Área Técnica
[001] A presente invenção refere-se a grânulos de farinha de microalgas, e opcionalmente, farinha de microalgas rica em lipídeos.
Antecedentes
[002] Há pelo menos várias espécies de algas que podem ser utilizadas em alimentos, a maioria sendo "macroalgas", tais como algas, alface do mar (Ulva lactuca) e algas vermelhas para os alimentos, do tipo Porphyra (cultivada no Japão) ou dulse (alga vermelha Palmaria palmata).
[003] No entanto, para além destas macroalgas também existem fontes de algas representadas pelas "microalgas", ou seja algas microscópicas fotossintéticas ou não fotossintéticas de uma única célula, de origem marinha ou não marinha, cultivada para suas aplicações em biocombustíveis ou alimentos.
[004] Por exemplo, espirulina (Arthrospira platensis) é cultivada em lagoas abertas (por fototrofia) para o uso como um suplemento alimentar ou incorporada em pequenas quantidades em produtos de confeitaria ou bebidas (geralmente menos de 0,5% p/p).
[005] Outras microalgas ricas em lipídios, incluindo algumas espécies de Chlorella, também são populares em países asiáticos como suplementos alimentares (menção é feita às microalgas do género Crypthecodinium ou Schizochytrium). A produção e utilização de farinha de microalgas também é divulgada em WO2010/120923, e WO2010045368.
[006] A fracção de óleo de farinha de microalgas, que pode ser constituída, essencialmente, de óleos mono-insaturados, pode proporcionar vantagens nutricionais e de saúde em comparação com os óleos saturados, poli-insaturados e hidrogenados frequentemente encontrados nos produtos alimentares convencionais.
[007] No esforço para se fazer uma farinha de microalgas a partir da biomassa de microalgas, dificuldades significativas permanecem. Por exemplo, quando se usa microalgas com um elevado teor de óleo (por exemplo, 10, 25, 50 ou mesmo 75% ou mais por peso seco de células, um pó seco indesejavelmente pegajoso pode ser obtido. Isto pode requerer a adição de agentes de fluxo (incluindo produtos derivados de sílica).
[008] Problemas de dispersabilidade em água das farinhas secas de biomassa, que, então, possuem propriedades de molhabilidade inferiores, também podem ser encontrados.
[009] Há, portanto, ainda uma necessidade não satisfeita relativamente a novas formas de farinha de biomassa de microalgas rica em lipídeos, a fim de tornar possível a sua incorporação fácil, em grande escala, em produtos alimentares que devem permanecer deliciosos e nutritivos.
Descrição Detalhada
[0010] Para o propósito da invenção, o termo "farinha de microalgas" significa uma substância composta de uma pluralidade de partículas de biomassa de microalgas. A biomassa de microalgas é derivada a partir de células de algas, que podem ser inteiras ou interrompidas, ou uma combinação de células inteiras e interrompidas. As células de microalgas podem ser cultivadas no escuro (por exemplo, Chlorella cultivada no escuro sobre uma fonte de carbono fixado).
[0011] O termo "sobredimensionamento" significa que as partículas em uma distribuição de partículas que são maiores em tamanho do que um dado limiar, quer em numericamente quer fisicamente, como na fração de massa ou outra medida de partículas retidas por um filtro de uma determinada porosidade.
[0012] Modalidades da presente invenção referem-se a biomassa de microalgas adequada para consumo humano, que é rica em nutrientes, tais como os lipídeos ou proteínas. Por exemplo, as microalgas podem ser ricas em lipídeos. Por exemplo, a biomassa de microalgas pode compreender pelo menos 10%, em peso seco de lipídeos, de preferência pelo menos 25 a 35% ou mais por peso seco de lipídeo.
[0013] Em uma modalidade preferida, a biomassa contém pelo menos 25%, pelo menos 50%, ou, pelo menos, 75% em peso de células secas de lipídeos. O lipídeo produzido pode ter um perfil de ácidos gordos que compreende menos do que 2% de ácidos gordos altamente insaturados (HUFA), tais como ácido docosahexanóico (DHA).
[0014] Em uma modalidade preferida, as microalgas são do gênero Chlorella. Chlorella protothecoidesé uma dessas espécies de microalgas que é adequada para uso na preparação de uma farinha de microalgas.
[0015] Modalidades da presente invenção referem-se a grânulos de farinha de microalgas, que apresentam propriedades específicas de distribuição do tamanho das partículas, capacidade de escoamento e de molhagem.
[0016] Modalidades da presente invenção estão também estão relacionadas com grânulos de farinha de microalgas, que têm uma densidade em volume arejada a granel, e parâmetros de superfície específica, e também uma excelente capacidade de dispersão em água.
[0017] Modalidades da presente invenção referem-se ao processo para a preparação destes grânulos de farinha de microalgas.
[0018] Na farinha de microalgas, a parede celular de microalgas ou detritos celulares pode opcionalmente encapsular o óleo pelo menos até que o produto alimentar que o contém seja cozinhado, aumentando assim a vida útil do óleo.
[0019] A farinha de microalgas também pode fornecer outros benefícios, tais como micronutrientes, fibras alimentares (carboidratos solúveis e insolúveis), fosfolipídios, glicoproteínas, fitosterois, tocoferois, tocotrienois e selênio.
