20
14
120
20
8
4
20
15
80
40
8
4
20
16
120
40
8
4
20
17
80
20
4
1
40
18
120
20
4
1
40
19
80
40
4
1
40
131
Este efeito da pressão pode ser explicado em termos de
solubilidade, uma vez que a supersaturação é definida pela razão entre a
concentração do soluto na mistura solvente + anti-solvente e a
concentração de saturação do soluto na mistura. Segundo Miguel et al.,
(2006), quando a mistura solvente + anti-solvente encontra-se em uma
única fase, um aumento da pressão acima do ponto crítico da mistura
aumenta a solubilidade do soluto na mistura diminuindo a
supersaturação. Uma vez que a supersaturação diminui, a taxa de
nucleação diminui levando a um maior crescimento das partículas
precipitadas, modificando sua morfologia de tipo placas para morfologia
tipo folhas como pode ser visualizado na Figura 4.9A e 4.9C
comparadas com 4.9B e 4.9D. O maior crescimento das partículas
devido a diminuição da supersaturação também acarreta um aumento na
distribuição de tamanho das partículas conforme pode ser verificado nas
comparações entre as distribuições de freqüência das condições
experimentais 1 e 3 da Figura 4.10A e das condições experimentais 6 e
8 da Figura 4.10B.
Efeito da razão entre as vazões de anti-solvente e de solução
A razão entre as vazões de anti-solvente e de solução foi variada
entre 20 e 40. Para tal, a vazão da solução foi mantida constante em 1
mL.min-1 e a vazão de CO2 foi variada. Conforme pode ser visto na
Tabela 4.5, o aumento da razão entre as vazões diminui o tamanho
médio das partículas precipitadas, porém, este efeito não é tão
pronunciado quanto o efeito da pressão conforme pode ser verificado
comparando as condições experimentais 1 e 5 que apresentam tamanho
médio de partícula, respectivamente, de 6,2 µm e 4,6 µm. Outra
comparação pode ser feita entre as condições experimentais 4 e 8 que
apresentam tamanho médio de partícula, respectivamente, de 186,4 µm
e 124,9 µm.
Com relação ao coeficiente de variação, o efeito da razão entre
vazões foi mais pronunciado conforme pode ser visto na Figura 4.11.
Comparando-se novamente as condições 1 e 5 em termos de coeficiente
de variação, observa-se uma diminuição do CV% de 53% no
experimento 1 para 24% no experimento 5. Uma comparação entre os
experimentos 3 e 7 mostra uma diminuição de 57% no experimento 3
para 24% no experimento 7. A Figura 4.11 mostra o efeito da razão
entre as vazões sobre a distribuição de tamanho de partícula
130
119
35
(A)
30
Exp 3
Exp 1
25
20
15
10
5
0
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
35
(B)
30
T
P
CS
Exp
(bar)
(mg.mL-1)
(°C)
20
120
40
4
21
80
20
8
22
120
20
8
23
80
40
8
24
120
40
8
25
80
20
4
26
120
20
4
27
80
40
4
28
120
40
4
29
80
20
8
30
120
20
8
31
80
40
8
32
120
40
8
33
100
30
6
34
100
30
6
35
100
30
6
qS
(mL.min-1)
1
1
1
1
1
4
4
4
4
4
4
4
4
2,5
2,5
2,5
qA
(mL.min-1)
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
30
30
30
Exp 6
4.5.2. Precipitação de PHBV puro
25
Exp 8
20
15
10
5
0
0,1
1
10
100
1000
precipitado a 80 e 120 bar. Comparação entre as condições
experimentais 1 e 3 (A) e, 6 e 8 (B).
Os experimentos de precipitação do polímero puro foram
realizados em duas etapas, assim como na precipitação do β-caroteno
puro. Na primeira etapa foi construído um planejamento fatorial
completo 23 onde foram variados os mesmos parâmetros do
planejamento 23 realizado para a precipitação do β-caroteno, ou seja,
pressão (80 e 120 bar), concentração de polímero na solução orgânica
(10 e 40 mg.mL-1) e razão entre as vazões de anti-solvente e de solução
(20 e 40). Assim como na precipitação do β-caroteno realizada a partir
do primeiro planejamento, aqui os valores de temperatura e vazão de
solução orgânica foram mantidos constantes respectivamente em 40°C e
1 mL.min-1. Para esta primeira etapa de precipitação do PHBV puro, a
câmara com volume interno de 62 mL também foi utilizada. A escolha
dos valores dos parâmetros investigados e dos valores dos parâmetros
que foram mantidos constantes nesta primeira etapa tem como base os
mesmos princípios adotados na primeira etapa da precipitação de βcaroteno puro. Porém, os valores de pressão e temperatura escolhidos
aqui foram baseados no diagrama de fases CO2+diclorometano+PHBV
(Figura 3.8 do Capítulo 3). Os valores da concentração de PHBV na
120
129
solução orgânica (10 e 40 mg.mL-1) foram selecionados para operar com
soluções diluídas e concentradas, com base em testes de solubilidade do
polímero em diclorometano a temperatura e pressão ambiente. A Tabela
4.3 apresenta a matriz experimental investigada no planejamento fatorial
completo 23.
de precipitação de PHBV puro utilizando a câmara de precipitação com
volume de aproximadamente 62 mL.
