Microfluidics as a tool to evaluate emulsion stability

Autor(es)

Tatiana Porto dos Santos

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2021-04-20

Membros da banca

Rosiane Lopes da Cunha; Maria Claudia Cuellar Soares; Lucimara Gaziola de la Torre; Carolina Siqueira Franco Picone; Márcio da Silveira Carvalho

• Orientador: Rosiane Lopes da Cunha

Resumo

A capacidade de formação e estabilidade são características fundamentais a serem investigadas durante o desenvolvimento de emulsões visando aplicações tecnológicas. Por outro lado, em processos como os fermentativos e petrolíferos, em que ocorre a produção ou extração de compostos apolares, é desejada uma baixa estabilidade das emulsões inerentes ao processo, visando aumentar a recuperação eficiente do óleo. Neste contexto, a análise da estabilidade das emulsões é de suprema importância para se determinar a melhor composição dependendo das características da emulsão desejada. Ademais, desvendar os mecanismos de (des)estabilização seria de grande valia para o desenvolvimento destes importantes sistemas coloidais. Neste sentido, estratégias baseadas na microfluidica foram aplicadas para o estudo da (des)estabilização de gotas, uma vez que esta tecnologia pode alcançar tanto a formação das emulsões quanto sua separação eficiente das fases. Dentro deste viés, o presente estudo objetivou investigar a (des)estabilização de emulsões-modelo (usando surfactantes convencionais ou agentes tensoativos de sistemas fermentativos como estabilizantes) em microcanais. As estratégias aplicadas para tal foram, principalmente, alterações da geometria e das propriedades de parede dos canais, porém a adição de agentes externos (soluções aquosas) também foi realizada para induzir a desestabilização inclusive das emulsões mais estáveis. Por conseguinte, foi possível identificar os principais parâmetros relacionados aos mecanismos de (des)estabilização das emulsões, além de se determinar as condições de escoamento e os microcanais mais adequados para a indução deste fenômeno. De modo geral, foi observado que microcapilares de vidro não foram eficientes para a avaliação dos eventos de coalescência devido ao formato tridimensional, enquanto que os canais planares cujas dimensões são moduláveis foram mais adequados para a avaliação dos fenômenos de desestabilização. Ademais, constatou-se a dificuldade em se desestabilizar emulsões com alta concentração de estabilizantes utilizando microdispositivos que induzem o choque entre as gotas, todavia tal efeito foi alcançado através da injeção forçada de soluções aquosas em gotas concentradas. De fato, dependendo da solução aquosa adicionada (salina ou água deionizada), diferentes mecanismos de desestabilização foram visualizados (fratura, ruptura da gota na parede do canal e/ou coalescência). Tais mecanismos também foram modificados dependendo das propriedades de superfície dos microcanais (potencial zeta e hidrofobicidade). Desta maneira, o entendimento do papel da parede dos microcanais foi essencial para induzir tanto a formação quanto a desestabilização das gotas, permitindo modular a estabilidade cinética das emulsões. De modo geral, foi constatado que os estabilizantes carregados devem possuir cargas de mesmo sinal que os microcanais para que as gotas sejam formadas, além de que a fase contínua da emulsão deve possuir a mesma natureza (polar ou apolar) que a parede dos canais. Em contrapartida, a aderência das gotas de óleo nas paredes dos dispositivos foi observada em duas ocasiões: (i) quando os microcanais possuíam uma alta hidrofobicidade e reduzida carga superficial e (ii) quando as gotas das emulsões possuíam cargas opostas às das paredes dos microcanais. Finalmente, este estudo permitiu indicar a utilização de microcanais em série para a determinação da estabilidade das gotas, no entanto ressalta-se que é necessário entender a priori as potenciais interações gotas-parede dos canais (AU)

• Processo FAPESP: 17/18109-0 - Desenvolvimento de um analisador de estabilidade de emulsões utilizando microfluídica
• Beneficiário: Tatiana Porto dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado