Estudo da inversão catastrófica e transicional de emulsões de óleo de soja com diferentes tensoativos

Abstract

Resumo: As emulsões estão presentes na indústria de alimentos, tanto como ingredientes quanto como produtos finais. A inversão de fases ocorre quando uma emulsão óleo em água (O/A) inverte para água em óleo (A/O), ou vice-versa. Quando esta inversão ocorre pela adição da fase interna é chamada inversão catastrófica. Quando ocorre pela mudança de afinidade do tensoativo é denominada transicional. A inversão de fases de uma emulsão pode ser desejável, como para fabricação de manteiga, ou indesejável, quando um produto perde suas características devido a este fenômeno. Neste contexto, torna-se interessante estudar os fatores que influenciam a inversão, a fim de determinar condições de processamento e formulação. Este trabalho teve como objetivo estudar vários aspectos em emulsões preparadas com óleo de soja, entre eles: a temperatura de inversão de fases em emulsões preparadas com os tensoativos Tween 80 e Span 80; o comportamento de emulsões estabilizadas com amido de milho modificado com octenilsuccinato (AMMO); a inversão catastrófica de emulsões preparadas a 2 e 5 % (m/v) de lecitina e de Tween 80 com agitação de 4000 e 9000 rpm; e o comportamento reológico das emulsões estudadas na inversão catastrófica. Para as emulsões com AMMO e inversão catastrófica foram analisadas condutividade, estabilidade, comportamento reológico e microscopia. A temperatura de inversão de fases encontrada para o Tween 80 foi superior à encontrada para o Span 80. As emulsões preparadas com amido apresentaram maior estabilidade quanto maior a quantidade de AMMO adicionada, e com até 6 % (m/v) de AMMO apresentaram comportamento reológico Newtoniano, a partir desta concentração o comportamento apresentado foi pseudoplástico. As emulsões preparadas com 2 % (m/v) de lecitina apresentaram intervalo de inversão de 80 a 82,5 % (v/v) de fase aquosa, enquanto que as preparadas com 5 % (m/v) apresentaram intervalo de inversão entre 82,5 e 85 % (v/v). A agitação não influenciou o intervalo de inversão para a lecitina. A faixa de quantidade de fase aquosa para a inversão das emulsões preparadas com Tween 80 foi menor do que a observada para emulsões com lecitina. A agitação teve maior influência do que a concentração do tensoativo quando preparadas emulsões com Tween 80. As emulsões preparadas com velocidade de agitação de 4000 rpm inverteram no intervalo de 82,5 a 85 % (v/v) de fase aquosa, enquanto que as preparadas a 9000 rpm tiveram seu intervalo de inversão entre 85 e 87,5 % (v/v). As emulsões preparadas com 2 % (m/v) de Tween 80 apresentaram maior estabilidade do que as com 2 % (m/v) de lecitina. Na análise do comportamento reológico, as emulsões com Tween 80 e lecitina apresentaram comportamento pseudoplástico e ajuste ao modelo de Herschel-Bulkley. Na análise oscilatória, as emulsões preparadas com lecitina tiveram comportamento de gel rígido, enquanto que as preparadas com Tween 80 apresentaram comportamento correspondente a solução concentrada, na região de frequência analisada. Portanto, conhecer como cada tensoativo atua nas emulsões é importante para determinar condições de formulação e produção que possibilitem que o produto final possua as características desejadas.

Abstract: Emulsions are present on the food industry both as ingredients and as end products. The phase inversion occurs when an oil-in-water (O/W) emulsion turns into a water-in-oil (W/O) or vice versa. When the inversion occurs by addition of the internal phase it is called catastrophic inversion, when it occurs by changes in surfactant affinity it is called transitional inversion. The phase inversion of an emulsion may be desirable, for instance during butter making, or not, when a product loses its characteristics due to this phenomenon. In this context, it is interesting to study the parameters that influence the inversion and determine some processing and formulation conditions. This work had the aim of studying several aspects in emulsions prepared with soy oil, including the inversion temperature of emulsions prepared using Tween 80 and Span 80 surfactants, the behavior of emulsions stabilized with corn starch modified with octenylsuccinate, the catastrophic inversion of emulsions prepared at 2 and 5 wt% of lecithin and Tween 80 with stirring of 4000 and 9000 rpm and the rheological behavior of the emulsions studied at catastrophic inversion. For emulsions prepared with starch and catastrophic inversion, conductivity, stability, rheological behavior and microscopy were analyzed. The temperature of phase inversion was higher for Tween 80 than for Span 80. Emulsions prepared with starch presented higher stability as more starch was added and showed Newtonian rheological behavior until 6 wt% of starch, over this concentration point, the behavior was found to be shear-thinning. Emulsions prepared with 2 wt% of lecithin presented inversion interval of 80 to 82.5 vol% of aqueous phase, while those prepared with 5 wt% presented inversion interval between 82.5 and 85 vol%. Stirring did not influence the inversion interval for lecithin. The aqueous phase amount range for the inversions of emulsions prepared with Tween 80 was smaller than the observed for emulsion using lecithin. Stirring had bigger influence than surfactant concentration for emulsions prepared with Tween 80. Emulsions prepared with stirring speed of 4000 rpm inverted on the interval of 82.5 to 85 vol% of aqueous phase, while those prepared at 9000 rpm had inversion interval between 85 and 87.5 vol%. Emulsions prepared with 2 wt% of Tween 80 presented bigger stability than those with 2 wt% of lecithin. In respect of rheological behavior, all emulsions (Tween 80 and lecithin) presented shear-thinning behavior and fitting to the Herschel-Bulkley model. Using oscillatory analysis, the emulsions prepared with lecithin showed strong gel behavior, while those prepared with Tween 80 showed behavior corresponding to concentrated solution, in the analyzed frequency range. Therefore, knowing how each surfactant behaves on emulsions is important to be able to determine formulation and production conditions that will allow the end product to exhibit desired characteristics.