[0020] As microalgas podem ser modificadas para ter reduzidas quantidades de pigmentos. Por exemplo Chlorella protothecoides pode ser modificada de modo a ser reduzida em, ou isentada de, pigmentos. A modificação pode ser conseguida por ultravioleta (UV) e/ou mutagênese química.
[0021] Por exemplo, Chlorella protothecoides foi exposta a um ciclo de mutagênese química com N-metil-N'-nitro-N-nitrosoguanidina (NTG) e as colônias foram rastreadas para os mutantes de cor. As colônias que não apresentam nenhuma cor foram então sujeitas a um ciclo de radiação UV.
[0022] Uma estirpe de pigmentos reduzidos de Chlorella protothecoides foi isolada e corresponde a Chlorella protothecoides 33-55, depositada em 13 de Outubro de 2009 com a American Type Culture Collection (10801 University Boulevard, Manassas, Virginia 20110-2209), em conformidade com o Tratado de Budapeste.
[0023] Em uma outra modalidade, uma estirpe de Chlorella protothecoides com uma pigmentação reduzida foi isolada e corresponde a Chlorella protothecoides 25-32, depositada em 13 de Outubro de 2009, na American Type Culture Collection.
[0024] De acordo com qualquer das uma das modalidades da invenção, as microalgas (por exemplo, Chlorella protothecoides) são cultivadas em um meio contendo uma fonte de carbono fixado (por exemplo, glicose) e uma fonte de nitrogênio na ausência de luz (condições heterotróficas). A farinha de microalgas resultante pode ser de cor amarela, amarela clara ou branca e, opcionalmente, pode ter um teor de lipídeos de 30-70, 40-60, ou cerca de 50% de lipídios por peso de células secas. As cores amarela e branca podem resultar a partir de um teor de clorofila de menos do que 500 ppm, 50 ppm, ou 5 ppm.
[0025] Os meios de crescimento sólido e líquido estão geralmente disponíveis na literatura, e as recomendações para a preparação dos meios particulares que são adequados para uma grande variedade de estirpes de microrganismos pode ser encontrada, por exemplo online, em http://www.utex.org/, um site mantido pela Universidade do Texas em Austin para a sua recolha de culturas de algas (UTEX).
[0026] A produção de biomassa pode ser efetuada em biorreatores. Os exemplos específicos de biorreatores, as condições de cultura e o crescimento heterotrófico e do método de propagação podem ser combinados de qualquer maneira apropriada, a fim de melhorar a eficiência do crescimento microbiano e de lipídeos e/ ou de proteínas. De preferência, a cultura de microalgas é realizada no escuro, na presença de uma fonte de carbono fixado (por exemplo, açúcar e/ou glicerol).
[0027] A fim de preparar a biomassa para utilização como composição de alimentos, a biomassa obtida no final da fermentação é colhida a partir do meio de fermentação. No momento em que a biomassa de microalgas é colhida a partir do meio de fermentação, a biomassa compreende principalmente células intactas em suspensão em um meio de cultura aquoso.
[0028] A fim de concentrar a biomassa, um passo de separação sólido- líquido, por filtração ou por centrifugação, pode então ser efetuado.
[0029] Após concentração, a biomassa de microalgas pode ser processada de modo a produzir bolos embalados a vácuo, flocos de algas, homogenatos de algas, algas em pó, farinha de algas, ou óleos de algas.
[0030] A biomassa de microalgas pode também ser seca a fim de facilitar o processamento subsequente, ou para o uso da biomassa nas suas diversas aplicações, nomeadamente em aplicações alimentares.
[0031] Os produtos alimentares finais têm diferentes texturas consoante a biomassa de algas é seca, e se ela está, de acordo com o método de secagem utilizado (Ver, por exemplo, US 6.607.900, US 6.372.460, e US 6.255.505).
[0032] Em um pulverizador-secador, uma suspensão líquida é então pulverizada sob a forma de uma dispersão de gotículas finas em um fluxo de ar aquecido. O material arrastado é rapidamente seco e forma um pó seco.
[0033] Esta farinha de microalgas pode ser preparada a partir de biomassa de microalgas concentrada que foi mecanicamente lisada e homogeneizada, sendo então o homogenato seco por pulverização ou seca por expansão.
[0034] Em uma modalidade, as células podem ser lisadas. A parede celular e os componentes intracelulares podem ser moídos ou de outro modo reduzidos, por exemplo, utilizando um homogeneizador, em partículas (células lisadas não aglomeradas). Em modalidades específicas, as partículas resultantes podem ter um tamanho médio de menos de 500 μm, 100 μm, ou mesma 10 μm ou menos.
[0035] Em uma forma de realização da presente invenção, as células lisadas assim obtidas são secos.
[0036] Por exemplo, um disruptor de pressão pode ser usado para bombear uma suspensão contendo as células através de um orifício limitado, a fim de lizar as células. Uma alta pressão (por exemplo, até 1500 bar) é aplicada, seguido de uma expansão instantânea através de um bocal.
[0037] O rompimento das células pode ocorrer através de três mecanismos diferentes: intromissão na válvula, alto cisalhamento do líquido no orifício, e diminuição repentina da pressão na saída, causando a explosão da célula.
[0038] O método liberta moléculas intracelulares.
[0039] Um homogeneizador NIRO (GEA NIRO SOAVI) (ou qualquer outro homogeneizador de alta pressão) pode ser utilizado para destruir as células.
[0040] Este tratamento de alta pressão (por exemplo, aproximadamente 1500 bar) de biomassa de algas pode lizar mais do que 90% das células e pode reduzir o tamanho de partícula (por exemplo, para menos do que cerca de 5 mícrons). em uma modalidade a pressão é de cerca de 900 bar a 1200 bar. De preferência, a pressão é de cerca de 1100 bar. em uma outra modalidade, para aumentar a percentagem de células lisadas, a biomassa de algas é submetida a um tratamento de alta pressão de duas vezes ou mais. em uma modalidade, a dupla homogeneização é utilizada para aumentar a lise das células para mais de 50%, mais de 75% ou mais de 90%. A lise de cerca de 95% foi observada usando esta técnica.
[0041] A lise das células é opcional, mas preferida quando uma farinha de alto teor de lipídeos (por exemplo,> 10% de lipídeos em peso em seco) é para ser produzido. em uma modalidade uma farinha de alto teor de proteínas (por exemplo, menos do que 10% em peso de lipídeo seco) é produzida. A farinha de alto teor de proteínas pode ser em forma não lisada (células intactas). Para algumas aplicações alimentares, lise parcial (por exemplo, 25% a 75% das células lisadas) é desejada.
[0042] Alternativamente, ou em adição, um moinho de esferas é utilizado. Em um moinho de esferas, as células são agitadas em suspensão com pequenas partículas abrasivas. A ruptura das células é causada por forças de cisalhamento, a moagem entre as esferas, e as colisões com as esferas. Estas esferas perturbam as células de modo a libertar o conteúdo celular das mesmas. Uma descrição de um moinho de esferas adequado é dada, por exemplo, na patente US 5,330,913.
[0043] Uma suspensão de partículas, opcionalmente de tamanho menor do que as células de origem, sob a forma de uma emulsão "óleo-em-água", pode ser obtida. Esta emulsão pode então ser seca por pulverização, deixando um pó seco que contém o óleo e os detritos de células. Após a secagem, o conteúdo de água ou o conteúdo de umidade do pó pode ser inferior a 10%, de preferência inferior a 5%, mais preferencialmente inferior a 3%.
[0044] As modalidades do presente invento resolvem os problemas acima mencionados associados com farinha de microalgas arte anterior ao proporcionar grânulos que possuem propriedades particulares, tais como a cor favorável, a distribuição do tamanho das partículas, o fluxo, a molhabilidade, a densidade celular, a área de superfície específica, e o comportamento de dispersão em água como medido pelo tamanho das gotículas de emulsão e o potencial zeta.
[0045] Grânulos de farinha de microalgas específicos, de acordo com modalidades da invenção são caracterizados pelo facto de terem uma ou mais das seguintes propriedades: - uma distribuição monomodal de tamanho de partículas, por exemplo, como medido em um analisador de tamanho de partículas a laser COULTER® LS , de 2 a 400 μm, - os graus de fluxo, determinada de acordo com um teste A, de 0,5 a 60% em peso para o sobredimensionamento a 2000 μm, de 0,5 a 60% em peso para o sobredimensionamento a 1400 μm e de 0,5 a 95% em peso para o sobredimensionamento a 800 μm, - grau de molhabilidade, expresso de acordo com um teste B, pela altura do produto assente em um copo de vidro (600 mL forma atarracada proveta de 125 milímetros de altura, por exemplo, o código de produto FB33114 Fisher Scientific), a um valor de 0,2 a 4,0 cm, de preferência de 1,0 a 3,0 cm.
[0046] Os grânulos de farinha de microalgas de acordo com a invenção podem ser caracterizados pela sua distribuição de tamanho de partícula. Esta medição pode ser levada a cabo em um analisador de tamanho de partículas a laser COULTER® LS, equipado com o seu módulo de dispersão de pequeno volume ou SVM (125 ml), de acordo com as especificações definidas pelo fabricante (por exemplo, em "Small Volume Module Operating instructions").
[0047] Em uma concretização ilustrativa, os grânulos de farinha de microalgas são caracterizados por uma ou mais das seguintes propriedades: - 45-55% de lipídios por peso de célula seca; - uma densidade arejada de 0,37 ± 20%; - uma densidade a granel de 0,61 ± 20%; - uma % compressão de 39,3% ± 20%; - uma coesão em 2000 μm de 18,4 ± 20%; - uma coesão em 1400 μm de 46,4 ± 20%; - uma coesão em 800 μm de 12 ± 20%; - uma molhabilidade de 2 mm ± 20%; - uma distribuição de tamanho de partícula que tenha um modo de 9,1 ± 20%; - uma distribuição de tamanho de partícula com um D [4,3] de 10,6 ± 20%; - uma distribuição de tamanho de partícula com um D90 (o valor no qual 90% da distribuição é de menor diâmetro) de 19,5 ± 20%; e uma área de superfície de 0,4 m2 / g ± 20%.
[0048] Em uma modalidade mais específica, os grânulos de farinha de microalgas podem ser caracterizados por todas as seguintes propriedades: - 45-55% de lipídios por peso de célula seca; - uma densidade arejada de 0,37 ± 20%; - uma densidade a granel de 0,61 ± 20%; - uma % compressão de 39,3% ± 20%; - uma coesão em 2000 μm de 18,4 ± 20%; - uma coesão em 1400 μm de 46,4 ± 20%; - uma coesão em 800 μm de 12 ± 20%; - uma molhabilidade de 2 mm ± 20%; - uma distribuição de tamanho de partícula que tenha um modo de 9,1 ± 20%; - uma distribuição de tamanho de partícula com um D [4,3] de 10,6 ± 20%; - uma distribuição de tamanho de partícula com um D90 (o valor no qual 90% da distribuição é de menor diâmetro) de 19,5 ± 20%; e - uma área de superfície de 0,4 m2 / g ± 20%.
[0049] Em uma modalidade da presente invenção, as partículas de farinha de microalgas são aglomeradas durante o processamento. Apesar da aglomeração, os grânulos de farinha de microalgas de acordo com a invenção também têm uma capacidade de fluxo bastante satisfatória, de acordo com um teste A. As propriedades de fluxo resultantes proporcionam várias vantagens na produção de alimentos a partir da farinha de microalgas. Por exemplo, medições mais precisas das quantidades de farinha podem ser feitas durante a fabricação do produto alimentar, e a distribuição de alíquotas de farinha pode ser mais facilmente automatizada.
[0050] O teste A consiste em medir o grau de coesão dos granulados de farinha de microalgas de acordo com a invenção. Primeiro, os grânulos de farinha de microalgas de acordo com a invenção são peneirados com um tamanho de malha de 800 μm. Os grânulos de farinha, que têm um tamanho inferior a 800 μm são, em seguida, recuperados e introduzidos em um recipiente fechado, e são submetidos a mistura por movimento epicicloidal, por exemplo, utilizando um misturador de laboratório TURBULA tipo T2C. Em virtude dessa mistura, os grânulos de farinha de microalgas, de acordo com a invenção irão, de acordo com suas características próprias, expressar as suas propensões para se aglomerar ou para empurrar para longe uns dos outros.
[0051] Os grânulos assim misturados são então depositados sobre uma coluna de 3 peneiras (2,000 μm; 1400 μm; 800 μm) para peneiramento adicional.
[0052] Uma vez que o peneiramento tenha terminado, o sobredimensionamento em cada peneira é quantificado e o resultado dá uma ilustração da natureza "coesiva" ou "pegajosa" dos grânulos de farinha de microalgas.
[0053] Assim, um escoamento livre, e por isso pouco coesivo, de pó de grânulos irá fluir através de peneiras de malha de tamanho grande, mas irá ser cada vez mais parado à medida que as malhas das referidas peneiras se tornam mais apertadas.
[0054] Um protocolo para a medição do tamanho de partículas é o seguinte: - peneirar produto suficiente sobre uma peneira de 800 μm, de modo a recuperar 50 g de produto de tamanho inferior a 800 μm, - introduzir estes 50 g de grânulos de farinha de tamanho inferior a 800 μm em um frasco de vidro com uma capacidade de 1 litro (ref: BVBL Verrerie Villeurbannaise-Villeurbanne França) e fechar a tampa, - colocar este frasco no misturador TURBULA modelo T2C definido para a velocidade de 42 rpm (Willy A. Bachofen Sarl-Sausheim- France) e misturar durante 5 minutos, - preparar uma coluna de três peneiras (vendidas por SAULAS - 200 mm de diâmetro; Paisy Cosdon - França), que serão colocados em uma peneira de agitação Fritsch, modelo Pulverisette tipo 00,502; detalhes da montagem a partir da base para o topo: peneira de agitação, base de peneira, peneira de 800 μm, peneira de 1400 μm, peneira de 2000 μm, tampa de peneira de agitação, - depositar o pó resultante da mistura no topo da coluna (peneira de 2000 μm), fechar a tampa da peneira de agitação e peneirar durante 5 minutos em uma peneira de agitador FRITSCH, com uma amplitude de 5 na posição contínua, - pesar o tamanho em excesso em cada peneira.
[0055] Em uma modalidade, a farinha de microalgas é caracterizada por um ou mais dos seguintes parâmetros de coesividade: o 0,5 a 55% em peso de sobredimensionamento a 2000 μm, o 0,5 a 60% em peso de sobredimensionamento a 1400 μm, o 0,5 a 30%, em peso, de sobredimensionamento a 800 μm.
[0056] A título de comparação, como será mostrado a seguir, os pós de farinha de microalgas preparados por técnicas de secagem convencionais (secagem por pulverização de efeito simples, tal como um secador de forma alta ou um secador de caixa) exibem um aspecto pegajoso, de baixa fluidez, o que é reflectido por um comportamento de acordo com o teste A: - 50 a 90%, em peso, de sobredimensionamento em 2000 μm, - 0,5 a 30%, em peso, de sobredimensionamento em 1400 μm, - 5 a 40%, em peso, de sobredimensionamento em 800 μm.
[0057] Em outras palavras, a maioria de tal pó de farinha de microalgas (pelo menos 50% do pó) não consegue atravessar o limiar de 2000 μm, embora inicialmente peneirado a 800 μm.
[0058] Estes resultados demonstram que as técnicas convencionais de secagem resultam na produção de pós muito coesivos, uma vez que, após a mistura, usam pouca energia mecânica, partículas de menos de 800 μm não conseguem passar através de uma peneira de 2000 μm que, no entanto, tem um tamanho de malha que é 2,5 vezes maior.
[0059] É facilmente dai deduzido que um pó convencional, apresentando um tal comportamento, não é fácil de processar em uma preparação em que se recomenda uma distribuição homogênea dos ingredientes.
[0060] Por outro lado, as composições de farinha de microalgas (e especialmente as composições de farinha de microalgas de alto teor de lipídeos; por exemplo, 30-70% de lipídeos em peso seco de células) de acordo com modalidades da presente invenção são muito mais fáceis de processar porque são menos pegajosas. O baixo nível de aderência é evidente a partir de várias medidas, incluindo pequeno tamanho do grânulo, alta molhabilidade e maior fluidez.
[0061] Grânulos de farinha de microalgas de acordo com modalidades da presente invenção exibem apenas um reduzido sobredimensionamento (por exemplo, <50%) em 2000 μm. Acredita-se que as partículas de farinha de microalgas produzidas de acordo com os métodos aqui descritos são menos coesivas do que os grânulos preparados pelos métodos anteriores.
[0062] Os grânulos de farinha de microalgas de acordo com a invenção são caracterizados por propriedades notáveis de molhabilidade, de acordo com um teste B.
[0063] A molhabilidade é uma propriedade tecnológica que é muitas vezes utilizada para caracterizar um pó novamente suspenso em água, por exemplo, na indústria dos laticínios.
[0064] A molhabilidade pode ser medida pela capacidade de um pó ficar imerso, depois de ter sido depositado na superfície da água (Haugaard Sorensen et al., 1978), o que reflete a capacidade do pó para absorver a água na sua superfície (Cayot et Lorient, 1998 ).
[0065] A medição deste índice convencionalmente consiste em medir o tempo necessário para uma determinada quantidade de pó penetrar na água através da sua superfície livre em repouso. De acordo com Haugaard Sorensen et al. (1978), um pó é considerado como sendo "molhável"se o tempo de penetração for inferior a 20 segundos.
[0066] É também necessário associar com a molhabilidade a capacidade do pó para inchar. Com efeito, quando um pó absorve água, gradualmente aumenta de volume. Em seguida, a estrutura do pó desaparece quando os vários componentes são dissolvidos ou dispersos.
[0067] Entre os fatores que influenciam a capacidade de umedecimento estão a presença de grandes partículas primárias, a presença de finos, a densidade do pó, a porosidade e a capilaridade das partículas de pó e também a presença de ar, a presença de gorduras na superfície das partículas de pó e as condições de reconstituição.
[0068] O Teste B relata mais particularmente o comportamento do pó de farinha de microalgas posto em contato com a água, através da medição, depois de um certo tempo de contato, da altura do pó que decanta quando colocado na superfície da água.
[0069] O protocolo para o Teste B é o seguinte: - introduzir 500 ml de água desmineralizada (desionizada) a 20 °C em 600 ml de uma proveta baixa (Fisherbrand FB 33114), - colocar 25 g do pó de farinha de microalgas uniformemente na superfície da água, sem misturar, - observar o comportamento do pó após 3 h de contato, - medir a altura do produto que tenha penetrado a superfície da água e assente no fundo da proveta.
[0070] Um pó de baixa molhabilidade vai permanecer na superfície do líquido, enquanto que para um pó de melhor molhabilidade, mais material vai assentar no fundo da proveta.
[0071] Os grânulos de farinha de microalgas de acordo com a invenção têm então um grau de molhabilidade, expresso de acordo com este teste B, pela altura do produto assente em uma proveta, a um valor de 0,2 a 4,0 cm, de preferência entre 1,0 e 3,0 cm.
[0072] Mais especificamente: - a primeira família, de tamanho de partícula fino, tem uma altura de produto assente de 0,2 a 2,0 cm, de preferência de 1,2 a 1,4 cm. - a segunda família, de tamanho de partícula grande, tem uma altura de produto assente de 2,0 a 4,0 cm, de preferência de 2,6 a 2,9 cm.
[0073] A título de comparação, a farinha de microalgas seca convencionalmente através de efeito simples de secagem por pulverização permanece na superfície da água durante mais tempo do que a farinha descrita acima, e não se tornar suficientemente hidratada para ser capaz de decantar a parte inferior da proveta.
[0074] Grânulos de farinha de microalgas de acordo com modalidades da presente invenção também são caracterizados por: - a sua densidade a granel arejada, - a sua área de superfície específica e - o seu comportamento após a dispersão em água.
[0075] A densidade a granel arejada é determinada utilizando um método convencional de medição da densidade a granel arejada, isto é, através da medição da massa de um recipiente vazio (g) de volume conhecido, e através da medição da massa do mesmo recipiente cheio com o produto a ser testado.
[0076] A diferença entre a massa do recipiente cheio e a massa do recipiente vazio, dividida pelo volume (ml), dá então o valor da densidade a granel arejada.
[0077] Para este teste, o recipiente de 100 ml, a colher utilizada para o enchimento e o raspador utilizado são fornecidos com o aparelho vendido pela empresa Hosokawa sob a marca registada Power Tester tipo PTE.
[0078] Para realizar a medição, o produto é peneirado através de uma peneira com aberturas de 2,000 μm (vendida por SAULAS). A densidade é medida sobre o produto que não é retido nessa peneira.
[0079] Sob estas condições, os grânulos de farinha de microalgas de acordo com modalidades da invenção podem ter uma densidade a granel arejada entre 0,30 e 0,50 g/ml. em uma modalidade específica, a densidade aparente é de 0,37 g/ml ± 20%.
[0080] Este valor de densidade a granel arejada é tanto mais notável uma vez que os grânulos de farinha de microalgas em conformidade com modalidades da invenção têm uma densidade mais elevada do que a farinha de microalgas convencionalmente seca. Acredita-se que a densidade de um produto será inferior se for preparado por secagem por pulverização convencional, por exemplo, menor do que 0,30 g/ml.
[0081] Grânulos de farinha de microalgas, em conformidade com modalidades da invenção podem também ser caracterizados pela sua área de superfície específica.
[0082] A área de superfície específica é determinada ao longo de toda a distribuição do tamanho de partícula dos grânulos de farinha de microalgas, por exemplo, por meio de um analisador de área de superfície específica Quantachrome com base em um teste de absorção de nitrogênio sobre a superfície do produto submetido a análise, realizado em um aparelho SA3100 da Beckmann Coulter, de acordo com a técnica descrita no artigo da BET Surface Area by Nitrogen Absorption por S. BRUNAUER et al. (Journal of American Chemical Society, 60, 309, 1938).
[0083] Grânulos de farinha de microalgas, em conformidade com uma modalidade da invenção, revelaram ter uma área de superfície específica de 0,10 a 0,70 m2/g após desgaseificação durante 30 minutos a 30 °C sob vácuo. em uma modalidade específica, a área de superfície específica de farinha de acordo com o método BET é de 0,3 a 0,6. em uma modalidade ainda mais específica, a área de superfície específica da farinha de acordo com o método BET, é de 0,4 ± 20%.
[0084] A título de comparação, a farinha de microalgas seca por secagem por pulverização convencional revelou ter uma área de superfície específica de acordo com BET de 0,65 m2/g.
[0085] É surpreendente constatar que quanto maior for o tamanho dos grânulos de farinha de microalgas, menor a sua área de superfície específica é, uma vez que grandes grânulos tendem a ser constituídos por partículas aglomeradas mais pequenas.
[0086] Finalmente, os grânulos de farinha de microalgas, em conformidade com a invenção são caracterizados pela sua capacidade de dispersão em água.
[0087] Esta capacidade de dispersão é medida da seguinte forma (Teste C): 0,50 g de grânulos de farinha de microalgas são dispersos em 500 ml de água desmineralizada (desionizada), e, em seguida, a solução é homogeneizada a 300 bar em um homogeneizador PANDA, vendido pela empresa NIRO SOAVI.
[0088] Dois parâmetros relacionados com a capacidade de dispersão aquosa dos produtos são medidos: - o tamanho das gotículas das emulsões formadas após homogeneização (Teste C-1), - o potencial zeta das gotículas, que representa a carga de repulsão eletrostática responsável pela estabilidade da fase descontínua (glóbulos hidrofóbicos) na fase aquosa "contínua"(Teste C-2).
[0089] A medição do tamanho das gotículas pode ser realizada em um analisador de tamanho de partículas a laser COULTER® LS. As medições revelam que os grânulos de farinha de microalgas assim dispersos formam uma emulsão ou suspensão em que a distribuição de tamanhos das partículas tem duas populações de gotículas ou partículas centradas em 0,4 e 4 μm.
[0090] A título de comparação, as emulsões ou suspensões obtidas sob as mesmas condições, com as farinhas de microalgas convencionais são, ao invés, caracterizadas por duas populações centradas em 0,08 μm e 0,4 μm.
[0091] De acordo com uma modalidade da invenção, a emulsão ou suspensão formada tem uma primeira população de gotículas ou partículas centradas em um valor de 0,1 a 1 μm e uma segunda população de gotículas ou partículas centradas em um valor de 1 a 10 μm.
[0092] Os grânulos de farinha de microalgas, em conformidade com o invento, dispersos em água, têm deste modo uma tendência para formar emulsões ou suspensões que são menos finas do que as convencionalmente obtidas com pós de microalgas secos convencionalmente.
[0093] Como o potencial zeta (abreviado para "ZP"), que faz com que seja possível prever a estabilidade e a coalescência e/ou os estados de agregação de um sistema coloidal.
[0094] O princípio de medição é baseado na mobilidade electroforética dos eletrólitos submetidos a um campo eléctrico alternado.
[0095] Quanto maior for o ZP em valor absoluto, a emulsão é considerada mais estável.
[0096] Deve notar-se que um ZP = 0 mV simboliza os estados de coalescência e/ou agregados.
[0097] A fim de efetuar as medições de estabilidade, ácido clorídrico 0,1 N é adicionado a fim de variar o ZP e, assim, para encontrar o ponto isoelétrico (abreviado para "pI") para os quais ZP = 0 mV.
[0098] Em uma modalidade, o ZP da farinha de microalgas é inferior a - 40 mV, e de preferência menor do que -45 mV. em uma outra modalidade, o ZP é de cerca de -55 mV. As medições efetuadas sobre os grânulos de farinha de microalgas de acordo com a invenção mostram que eles são estáveis para um pH> 5 e um ZP de - 55 mV. A sua pI é de 2,4.
[0099] A título de comparação, as farinhas de microalgas convencionais diferem dos grânulos da invenção em virtude da sua gama de estabilidade (que começa com um pH de 4,5) com um ZP de -40 mV. A sua pI é de 2,5.
[00100] Os grânulos de farinha de microalgas, em conformidade com uma ou mais das modalidades da invenção acima descritas são susceptíveis de ser obtidos por um processo de secagem por pulverização que usa bocais de pulverização de alta pressão em uma torre de fluxo concorrente que dirige as partículas no sentido de uma cinta em movimento na parte inferior da torre.
[00101] O material é então transportado como uma camada porosa, através de zonas de pós-secagem e de arrefecimento, zonas que lhe conferem uma estrutura estaladiça, como a de um bolo, o qual se quebra na extremidade da cinta. O material é então processado para um tamanho médio de partícula desejado.
[00102] A fim de se dar a granulação da farinha de algas, seguindo o princípio da secagem por pulverização, um secador por pulverização FILTERMAT™ vendido pela empresa GEA NIRO ou um sistema de secagem TETRA MAGNA PROLAC DRYER™ vendido pela empresa TETRA PAK pode, por exemplo, ser utilizado.
[00103] Surpreendentemente e inesperadamente, a granulação da farinha de microalgas através da implementação, por exemplo, deste processo Filtermat™ torna possível não só preparar, com um elevado rendimento, um produto de acordo com a invenção, em termos da distribuição de tamanho de partículas e da sua fluidez, mas também para conferir inesperadas propriedades de molhabilidade e dispersabilidade em água, sem necessariamente precisar de ligantes de granulação ou agentes anti- aglomeração (embora estes possam ser incluídos opcionalmente).
[00104] De acordo com uma modalidade da invenção, o processo para preparar grânulo de farinha de microalgas, em conformidade com a invenção compreendem, assim, os seguintes passos: 1) preparação de uma emulsão de farinha de microalgas em água a um teor de matéria seca de 15 a 40% em peso seco, 2) introdução desta emulsão em um homogeneizador de alta pressão, 3) pulverização do mesmo em um secador de pulverização vertical, equipado com uma cinta em movimento na sua base, e com um bocal de alta pressão na sua parte superior, enquanto que, ao mesmo tempo, regula: a) a pressão aplicada aos bocais de pulverização em valores superiores a 200 bar, de 200 a 150 bar, de 150 a 100 bar, de 100 a 50 bar, de 50 a 25 bar, ou a valores inferiores a 25 bar, de modo a selecionar a distribuição do tamanho de partículas das gotículas pulverizadas, b) o ângulo de pulverização é de 50° a 80°, a uma temperatura de entrada de 160 a 250° C, ou de 160° a 200°, ou de 170° a 190°, e c) a temperatura de saída nesta zona de secagem por pulverização é de 55 a 90° C, de preferência de 60° a 70° C, 4) regulando as temperaturas de entrada da zona de secagem na cinta em movimento para de 40 a 80° C, de preferência de 60° a 70° C, e a temperatura de saída de 40° a 80° C, de preferência de 60° a 70° C, e regulando as temperaturas de entrada da zona de arrefecimento a uma temperatura de 10° a 40° C, de preferência de 10° a 20° C, e a temperatura de saída de 20 a 80° C, de preferência de 50 a 80° C. 5) recolhendo os grânulos farinha de microalgas assim obtidos.
[00105] O primeiro passo do processo do invento consiste na preparação de uma suspensão rica em lipídeos (por exemplo, 30-70%, ou 40-60% de lipídeos em peso de células secas) de farinha de microalgas em água a um teor de matéria seca de 15 a 40%, em peso seco.
[00106] No final da fermentação, a biomassa pode estar a uma concentração de 130 a 250 g/l, com um teor de lipídeos de cerca de 50%, um teor de fibra de 10 a 50%, um teor de proteínas de 2 a 15%, e um teor de açúcar inferior a 10%.
[00107] Como será a seguir exemplificado, a biomassa do meio de fermentação por quaisquer meios conhecidos dos peritos na arte é subsequentemente: - concentrada (por exemplo, por centrifugação), - opcionalmente preservada com a adição de conservantes convencionais (por exemplo, benzoato de sódio e sorbato de potássio), - as células rompidas.
[00108] A emulsão pode então ser homogeneizada. Isto pode ser conseguido com um dispositivo de duas fases, por exemplo, um homogeneizador de GAULIN vendido pela empresa APV, com uma pressão de 100 a 250 bar na primeira etapa, e de 10 a 60 bar na segunda etapa.
[00109] A suspensão homogeneizada de farinha é então pulverizada em um secador de pulverização vertical, equipado com uma cinta em movimento na sua base, e com um bocal de alta pressão na sua parte superior.
[00110] Durante este processo, os seguintes parâmetros podem ser regulados em qualquer intervalo que proporcione as propriedades de partícula desejadas: a) a pressão aplicada nos bocais de pulverização; por exemplo, em valores maiores do que, ou iguais a, 100 bar, ou a valores inferiores, ou iguais, a 50 bar, de modo a selecionar a distribuição do tamanho de partícula das gotículas pulverizadas, b) o ângulo de pulverização; por exemplo, de 60 a 75° C, a uma temperatura de entrada de 160 a 250° C, de preferência de 170° a 190°, e c) a temperatura de saída; por exemplo, de 55 a 90° C, de preferência de 60° a 70° C.
[00111] A pressão aplicada e o ângulo de pulverização são considerados como sendo parâmetros importantes na determinação da textura do bolo na cinta e, em seguida, na distribuição do tamanho de partículas resultante.
[00112] A cinta transporta os materiais de algas para uma zona de secagem e, em seguida, para uma zona de arrefecimento. As temperaturas de entrada da zona de secagem sobre a cinta em movimento podem ser de 40 a 80° C, de preferência de 70° a 80° C, e a temperatura de saída de 50 a 70° C, de preferência de 60° a 70° C. As temperaturas de entrada da zona de arrefecimento podem ser de 10 a 40° C, e a temperatura de saída de 20 a 60° C.
[00113] Os grânulos de farinha de microalgas de acordo com as condições do passo anterior do processo de acordo com o invento caem sobre a cinta transportadora com um teor de umidade residual de 2 a 4%.
[00114] A utilização das gamas de temperatura acima mencionados pode trazer o grau de umidade dos grânulos de farinha de microalgas para um valor desejado de menos do que 4%, e mais preferencialmente de menos do que 2%.
[00115] Opcionalmente, um antioxidante (por exemplo, BHA, BHT, ou outros conhecidos na técnica) pode ser adicionado antes da secagem para preservar a frescura.
[00116] O passo final do processo de acordo com a invenção consiste, finalmente, na recolha dos grânulos de farinha de microalgas assim obtidos.
[00117] Grânulos de farinha produzidos de acordo com as modalidades aqui descritas podem ser incorporados em um produto alimentar, tal como uma sopa, molho, condimento, gelado, ovos desidratados, massa, pão, bolo, biscoito, ou mistura seca de produtos cozidos.
[00118] Outras características e vantagens da invenção serão evidentes da leitura dos Exemplos seguintes. No entanto, eles são aqui apresentados apenas como ilustração e não são limitantes.
Exemplo 1. Produção da farinha de microalgas
[00119] Em uma fermentação ilustrativa, uma estirpe mutante de baixa pigmentação de Chlorella protothecoides (obtida através de mutagênese química e de UV) foi cultivada no escuro para um teor de lipídeos de cerca de 50% por peso seco de células e a biomassa de algas resultante estava a uma concentração celular de 150 g/l. Métodos para produzir e cultivar Chlorella protothecoides de baixa pigmentação são divulgados no Pedido de Patente U.S. Pub. No. 2010-0297292, publicado em 25 de Novembro de 2010.
[00120] A biomassa foi moída utilizando um moinho de esferas com uma taxa de lise de 95%.
[00121] A biomassa assim gerado foi pasteurizada e homogeneizada sob pressão em um homogeneizador GAUVIN de duas etapas (250 bar na primeira etapa/50 bar na segunda) depois de ajustamento do pH para 7 com hidróxido de potássio.
Exemplo 2. A secagem da emulsão "óleo-em-água"homogeneizada da farinha de microalgas
[00122] A biomassa obtida no Exemplo 1 foi seca: - em um dispositivo FILTERMAT, de modo a obter-se a farinha de microalgas, - em um pulverizador e secador de efeito único (líquido seco por meio de uma única passagem através do fluxo de calor e, em seguida, recuperado na parte inferior da torre, ao nível do ciclone ou do filtro de manga), vendido por GEA NIRO, de modo a obter-se uma farinha de microalgas de controlo, de acordo com o que é comercialmente acessível.
[00123] As condições de funcionamento do pulverizador e secador de efeito único foram as seguintes: - temperatura de entrada de 170 °C a 190 °C - temperatura de saída: 60 °C a 70 °C.
[00124] O produto obtido com o pulverizador e secador de efeito único tinha uma granulometria muito fina, centrada em 40 μm.
[00125] No que se refere a um processo de secagem por pulverização de acordo com as modalidades da invenção, consistia de pulverização da suspensão homogeneizada a alta pressão em um dispositivo FILTERMAT vendido pela empresa GEA/NIRO, equipado com um bocal de injeção de alta pressão DELAVAN, sob as seguintes condições: 1) para se obter os grânulos de tamanho de partícula fina: - o ângulo de pulverização foi regulado de 60 a 75 °, - a pressão foi regulada a 100 a 150 bar; 2) para se obter os grânulos de tamanho de partícula grande: - o ângulo de pulverização foi regulada de 60 a 75 ° - a pressão foi regulada a menos de 50 bar;
[00126] Em seguida, de um modo semelhante para os dois tamanhos de partícula requeridos, os parâmetros de temperatura foram regulados da seguinte forma: - temperatura de entrada da secagem por pulverização: 170 °C a 190 °C - temperatura de saída: 60 °C a 70 °C - temperatura de entrada de zona de secagem: 70 °C a 90 °C - temperatura de saída: 50 a 80° C. - temperatura de entrada de zona de arrefecimento: 15° C
Exemplo 3. Caracterização dos grânulos de farinha de microalgas, em conformidade com modalidades da invenção
[00127] Uma farinha de microalgas foi produzida a partir de Chlorella protothecoides Filtermat secas como nos Exemplos 1-2. Caracterização das partículas é dada na tabela 3-1, abaixo.
Tabela 3-1