Emulsificação de óleo essencial de menta (Mentha spicata) utilizando membranas cerâmicas

Abstract

A utilização da tecnologia de emulsificação por membranas tem recebido grande esforço de pesquisa nos últimos anos devido ao controle no tamanho das gotas, reprodutibilidade, pressões de operação baixas a moderadas e baixo gasto energético quando comparado à métodos tradicionais de emulsificação como misturadores e sistemas rotor/estator. Com isso, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção de emulsões óleo/água por meio de membranas cerâmicas utilizando o método premix. Neste estudo, o premix, formado pela leve agitação de 10% do óleo de menta (Mentha spicata), 89% de água deionizada e 1% de surfactantes, submetido a membranas cerâmicas com diferentes tamanhos de poro e diferenças de pressão entre os dois lados da membrana por meio de duas abordagens. A primeira abordagem foi o método premix convencional (PCV), no qual o premix é forçado a atravessar a membrana devido à diferença de pressão aplicada. Já a segunda abordagem foi uma modificação do método PCV, a qual foi nomeada de método premix ar forçado (PAF). Neste método uma corrente de ar flui no canal interno da membrana fazendo com que ocorra o cisalhamento precoce das gotas que permeiam a membrana. Os dois métodos de emulsificação, PCV e PAF, foram avaliados por meio do tamanho (D4,3) e da dispersão de tamanho das gotas (span), bem como pela estabilidade das emulsões geradas. A influência do tamanho de poro das membranas (0,1, 0,2 e 0,8 µm) e a variação das condições operacionais como a diferença de pressão (2, 4, 6 e 8 bar) e vazão de ar forçada utilizada (0,011; 0,028; 0,039 m3/s) foram estudados. Os resultados mostraram que ambos os métodos de emulsificação por membrana produziram emulsões de óleo de menta em água estáveis durante os 28 dias de análise, porém com características diferentes no que diz respeito ao tamanho e a dispersão das gotas. O aumento da pressão de operação (?P 8 bar) resultou na redução dos valores de span e no tamanho médio das gotas para todas as membranas e métodos avaliados. A variação da vazão de ar forçado não apresentou diferenças significativas nos valores de D4,3 e span. O método PCV apresentou uma cremeação mais aparente com o passar do tempo devido ao acumulo de gotas de maior tamanho na superfície da emulsão. Para emulsões obtidas com o método PAF a cremeação não foi tão visível devido à maior dispersão do tamanho das gotas. Todas as membranas apresentaram bons resultados, com destaque para a membrana de 0.2 µm que forneceu os menores valores de D4,3 (1,8 e 1,1 µm) e span (1,0 e 1,5) para os métodos PCV e PAF, respectivamente. Por fim, ambos os métodos mostraram ser eficazes na produção de emulsões óleo de menta em água com todas as membranas utilizadas.<br>

Abstract : Membrane emulsification technology has received great research attention in the last years due to the control of the droplet size, reproducibility, use of low to moderate operational pressures and low energy demand compared to traditional methods such as mixers and rotor/stator systems. Thus, the aim of this work was to study the production of oil/water emulsions through ceramic membranes using the premix membrane emulsification. In this study, the premix, formed by coarse agitation of 10% mint oil (Mentha spicata), 89% deionized water and 1% surfactants, was submitted to ceramic membranes with different pore sizes and transmembrane pressures by using two approaches. The first approach was the conventional premix (CVP), in which the premix is forced through the membrane due to the pressure applied. The second approach was a modification of the CVP method, which was named as forced air premix method (FAP). In this method, an air stream is flowed through the inner channel of the ceramic membrane causing the shear of the oil droplets. The two emulsification methods, CVP and FAP, were evaluated by mean droplet size (D4,3) and dispersion (span) and by emulsion stability. The influence of membrane pore size (0.1, 0.2 and 0.8 µm) and the variation of the operating conditions as transmembrane pressure (2, 4, 6, and 8 bar) and forced air flow rate (0.011, 0.028, 0.039 m3/s) were evaluated. The results showed that both methods of membrane emulsification produced stable oil emulsions during the 28 days of analysis, but different sizes and dispersions of the droplets were observed. The increase in the operating pressure (?P 8 bar) resulted in the reduction of span values and droplet size for all membranes and methods evaluated. However, the variation of forced air flow did not present significant differences in the values of D4.3 and span. The CVP method showed a more apparent creaming over time due to the accumulation of larger droplets on the surface of the emulsion. For emulsions obtained with the FAP method, the creaming was not too visible due to the greater dispersion of droplet size. All membranes presented good results, especially the 0.2 µm membrane that presented lower values of D4.3 (1.8 and 1.1 µm) and span (1.0 and 1.5) for the CVP and FAP methods, respectively. Finally, both methods proved to be effective in the production of mint oil emulsions with all the tested membranes.