BRPI0721365B1 - Método para secagem de um material biologicamente ativo - Google Patents

Abstract

método de secagem de material biológico. a presente invenção refere-se a um método para produzir espumas contendo materiais biológicos. uma pasta sólida ou semissólida é formada combinando o material biologicamente ativo com um agente protetor em um solvente aquoso. a pasta formada é permitida solidificar e pode ser então opcionalmente dividida na forma desejada. a pasta pode ser congelada para permitir a formação de cristais de gelo para agir como "porogens". subsequentemente, a pasta é exposta à energia radiante da onda em propagação sob vácuo (t-rev) para secagem. isso faz com que o solvente evapore, deixando o material seco contendo o material biologicamente ativo, o agente protetor e um conteúdo de água relativamente pequeno. materiais biologicamente ativos que podem ser usados incluem células, culturas microbianas, micróbios atenuados vivos, probióticos, leveduras, enzimas, vacinas, proteínas e qualquer material biológico sensível ao calor. pelo direcionamento da energia via uma onda em propagação através deumaamostra, um bom controle da temperatura e condições de processo pode ser realizado. o método proporciona uma alternativa para os métodos convencionais de lixiviação de particulado ou secagem por congelamento.

Description

Antecedentes da Invenção

Métodos para produção de esponjas de gelatina, colágenos, fibrina, poli(ácidoglicólico) (PGA) e poli(lático ácido) (PLA), etc. são conhecidos há algum tempo. Embora muitas técnicas existam para produzir espumas para aplicações de biomaterial, entretanto, a maior parte envolve o uso de solventes orgânicos e algumas são proibitivamente onerosas para utilizar. Uma técnica comum é a fundição com solvente seguida pela lixiviação do particulado. O polímero é dissolvido primeiro no solvente orgânico e a seguir ele é misturado com um porogen sólido, tal como sal de mesa. O solvente é evaporado, deixando os cristais de sal fundidos no polímero. A seguir, o compósito é lixiviado com água para remover o sal, deixando o material poroso. Outra classe comum de técnicas é a separação de fase/emulsificação. Uma espuma pode ser produzida contendo polímero dissolvido em solvente orgânico, a seguir batido em uma espuma com água. A espuma é então congelada e seca por congelamento para remover o solvente e a água. Técnicas com base na secagem por congelamento não são bem adequadas para operações em grande escala. A secagem por congelamento é um método muito oneroso de remoção da água, devido ao equipamento oneroso requerido, a taxa lenta de desidratação e o alto consumo de energia.

Métodos convencionais de secagem para produzir uma espuma incluem secagem por ar, secagem por congelamento e secagem por vácuo. A secagem por ar produz poros em um material sólido ou semissólido incorporando um agente de partida, fundição de poro ou eluição de sal. Frequentemente esse processo leva um longo tempo ou é expedido pela aplicação do calor. A secagem por congelamento toma uma quantidade considerável de tempo e é limitada pelo espaço disponível no aparelho. Ela é também onerosa devido ao equipamento requerido e a energia consumida para efe tuar a sublimação. A secagem por vácuo não possibilita o controle da taxa de entrada de energia e dessa maneira é difícil controlar o tamanho do poro ou a espessura da parede do poro na espuma resultante.

Sólidos celulares podem também ser produzidos a partir dos géis. Géis são amplamente usados nas indústrias alimentícias e a difusão dos solutos em alimentos é prática comum (Rassis e outros, 1997). Recentemente, géis secos foram propostos para servir como veículos para ingredientes de comida, tais como vitaminas e minerais e também fármacos depois da cirurgia ou tratamentos. Géis de hidrocoloide podem ser derivados de polissacarídeos, produzindo géis de textura fina em baixa concentração de polímero ou de proteínas usando concentrações maiores de polímero. A produção de géis de hidrocoloide seco é simples, rápida e econômica. O controle das suas propriedades físicas em termos de porosidade e resistência mecânica possibilitaria o seu uso para uma faixa mais ampla de finalidades. Eles podem também ser usados para controlar a resposta acústica dos produtos alimentícios secos específicos e têm um grande potencial para uso futuro em campos diferentes incontáveis, de alimentos e embalagem a medicamentos e cuidado médico, bens consumíveis diários, cultivo e agricultura e as indústrias de produtos químicos ambientais e até mesmo as eletrônicas.