Concentração de PHBV
Razão entre as vazões
Pressão
Exp
na solução
de anti-solvente e de
(bar)
(mg.mL-1)
solução
1
10
80
20
2
40
80
20
3
10
120
20
4
40
120
20
5
10
80
40
6
40
80
40
7
10
120
40
8
40
120
40
9
25
100
30
10
25
100
30
11
25
100
30
Na segunda etapa foram construídos planejamentos fatoriais
completos 22 sequenciais em quatro blocos com base nos resultados
obtidos na primeira etapa de precipitação do polímero puro e na
precipitação de β-caroteno puro nos dois planejamentos. Os parâmetros
variados em cada um dos blocos dos planejamentos 22 nesta segunda
etapa foram a vazão de solução orgânica, qS, (1 e 4 mL.min-1) e vazão de
anti-solvente, qA, (20 e 40 mL.min-1). A concentração de polímero na
solução orgânica foi variada para cada um dos blocos. No primeiro
bloco a concentração da solução foi fixada em 10 mg.mL-1, no segundo
bloco foi fixada em 20 mg.mL-1, no terceiro em 30 mg.mL-1 e no quarto
em 40 mg.mL-1. Esta variação na concentração de polímero na solução
permite uma avaliação mais ampla de sua influência sobre o tamanho de
partícula do PHBV precipitado, uma vez que esta variável é de muita
importância na etapa de encapsulamento. A temperatura foi mantida em
40°C e a pressão em 80 bar. Todos os valores dos parâmetros que foram
C
D
Figura 4.9 - Fotomicrografias de MEV do β-caroteno precipitado a 80 e
120 bar com diferentes ampliações. (A) Exp 1 com ampliação de 2000
vezes; (B) Exp 3 com ampliação de 60 vezes; (C) Exp 6 com ampliação
de 1000 vezes; (D) Exp 8 com ampliação de 500 vezes.
128
121
solução gerando uma alta supersaturação. Como a concentração da
solução e a razão entre as vazões são baixas nestas condições
experimentais, a supersaturação e consequentemente a taxa de nucleação
são baixas, gerando partículas maiores.
A influência da pressão na morfologia e na distribuição de
tamanho das partículas de β-caroteno é ilustrada nas Figuras 4.9 e 4.10
que apresentam, respectivamente, fotomicrografias de MEV e curvas de
distribuição de freqüência das condições experimentais 1, 3, 6 e 8, onde
a variação de pressão é comparada mantendo-se os valores das demais
variáveis constantes.
A
B
variados ou mantidos constantes tiveram como base os resultados da
precipitação do β-caroteno puro e do polímero puro na primeira etapa.
Os valores das variáveis para cada condição experimental investigada
nos planejamentos fatoriais completos 22 sequenciais são apresentados
na Tabela 4.4.
Tabela 4.4 – Matrizes dos planejamentos experimentais fatoriais
completos 22 sequenciais da precipitação de PHBV utilizando a câmara
com volume aproximado de 600 mL.
qS
qA
Experimento
(mL.min-1)
(mL.min-1)
Bloco A: Concentração de PHBV na solução = 10 mg.mL-1
1A
1
20
2A
4
20
3A
1
40
4A
4
40
5A
2,5
30
6A
2,5
30
7A
2,5
30
Bloco B: Concentração de PHBV na solução = 20 mg.mL-1
1B
1
20
2B
4
20
3B
1
40
4B
4
40
5B
2,5
30
6B
2,5
30
7B
2,5
30
Bloco C: Concentração de PHBV na solução = 30 mg.mL-1
1C
1
20
2C
4
20
3C
1
40
4C
4
40
5C
2,5
30
6C
2,5
30
7C
2,5
30
122
127
qS
qA
(mL.min-1)
(mL.min-1)
Bloco D: Concentração de PHBV na solução = 40 mg.mL-1
1D
1
20
2D
4
20
3D
1
40
4D
4
40
5D
2,5
30
6D
2,5
30
7D
2,5
30
Experimento
O efeito principal dos parâmetros empregados em todos os
planejamentos experimentais apresentados anteriormente, sobre o
tamanho médio de partícula ( X ) e distribuição de tamanho (CV) das
partículas precipitadas de β-caroteno e PHBV, foi avaliado empregando
o software comercial Statistica 6.0, adotando um nível de confiança
estatística de 95% (p<0,05). Por não se tratar de otimização de
experimentos, os efeitos de interação entre as variáveis não foi
considerado. Para caracterizar a distribuição de tamanho de partícula o
parâmetro coeficiente de variação percentual (CV%) foi adotado por
representar o percentual de variação do tamanho de partícula em torno
do valor médio, uma vez que o desvio padrão em relação ao tamanho
médio das partículas precipitadas, tanto de β-caroteno quanto de PHBV,
apresentam ordens de magnitude bastante diferentes. O coeficiente de
variação percentual é definido como a razão percentual entre o desvio
padrão e o tamanho médio das partículas em cada condição
experimental.
