High-pressure phase equilibrium data and coprecipitation of methionine and ethyl cellulose in carbon dioxide + ethanol + acetic acid

Abstract

Para potencial aplicação na liberação controlada de partículas de metionina, o presente trabalho visou encapsular este aminoácido em etilcelulose pela técnica de gas antissolvente, utilizando dióxido de carbono como antissolvente e etanol e ácido acético como solventes. Além disso, para obter condições ótimas de precipitação, o estudo do comportamento de fases do sistema em altas pressões e a modelagem termodinâmica foi realizada utilizando a equação de estado de Peng-Robinson. Os dados de transição de fase foram obtidos pelo método visual sintético, com célula de visualização de volume variável, na faixa de temperatura de 308-328 K. Para os sistemas quaternários, os solutos foram previamente solubilizados em duas concentrações diferentes, 0,1 e 0,2 mg/mL para metionina e 2,5 e 5,0 mg/mL para etilcelulose, em uma solução de etanol e ácido acético com razão em massa de etanol para ácido acético de 1:1. Uma mistura de solventes é usada porque a metionina tem uma alta solubilidade em ácido acético, mas baixa solubilidade em etanol. Assim, foram observadas transições de fase líquido-vapor, caracterizadas como bolhas na presença ou ausência de uma fase sólida. A fase sólida foi observada em frações de massa de 0,9383 (0,1 mg/mL) e 0,7251 (0,2 mg/mL) para metionina e 0,9530 (2,5 mg/mL) e 0,8997 (5,0 mg/mL) para etilcelulose, nas três temperaturas avaliadas (308- 318-328 K). Em relação a encapsulação da metionina em etilcelulose com etanol e ácido acético como solvente de mistura, a influência da razão metionina/polímero (1:3, 1:2 e 1:1), temperatura (308, 313 e 318 K) e pressão (10, 12 e 14 MPa) em termos de tamanho de partícula, morfologia das partículas, porcentagem de material encapsulado, eficiência de encapsulamento e rendimento de precipitação foram avaliados. Foram obtidas eficiências de encapsulamento de até 99,72%, para as quais a relação metionina/polímero do sistema mostrou um efeito negativo (nível de confiança de 95%). Os coprecipitados apresentaram resultados excelentes e pioneiros em termos de proteção da metionina e possível liberação controlada.

Abstract: For potential application to the controlled release of methionine particles, the present work aimed to encapsulate this amino acid in ethyl cellulose by the antisolvent gas technique, using carbon dioxide as antisolvent and ethanol and acetic acid as solvents. Furthermore, to obtain the optimum precipitation conditions, the phase behavior of the system at high pressures was studied, and the thermodynamic modeling was performed using the Peng-Robinson equation of state. Phase transition data were obtained by the synthetic visual method, with a variable volume visualization cell, in the temperature range of 308-328 K. For the quaternary systems, the solutes were previously solubilized in two different concentrations, 0.1 and 0.2 mg/mL for methionine and 2.5 and 5.0 mg/mL for ethyl cellulose, in a solution of ethanol and acetic acid with 1:1 mass ratio of ethanol to acetic acid. A mixture of solvents is used because methionine has a high solubility in acetic acid but low solubility in ethanol. Thus, liquidvapor phase transitions were observed, characterized as bubbles in the presence or absence of a solid phase. The solid phase was observed in mass fractions of 0.9383 (0.1 mg/mL) and 0.7251 (0.2 mg/mL) for methionine and 0.9530 (2.5 mg/mL) and 0.8997 (5.0 mg/mL) for ethyl cellulose, at the three temperatures evaluated (308-318- 328 K). Regarding the encapsulation of methionine in ethyl cellulose with ethanol and acetic acid as a mixture solvent, the influence of methionine/polymer ratio (1:3, 1:2, and 1:1), temperature (308, 313, and 318 K), and pressure (10, 12, and 14 MPa) in terms of particle size, morphology of the particles, percentage of encapsulated material, encapsulation efficiency, and yield of precipitation were evaluated. Encapsulation efficiencies as high as 99.72 % were obtained, for which the system methionine/polymer ratio showed a negative effect (95% confidence level). The coprecipitates showed excellent and pioneering results in terms of methionine protection and controlled release possible.