Géis de hidrocoloide têm uma estrutura de rede que dilata em um solvente apropriado. A dilatação de um gel envolve um aumento da pressão de rede que resulta da extensão elástica da matriz polimérica. Quando essa pressão de rede fica relaxada por meio da desidratação, o encolhimento pode acontecer. Durante a desidratação, a matriz do polímero hidrófilo é circundada pela água antes da secagem e ar depois da secagem. Essas fases podem ser consideradas como solventes bons e fracos, respectivamente. Um solvente fraco pode favorecer a interação de polímeropolímero, e dessa maneira pode induzir um colapso espontâneo. O colapso é induzido pela mudança na qualidade do solvente durante a desidratação. Forças capilares também foram consideradas como uma das razões para o colapso. O ponto final do encolhimento ou colapso pode ser a transição do estado emborrachado para o estado vítreo do produto. A física do gel de hi drocoloide indica que um aumento drástico na rigidez é possível pela percolação dos particulados do material de enchimento (Eicher e outros, 1997).

Quando dois polímeros na forma de partículas macroscópicas estão misturando juntos, existe uma chance de separação de fase da mistura polimérica no material seco. Esse tipo de separação depende de vários parâmetros como solubilidade individual dos polímeros no solvente usado, interação com a superfície do substrato, método de deposição e método de secagem. Para evitar esses problemas, nanopartículas de polímeros são combinadas e secas (ver Kietzke e outros, 2003). Eles demonstraram que dispersões aquosas contendo nanopartículas de vários polímeros poderíam ser produzidas por um processo de miniemulsão. Eles dissolviam os polímeros primeiro em solvente adequado, a seguir os adicionavam em uma solução aquosa contendo um tensoativo apropriado. Pela aplicação do alto cisalhamento, uma emulsão estável contendo pequenas gotículas de solução de polímero (a assim chamada miniemulsão) é obtida.

Espumas e esponjas de hidrocoloide podem ser produzidas pela desidratação por congelamento imediatamente depois da sua produção ou depois da sua imersão em soluções diferentes de carboidrato para mudar suas composições físicas e químicas. As estruturas celulares secas resultantes são uma rede interligada de poros em uma estrutura sólida. A variação dos procedimentos de preparação pode modificar as propriedades mecânicas dessas esponjas. Por exemplo, bolhas de gás internas nos géis de ágar úmidos reduziram a integridade mecânica das esponjas secas e afetou sua porosidade. Entretanto, o mesmo processo nas esponjas de alginato causou somente mudanças mecânicas mínimas. O óleo incluído nos géis de alginato enfraquece a resistência mecânica das esponjas secas, diminui o seu estresse e dureza na falha como refletido pelo módulo de deformabilidade e muda a distribuição de tamanho e a estrutura dos poros das esponjas secas (Nussinovitch e Gershon, Food Hydrocolloids 1997, 11 (3), 281 - 286). A plastificação da água das esponjas muda o seu comportamento de estresse-esforço. Géis secos a vácuo ou esses condicionados para atividades de água a 0,33 fecharam pela fratura quebradiça. As esponjas condicio nadas para atividade de água a 0,57 e 0,75 aparentaram fechar pelo encurvamento elástico (Rassis e outros, 1998).

A maior parte dos géis tem um conteúdo de sólido pequeno e tem, portanto, sólidos totais preferivelmente pequenos para secagem eficiente. Espumas e esponjas de hidrocoloide são produtos de gel seco que podem ser economicamente possíveis, dependendo do custo do processo de secagem envolvido.

Sólidos celulares têm uma baixa densidade e pequena resistência mecânica com base na parede da célula e toda a estrutura celular. A sua estrutura pode ser classificada de acordo com as características seguintes: flexibilidade versus fragilidade da parede da célula, distribuição do tamanho da célula no corpo do sólido celular, células abertas versus fechadas, espessura e forma da parede da célula e uniformidade da estrutura como mencionado em escala de comprimento diferente. As propriedades mais valiosas dos sólidos celulares são sua densidade, condutividade, módulo de Young e resistência. Os sólidos celulares geralmente têm densidades relativas menores do que 0,3 kg/m³, mas eles podem alcançar um valor menor. Estruturas diferentes de sólidos celulares levam a uma ampla faixa de tais propriedades e uma utilidade muito maior. Uma substância de baixa densidade translada para estruturas portáteis grandes rígidas leves que são capazes de flutuar. A sua baixa condutividade térmica ocasiona o isolamento térmico.

Existe uma necessidade na técnica por métodos novos e aperfeiçoados de produção de espumas e esponjas a partir dos hidrocoloides. Além do que, existe uma necessidade por métodos de secagem de material biologicamente ativo que permitam bom controle de temperatura durante o processo de secagem para materiais que podem ser instáveis ao calor ou sensíveis ao calor.

Sumário da Invenção

A presente invenção proporciona um método para secagem de um material biologicamente ativo. O método envolve combinar um material biologicamente ativo com um agente protetor em uma solução aquosa, formando uma pasta e expondo a pasta à energia radiante da onda em propa gação sob vácuo. Pelo direcionamento da energia radiante em uma maneira geralmente unidirecional sob vácuo, o método permite a regulação precisa da temperatura das amostras durante a secagem.

A invenção proporciona um método para a secagem de um material biologicamente ativo compreendendo as etapas de: combinar o material biologicamente ativo e um agente protetor em um solvente aquoso para formar uma pasta e expor a pasta à energia radiante da onda em propagação sob vácuo para evaporar o solvente da pasta.

O material biologicamente ativo seco resultante adota a aparência de uma espuma ou esponja e pode ser usado como é para re-hidratação ou pode ser triturado em porções menores e distribuído em outros produtos. O método permite vantajosa mente a secagem de ingredientes biológicos sensíveis ao calor ou instáveis ao calor, tais como micro-organismos (cultura bacteriana, micróbios atenuados vivos, probióticos, leveduras, etc.), enzimas ou fármacos tais como vacinas e antibióticos. Outros usos, que podem ser geralmente aplicáveis em espumas e esponjas também seriam usos possíveis do material biologicamente ativo seco formado de acordo com a invenção.

Outros aspectos e características da presente invenção se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica com a revisão da descrição seguinte das modalidades específicas da invenção em conjunto com as figuras acompanhantes.

Breve Descrição dos Desenhos

Modalidades da presente invenção serão agora descritas, por meio de exemplo somente, com referência às figuras anexas, nas quais:

a figura 1A é um fluxograma mostrando um processo específico para a preparação de esponjas celulares de gel de hidrocoloide de acordo com uma modalidade da invenção;

a figura 1B é um fluxograma mostrando o processo geral para a preparação de uma espuma de acordo com uma modalidade da invenção;

a figura 2 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 0,16 kPa;

a figura 3 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 6,1 kPa;

a figura 4 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 16,3 kPa;

a figura 5 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 27,1 kPa;

a figura 6 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 274,4 kPa;

a figura 7 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 732,5 kPa;

a figura 8 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 1175 kPa;

a figura 9 mostra a distribuição do tamanho da entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 3000 kPa;

a figura 10 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 0,16 kPa;

a figura 11 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 6,1 kPa;

a figura 12 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 16,3 kPa;

a figura 13 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 27,1 kPa;

a figura 14 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 274,4 kPa;

a figura 15 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 732,5 kPa;

a figura 16 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 1173,5 kPa;

a figura 17 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco do módulo de Young inicial médio de 3000 kPa;

a figura 18 é uma vista SEM de uma espuma tendo um módulo inicial de 6,1 kPa;

a figura 19 é inicial de 16,3 kPa;

uma vista SEM de uma espuma tendo um módulo a figura 20 é inicial de 27,1 kPa;