4.6. Caracterização das partículas
Quanto ao tamanho das partículas de β-caroteno e PHBV
precipitadas, os resultados foram obtidos através da medida do
comprimento de cerca de 500 partículas de β-caroteno e do diâmetro de
cerca de 1100 partículas de PHBV para cada condição experimental.
Tais medidas foram realizadas empregando o software Size Meter
versão 1.1 (desenvolvido por Luiz Henrique Castelan Carlson). O
tamanho médio das partículas de β-caroteno e PHBV e o respectivo
desvio padrão para cada condição experimental foram também
distribuição de tamanho de partícula. Os efeitos foram os mesmos
exercidos sobre o tamanho médio de partícula, ou seja, um aumento na
pressão de precipitação leva a um aumento no coeficiente de variação e
um aumento na razão entre as vazões acarreta uma diminuição no
coeficiente de variação.
A seguir serão discutidos os efeitos dos parâmetros que tiveram
influência significativa sobre o tamanho médio de partícula e coeficiente
de variação das condições experimentais do planejamento fatorial
completo 23.
Efeito da Pressão
Os experimentos de precipitação de β-caroteno foram realizados
em duas diferentes pressões, 80 e 120 bar. Estes valores de pressão
combinados com o valor de temperatura fixado em todas as condições
experimentais do planejamento da Tabela 4.1 (40°C), fazem com que a
precipitação ocorra em uma região de uma única fase no diagrama de
fases do sistema binário CO2 + diclorometano (Corazza et al., 2003),
onde o solvente e o anti-solvente são totalmente miscíveis, uma vez que
a presença do β-caroteno no sistema não altera o comportamento de
fases do sistema binário solvente+anti-solvente, conforme discutido no
Capítulo 3.
Foi observado que com a elevação da pressão de precipitação de
80 para 120 bar, houve um aumento pronunciado no tamanho e
amplitude da distribuição de tamanho das partículas precipitadas. Tal
efeito pode ser verificado na Tabela 4.5, para as condições
experimentais 1 e 3, onde os valores das demais variáveis foram
mantidos constantes em seu menor valor, e para as condições 6 e 8, onde
os valores das demais variáveis eram os mais altos.
Como pode ser observado na Tabela 4.5, elevando a pressão de
80 (experimento 1) para 120 bar (experimento 3), o tamanho médio das
partículas precipitadas aumentou, respectivamente, de 6,2 µm para
246,8 µm. O mesmo efeito foi observado nos experimentos 6 (80 bar) e
8 (120 bar), onde o tamanho médio das partículas aumentou de 3,8 µm
para 124,9 µm. O aumento mais pronunciado no tamanho das partículas
foi observado variando-se a pressão com concentração da solução e
razão entre as vazões constantes no menor valor. Para que ocorra uma
taxa de nucleação elevada, é necessário que a concentração da solução
esteja próxima da saturação e que haja anti-solvente na vazão de entrada
bastante o suficiente para uma rápida extração do solvente orgânico da
126
123
R
-31.231
P
CS
9.185587
1.837117
calculados. Foi adotado como critério a avaliação apenas do
comprimento das partículas de β-caroteno devido ao seu maior desvio
padrão com relação à largura. Por tamanho médio entenda-se então
aquele do comprimento das partículas de β-caroteno. Já para o polímero,
o diâmetro foi a escolha óbvia para o cômputo do tamanho característico
de partícula. A morfologia das partículas β-caroteno e PHBV
precipitadas foi avaliada por observação visual das micrografias de
MEV de todas as condições experimentais.
Para a obtenção das micrografias foi utilizado um microscópio
eletrônico de varredura marca SHIMADZU, modelo SS-550 Superscan.
As amostras de β-caroteno ou PHBV precipitados foram manualmente
dispersas sobre fitas condutoras dupla-face dispostas em porta amostras
de alumínio. As amostras foram recobertas com uma fina camada de
ouro utilizando um aparelho metalizador e então analisadas.
p=.05
sobre o coeficiente de variação.
