Development of semi-continuous processes for production of ginger oil (Zingiber officinale Roscoe) microcapsules by complex coacervation: atomization and membrane emulsification - Ferreira, Sungil [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
Coacervação complexa é uma técnica de microencapsulação versátil com capacidade de encapsular e proteger compostos hidrofóbicos e hidrofílicos. Além disso, é capaz de proteger os ativos encapsulados de diferentes condições adversas como luz, oxigênio e baixo pH durante a digestão. Contudo, devido à sua própria natureza, a técnica apresenta algumas limitações que a impedem de ser aplicada em grande escala ou em processos que não sejam em batelada. Este trabalho propõe algumas alternativas com o intuito de facilitar a aplicação da técnica de coacervação complexa em maior escala. No processo tradicional de coacervação complexa as soluções poliméricas são misturadas e em seguida o pH é ajustado para promover interação e subsequente coacervação. Foi desenvolvida uma nova configuração em que a coacervação complexa é induzida pela atomização do material de recheio emulsificado em uma solução de proteína sobre a solução de polissacarídeo; neste caso em particular, emulsão de óleo de gengibre em gelatina sobre solução aquosa de goma arábica. A coacervação complexa por atomização, além de ser um método promissor para produção de cápsulas, abre a possibilidade de prever o tamanho final das mesmas em função das condições de atomização ou de números adimensionais representativos. Um importante gargalo no processo de coacervação complexa a ser considerado é a cura das cápsulas. Tradicionalmente, a cura é realizada em batelada em um processo de resfriamento lento. Neste trabalho propõe-se o uso de um trocador de calor tubular com bombeamento e temperatura controlados para realizar a cura das cápsulas em processo contínuo. Assim o tempo demandado na etapa de cura diminuiu consideravelmente, abrindo novas oportunidades para aumento de escala e realização do processo de coacervação como um todo de forma semi-contínua. Também foi avaliado o uso de membranas metálicas para formação das emulsões a serem utilizadas durante o processo de coacervação complexa, além da utilização desta mesma configuração de membranas para indução da coacervação complexa, como um novo método. Isso é importante porque já existem sistemas para utilização de membranas em escala industrial e em processo contínuo, os quais podem ser eventualmente adaptados para realização do processo de coacervação complexa em modo contínuo. As cápsulas formadas por atomização foram iguais ou melhores que as cápsulas produzidas pelo método tradicional, considerando tamanho, morfologia e propriedades de encapsulação. A cura das cápsulas no trocador de calor se mostrou factível, com resultados promissores, e assim a coacervação complexa em processo semi-contínuo foi viabilizada.

Complex coacervation is a versatile microencapsulation technique capable of encapsulating and protecting hydrophobic and hydrophilic compounds. In addition, it is able to protect encapsulated core materials from different adverse conditions such as light, oxygen and low pH during digestion. However, due to its very nature, the technique has some limitations that prevent it from being applied on a large scale or in non-batch processes. This work proposes a few alternatives in order to facilitate the application of the complex coacervation technique on a larger scale. In the traditional complex coacervation process, polymeric solutions are mixed and then the pH is adjusted to promote interaction and subsequent coacervation. A new configuration has been developed in which complex coacervation is induced by the atomization of the emulsified core material in a protein solution over the polysaccharide solution; in this particular case, ginger oil emulsion in gelatin over aqueous solution of gum Arabic. Complex coacervation by atomization, in addition to being a promising method for producing capsules, opens up the possibility of predicting their final size depending on atomization conditions or representative dimensionless numbers. An important bottleneck in the complex coacervation process to be considered is the cure of the capsules. Traditionally, curing is carried out in batches in a slow cooling process. In this work it is proposed to use a tubular heat exchanger with controlled pumping and temperature to cure the capsules in a continuous process. Thus, the time required in the curing stage has decreased considerably, opening up new opportunities to increase the scale and carry out the coacervation process as a whole in a semi-continuous manner. The use of metallic membranes for the formation of emulsions to be used during the complex coacervation process was also evaluated, in addition to the use of this same configuration of membranes to induce complex coacervation, as a new method. This is important because there are already systems for using membranes on an industrial scale and in a continuous process, which can eventually be adapted to carry out the complex coacervation process in a continuous mode. The capsules formed by atomization were equal to or better than the capsules produced by the traditional method, considering size, morphology and encapsulation properties. The cure of the capsules in the heat exchanger proved feasible, with promising results, and thus the complex coacervation in a semi-continuous process was made possible.
Desenvolvimento de processos semi-contínuos para produção de microcápsulas de óleo de gengibre (Zingiber officinale Roscoe) por coacervação complexa: atomização e emulsificação por membrana
Keywords: Coacervação complexa; Atomização; Números adimensionais; Membranas metálicas; Processo semi-contínuo; Trocador de calor; Complex coacervation; Atomization; Dimensionless numbers; Metal membranes; Semi-continuous process; Heat exchange