uma vista SEM de uma espuma tendo um módulo a figura 21 é inicial de 732,5 kPa;

a figura 22 é inicial de 1173,5 kPa;

seca seca seca uma uma vista SEM de vista SEM de uma uma espuma espuma tendo tendo um um módulo módulo a figura 23 mostra a relação de estresse-esforço de uma esponja por ar formada de acordo com os métodos da técnica anterior;

a figura 24 mostra a relação de estresse-esforço de uma esponja por vácuo formada de acordo com os métodos da técnica anterior;

a figura 25 mostra a relação de estresse-esforço de uma esponja por congelamento formada de acordo com os métodos da técnica anterior;

a figura 26 mostra a relação de estresse-esforço de uma esponja formada de acordo com a invenção;

a figura 27 é uma vista SEM de uma esponja seca por ar formada de acordo com os métodos da técnica anterior;

a figura 28 é uma vista SEM de uma esponja seca por vácuo formada de acordo com os métodos da técnica anterior;

a figura 29 é uma vista SEM de uma esponja seca por congelamento formada de acordo com os métodos da técnica anterior;

a figura 30 é uma vista SEM de uma esponja formada de acordo com a invenção;

a figura 31 é uma representação esquemática de um processo tREV para desidratação de micro-organismos, tais como culturas bacterianas, micróbios atenuados vivos, probióticos, leveduras, etc.;

a figura 32 é uma representação esquemática de processos de secagem por congelamento e congelamento t-REV para desidratação de micro-organismos congelados, tais como culturas bacterianas, micróbios atenuados vivos, probióticos, leveduras, etc.;

a figura 33 mostra um perfil de temperatura de Lactobacillus salivarius durante a desidratação t-REV em vácuo de 1,33 e 3,99 Kà (10 e 30 torr);

a figura 34 mostra a atividade enzimática da lisozima antes e depois do t-REV;

a figura 35 mostra um perfil de temperatura das misturas de quitosana-lisozima durante o processo REV;

a figura 36 mostra a liberação de penicilina no tampão de fostato-cítrico através do tempo para hidrogéis contendo 100 ou 200 mg/g de penicilina G seca;

a figura 37 mostra uma curva de decomposição da penicilina no tampão de fosfato em 25°C;

a figura 38 mostra a capacidade de sorpção da água dos hidrogéis desidratados com 0, 100 mg e 200 mg de penicilina G por g de matéria seca;

a figura 39 é um diagrama esquemático de um aparelho exemplar para induzir a energia radiante da onda em propagação sob vácuo (tREV);

a figura 40 é um diagrama esquemático de um aparelho exemplar adicional para induzir a energia radiante da onda em propagação sob vácuo (t-REV);

a figura 41 ilustra uma câmara de ressonância típica para indução da energia radiante sob vácuo (REV);

Descrição Detalhada

A presente invenção proporciona métodos para produzir espumas e esponjas sólidas secas a partir de hidrocoloides.

Como usado aqui, o termo espuma se refere a uma matriz tendo células ou poros abertos interligados formados nela e pode ser qualquer tal produto de um tipo rígido ou maleável. O termo esponja é usado aqui para se referir a um tipo de espuma que é flexível e pode possuir absorvência até certa extensão. Uma esponja pode ser considerada como uma espuma que contém certo conteúdo de umidade que permite que a espuma seja macia e um tanto maleável. Uma variedade de tipos de espuma, incluindo esponjas, pode ser formada de acordo com a invenção.

Pelo termo energia radiante como usado aqui, entende-se a energia eletromagnética que é capaz de penetração do material do gel. Essa pode ser também definida de acordo com o comprimento de onda, por exemplo, na faixa de microondas ou radiofrequência, que acarreta comprimentos de onda entre 1 cm e 10 metros.

Pelo termo REV®, entende-se a energia radiante sob vácuo.

Pelo termo t-REV®, entende-se a energia radiante da onda em propagação sob vácuo. Uma onda em propagação originando-se de uma fonte, passando através de uma amostra em uma maneira direcional, sem reflexões e deflexões significativas das ondas ao redor ou através de uma amostra. Isso pode ser realizado direcionando a energia radiante de uma fonte em uma maneira geralmente unidirecional através de uma amostra. Um guia de onda pode ser usado para direcionar a energia radiante dessa maneira. A energia pode ser suprimida ou de outra forma dispersa depois de passar através de uma amostra de modo a impedir a deflexão ou reflexão significativa de volta através da amostra. Uma maneira exemplar de suprimir a energia radiante é pela colocação de uma carga de água no fim do guia de onda para absorver a energia.

Os termos células e poros como usados aqui são entendidos, de maneira permutável, para representar os espaços de ar dentro da estrutura da espuma inchada.

Os termos “pasta” ou “gel” como usados aqui significam qualquer material sólido ou semissólido que pode ou não ter uma consistência semelhante a gel. Uma pasta ou gel pode compreender componentes contribuindo para uma espessura que é maior do que um líquido. Uma pasta ou gel pode compreender um material polimérico de hidrocoloide em um solvente aquoso. Opcionalmente, outros ingredientes podem ser incluídos em uma pasta ou gel, tal como ingredientes ativos. Como um semissólido, a pasta ou gel pode ser um tanto maleável ou gotejante, contanto que uma forma desejada ou retenção possa ser atingida quando a pasta ou gel é exposta à e nergia radiante sob vácuo.

Modalidades da invenção proporcionam um método para a proteção pela desidratação dos biomateriais na forma pura ou misturada com agentes protetores. O método pode ser usado para várias aplicações incluindo para secagem de culturas puras, micróbios atenuados vivos, probióticos para aditivos de alimento, suplementos, enzimas, vacinas, vácuo medicinal ou alimentação animal fortificada.

Modalidades do método envolvem preparar uma pasta de biomaterial com uma concentração de sólido de aproximadamente 15% ou mais como um material puro ou com uma concentração de sólido de aproximadamente 10% ou mais de biomaterial junto com um material biodegradável como uma matriz protetora, seguida pela exposição da pasta à energia radiante sob vácuo (REV).

A energia radiante sob vácuo é preferivelmente conduzida usando a energia radiante da onda em propagação. Isso pode ser induzido usando qualquer recurso capaz de direcionar a energia radiante em uma direção especificada através de uma amostra, via um guia de onda e, dessa maneira, minimizando a deflexão e/ou reflexão significativa da energia e finalmente direcionando as ondas para dentro de um reservatório de água. Um dispositivo típico para induzir tal energia radiante da onda em propagação é o dispositivo de vácuo de energia radiante Modelo VMD 900W de Enwave Corporation de Vancouver, Canadá.

Seguinte à exposição à energia radiante sob vácuo, o material seco pode então ser triturado para o tamanho de partícula adequado para inclusão em outros produtos. O produto processado seco contém o composto bioativo sozinho ou embutido em uma matriz contínua de material inerte, quando uma matriz protetora é utilizada. A estabilidade térmica dos materiais bioativos embutidos com REV será influenciada pelas interações com os materiais da matriz. A estabilidade térmica e a estabilidade de armazenamento podem ser aumentadas no produto seco. Pela seleção de materiais de matriz de maior ou menor solubilidade, a taxa de liberação do material bioativo da matriz pode ser controlada. A invenção permite projeto personali zado de uma matriz catalisadora adequada para um biomaterial específico combinando com sua aplicação prática.

A combinação de vácuo e energia de microondas, aqui citada como energia radiante sob vácuo ou REV, pode proporcionar um método de secagem rápido e eficiente que produz produtos com características únicas enquanto mantendo as funções biológicas. A secagem pode ocorrer com mínimo dano comparado com métodos de secagem convencionais. As ondas eletromagnéticas penetram no biomaterial e convertem para energia térmica, provendo aquecimento regular e rápido.

O vácuo (que é pressão de menos do que a pressão atmosférica padrão de 101,32 KPa (760 Torr) de pressão absoluta) diminui o ponto de ebulição da água para menos do que 100°C e cria um gradiente de pressão que aumenta as taxas de massa e transferência de calor. No local, a vaporização da água proporciona uma força expansiva para manter uma estrutura aberta e porosa no produto sendo seco, o que também aumenta a taxa de secagem.

A temperatura pode ser mantida em baixos níveis durante o processo e a secagem ocorre rapidamente em pequena pressão de oxigênio. Isso minimiza os danos às atividades biológicas dos materiais sendo secos. A desidratação com microondas a vácuo foi demonstrada em numerosos relatórios como permitindo a desidratação de tecido-alimentos de plantas com excelente retenção de sabores, vitaminas, etc.

Durance e outros descrevem uma técnica de REV para formação de materiais porosos secos a partir de géis ou soluções de hidrocoloides tais como amido, metil celulose, pectina, etc. (ver PCT/CA2005/001192, publicado como WO/2006/010273). Esse método ensina o REV dentro de um projeto de câmara de ressonância de um desidratador por microondas a vácuo, que direciona a energia das microondas para dentro de uma câmara de vácuo que serve como uma cavidade de ressonância para as microondas. Uma cavidade de ressonância é uma câmara de metal de dimensões suficientemente grandes que as microondas são capazes de refletir para fora das paredes e formar padrões de onda estagnada de múltiplos modos. Nesse projeto, as microondas direcionadas para dentro da cavidade são refletidas pelas paredes da câmara de metal para passar através do material sendo processado múltiplas vezes até que elas são finalmente absorvidas. Esse pode ser um projeto de energia eficiente porque a maior parte da energia 5 das microondas eventualmente será absorvida pelo material a ser desidratado.

De acordo com a invenção atual, usando um modelo de onda em propagação de indução da energia radiante sob vácuo para a amostra a ser seca, mais controle de temperatura pode ser realizado. Quando as on10 das são refletidas dentro de uma câmara de ressonância, à medida que o material seca, a saída de energia total das microondas do aparelho deve ser absorvida por cada vez menos água e material na amostra e pode ser citada como “fuga térmica”. O uso de uma cavidade de ressonância exige que a massa da carga do material a ser processado seja igualada com a energia 15 das microondas inseridas do aparelho. Quantidades de material que são pequenas em relação à energia das microondas do aparelho podem alcançar altas temperaturas quando secando por causa da abundância da energia de microondas absorvida pelo material. Uma alternativa é o processo REV da onda em propagação da invenção atual, com base no princípio da onda em 20 propagação descrito por Metaxas e Meredith (1983) em Industrial Microwave Heating, Peregrinus Ltd, Londres.

Em um aplicador de microondas de onda em propagação, o material a ser aquecido não é colocado em uma cavidade de ressonância, mas preferivelmente em um guia de onda e as microondas são direcionadas para 25 dentro do guia de onda a partir de uma extremidade. O guia de onda é preferivelmente de dimensões adequadas, tal que as microondas se propagam de uma extremidade para a outra do guia de ondas e não tendem a refletir de lado a lado do guia de onda. Na extremidade do guia de onda distante da fonte de microondas, uma carga de água é presa, a qual absorve qualquer 30 energia de microondas que não é absorvida pelo material no guia de ondas.

As microondas, assim, somente passam através do material uma vez e se elas não são absorvidas nessa passagem, elas continuam para baixo do guia de ondas e são absorvidas pela carga de água.

Pela introdução de uma câmara de vácuo no guia de onda da onda em propagação, os materiais podem ser materiais de processo sob condições de REV com excelente controle de temperatura. Isso tem a vantagem de permitir que células, culturas e outros materiais sensíveis ao calor sejam processados sob temperaturas firmemente reguladas, evitando dano estrutural no processamento. A energia radiante da onda em propagação sob o processo de vácuo pode ser citada aqui, de maneira permutável, como t-REV. Os processos t-REV permitem excelente controle da temperatura para retenção da atividade biológica, aplicando exposição de microondas uniforme em uma amostra e resulta em um produto uniforme. Quantidades muito pequenas de material podem ser processadas por t-REV sem superaquecimento porque a fuga térmica é mínima.

Culturas de micro-organismos puros, micróbios atenuados vivos, probióticos e vacinas podem ser secas de acordo com a invenção. A secagem por congelamento ou liofilização é o método mais comum nas preparações de culturas bacterianas viáveis secas e outros micro-organismos. Embora isso permita maior sobrevivência de micro-organismos (isto é, viabilidade) comparada com a secagem por pulverização ou outros métodos de secagem por ar, a secagem por congelamento exige longos tempos de processo e equipamento oneroso. Além disso, processos de congelamento e descongelamento são associados com alguma perda de viabilidade. Estudos mostraram que a secagem com congelamento tinha um efeito prejudicial na viabilidade de todos os organismos probióticos. Probióticos são suplementos dietéticos contendo bactérias ou levedo potencialmente benéficos. Culturas bacterianas probióticas são planejadas para auxiliar a flora de ocorrência natural do corpo dentro do trato digestivo a se restabelecer e combater os patogéneos.

As vacinas são suspensões de micro-organismos atenuados ou mortos, ou componentes imunogenicamente ativos de micro-organismos, que são administrados para a prevenção, melhoria ou tratamento de doenças infecciosas. As vacinas despertam uma resposta imune do corpo hospe deiro similar a essa do patogéneo ativo, mas sem sintomas da doença, dessa maneira preparando o corpo para combater rapidamente o patogéneo real quando e se ele invadir o corpo. Embora tradicionalmente as vacinas tenham sido distribuídas na forma líquida, muitas preparações de vacina seca estão agora sendo produzidas e desenvolvidas. É esperado que as vacinas secas permitam economias no armazenamento, distribuição, bem como administração mais conveniente e segura para os pacientes. A secagem por congelamento é o recurso mais comum de desidratação das vacinas. Níveis de viabilidade práticos das vacinas secas são similares a esses de outras preparações secas de micro-organismos com perdas de viabilidade de 0,5 log-io ou maiores sendo típicas.

Nos exemplos providos aqui bactérias probióticas foram escolhidas como materiais bioativos representativos e leite desnatado em pó, lactose, trealose e mel como materiais da matriz protetora.

Se é desejado formar uma esponja ou espuma, as etapas gerais para a preparação das esponjas ou espuma a partir de hidrocoloides são esboçadas aqui. A formação de um gel aquoso é seguida pela exposição do gel a um campo de energia radiante sob vácuo em um nível suficiente para fazer o solvente evaporar, dessa maneira formando uma espuma. Cada etapa é discutida em mais detalhes abaixo.

Na primeira etapa, um gel aquoso sólido ou semissólido é formado dissolvendo um ou mais materiais poliméricos adequados em um solvente aquoso. Materiais poliméricos adequados para a produção de esponjas de hidrocoloide são esses capazes de formação hidrocoloidal em uma solução aquosa, cuja capacidade pode ser facilmente determinada por aqueles versados na técnica. Tais materiais poliméricos são aqui citados como materiais poliméricos de hidrocoloide de maneira permutável. Tais materiais podem também ser usados como agentes protetores para proteger materiais biologicamente ativos secos de acordo com a invenção.

Agentes protetores exemplares e/ou materiais poliméricos hidrocoloidais incluem, mas não são limitados a, ftalato de acetato de celulose (CAP), carbóxi-metil-celulose, pectina (ambas as pectina com pequeno e alto teor de metóxi), alginato de sódio, glicerol, hidroxil propil metil celulose (HPMC), metil celulose, carragenina, goma acácia, goma xantana, goma de alfarroba, proteína de soja isolada, quitosana, maltodextrina, colágeno, sais de ácido algínico, ácido poliglicólico, amidos tais como amido de tapioca, amido de milho, amido de batata e gelatina. Agentes protetores não precisam ser materiais poliméricos hidrocoloidais, por exemplo, leite desnatado em pó e açúcares tais como lactose, trealose ou mel podem também ser usados.