De modo geral, como pode ser observado na Figura 4.7, os
parâmetros que exerceram efeito significativo, a nível de 95% de
confiança (p<0,05), sobre o tamanho médio de partícula foram pressão
de precipitação e razão entre as vazões de anti-solvente e solução. O
efeito mais pronunciado foi exercido pela pressão de precipitação. Um
aumento no valor deste parâmetro acarreta em um aumento no tamanho
médio de partícula. A razão entre as vazões exerceu um efeito menos
pronunciado e, um aumento neste parâmetro leva a uma diminuição no
tamanho médio de partícula. A concentração da solução não teve efeito
significativo a nível de 95% de confiança na faixa de valores estudada.
Observando a Figura 4.8, que reporta o diagrama de Pareto com
relação ao efeito dos parâmetros sobre o coeficiente de variação, que
representa a distribuição de tamanho de partícula, pode-se verificar que
os parâmetros que exerceram efeito significativo a nível de 95% de
confiança foram também a pressão de precipitação e a razão entre as
vazões porém, aqui, a razão entre as vazões de anti-solvente e solução
foi o parâmetro que teve um efeito mais pronunciado sobre a
A literatura aponta que o mecanismo de precipitação nas técnicas
anti-solvente, em que a solução é aspergida para dentro da fase bulk de
anti-solvente, depende das condições de operação, tais como, pressão e
temperatura de precipitação, concentração de sólido na solução orgânica
e vazão de solução e de antisolvente, sendo que os valores destes
parâmetros de processo é que determinam as características das
partículas precipitadas como tamanho, distribuição de tamanho e
morfologia (Lengsfeld et al., 2000).
4.7.1. Precipitação de β-caroteno pelo Planejamento Fatorial
Completo 23
Conforme descrito no item 4.3.1, os experimentos de precipitação
de β-caroteno foram realizados baseados em dois planejamentos
fatoriais completos, um planejamento fatorial completo com 3 variáveis
e dois níveis (23) e outro com 5 variáveis também em dois níveis (25)
baseado nos resultados do primeiro planejamento.
No primeiro planejamento a temperatura foi mantida constante
em 40°C e a vazão de solução em 1 mL.min-1 e, os parâmetros variados
foram: pressão de precipitação (P), concentração de β-caroteno na
solução orgânica (CS) e razão entre as vazões da solução orgânica e do
CO2 para a câmara de precipitação (R), totalizando 11 experimentos. A
Tabela 4.5 apresenta os resultados com relação ao tamanho e
124
125
distribuição de tamanho das partículas de β-caroteno precipitadas
empregando CO2 supercrítico como anti-solvente oriundos do primeiro
planejamento e também do β-caroteno não processado.
completo 23 e resultados da precipitação de β-caroteno empregando CO2
supercrítico como anti-solvente em termos de tamanho médio de
partícula.
CV
σ
Experimento
CS
P
R
X
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
4,0
8,0
4,0
8,0
4,0
8,0
4,0
8,0
6,0
6,0
6,0
80
80
120
120
80
80
120
120
100
100
100
20
20
20
20
40
40
40
40
30
30
30
6,2
29,1
246,8
186,4
4,6
3,8
42,8
124,9
88,3
71,5
66,5
3,3
9,6
140,9
78,1
1,1
1,6
10,3
54,9
21,2
16,4
15,3
53
33
57
42
24
42
24
44
24
23
24
CS = Concentração da solução orgânica (mg.mL-1); P = pressão de precipitação (bar); R =
razão entre as vazões de anti-solvente e de solução; X = tamanho médio de partícula (µm); σ
= desvio padrão (µm) e CV = coeficiente de variação (%).
Como pode ser observado na tabela acima, a condição
experimental de precipitação que apresentou o menor tamanho de
partícula foi a condição 6 com tamanho médio de 3,8 µm, e a condição
experimental com maior tamanho médio de partícula foi a condição 3
com tamanho médio de 246,8 µm. Com relação à distribuição de
tamanho de partícula, a condição experimental que apresentou uma
distribuição mais estreita foi a condição 10, a qual apresentou um
partícula. A condição experimental que apresentou distribuição mais
larga de tamanho foi a condição 3, que apresentou um coeficiente de
variação de 57% em torno do tamanho médio de partícula.
Com posse dos resultados da Tabela 4.5, foi realizada a análise
apresentado nas Figuras 4.7 e 4.8 na forma de diagrama de Pareto, que
mostram os parâmetros que apresentaram efeito significativo,
P
17.25064
R
CS
-9.05256
1.356026
p=.05
sobre o tamanho médio de partícula.

Pré texto - Pós-graduação em Engenharia de Alimentos

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