O solvente no qual o agente protetor ou material polimérico é dissolvido é aquoso, por exemplo, água destilada. Entretanto, o solvente pode incluir outros componentes fluidos como aditivos. Por exemplo, tais aditivos podem ser óleos, tais como óleo de coco, óleo de milho, óleo de amendoim, óleo vegetal hidrogenado, óleo de oliva, óleo mineral, etc. No caso onde um óleo ou outro aditivo é incluído o qual pode não ser solúvel imediatamente no solvente aquoso, uma emulsão ou “miniemulsão” pode ser formada para garantir que o gel finalmente formado seja uniforme e homogêneo.

Um tensoativo pode ser opcionalmente adicionado no solvente, por exemplo, glicerol, propileno glicol, lecitina, Tween-80, Tween-20 ou ceras tais como cera branca, cera de abelha, etc.. Opcionalmente, o solvente pode variar de 70% a 95% do gel total em uma base úmida. Entretanto, géis mais diluídos ou concentrados podem ser usados para aplicações particulares como desejado. Outros solventes não-aquosos podem ser usados contanto que o ponto de ebulição fique em uma temperatura que não destruiría a atividade biológica dos componentes da espuma. Um ponto de ebulição menor do que 70°C, e de preferência menor do que 37°C, seria possível. Entretanto, a vantagem de usar solvente aquoso sem a necessidade de utilizar solventes orgânicos severos é realizada quando água é usada como o solvente.

No caso onde uma esponja ou espuma é formada usando um material polimérico de hidrocoloide, um ingrediente ativo pode ser opcionalmente adicionado no solvente em qualquer ponto a fim de incorporar o mate16 rial ativo uniformemente na matriz de espuma, uma vez formada. Materiais ativos exemplares incluem células, culturas, vacinas, enzimas, fármacos e outros compostos biologicamente ativos. Por exemplo, microbicidas, espermicidas, fungicidas, antibióticos tais como penicilina ou ácido fusídico, medicamentos anticancerígenos, fármacos cardíacos, anti-hipertensivos, fármacos antirrejeição, insulina, proteínas biológicas, carboidratos, hormônios, tais como esses hormônios que podem ser utilizados em aplicações de controle de natalidade, nutrientes, tais como vitaminas, minerais ou antioxidantes. No caso onde a invenção é usada para a secagem de materiais biologicamente ativos em combinação com agentes protetores, mas não necessariamente com um material polimérico, esses materiais biologicamente ativos podem ser usados sem um tal material polimérico.

Outros componentes podem ser adicionados na pasta para criar um efeito desejado. Por exemplo, ácidos e bases podem ser adicionados, tais como ácido cítrico, bicarbonato de sódio e outros, de modo que uma reação de ácido-base pode ser realizada.

Várias combinações de hidrocoloides podem ser utilizadas de acordo com a invenção para desenvolver um hidrogel úmido com o valor do módulo de Young desejado. O módulo de Young do gel de hidrocoloide é um fator que pode ser manipulado de acordo com o método inventivo a fim de atingir tamanhos diferentes de poro ou propriedades da espuma. Pela avaliação desse parâmetro nesse estágio, o método vantajosamente permite a manipulação de propriedades finais da espuma formada.

Depois de combinar o material biologicamente ativo e o agente protetor com o solvente e quaisquer aditivos opcionais, uma pasta é formada, a qual pode ser opcionalmente dividida, modelada ou cortada na porção desejada, tamanho ou configuração como necessário.

O congelamento da pasta é uma etapa opcional adicional que pode ser utilizada antes de expor o gel à energia radiante sob vácuo. Se utilizada, a etapa de congelamento pode controlar ou ajudar vantajosamente a manter a temperatura do gel durante a secagem sob energia radiante e condições de vácuo. A grande variação nas propriedades dielétricas do gelo e água ajuda a amostra de gelo congelada a aumentar em temperatura durante a secagem. Uma amostra não-congelada também aumentará em temperatura durante a secagem, mas pelo congelamento do gel, a taxa na qual a temperatura aumenta é afetada, e as propriedades da espuma podem ser manipuladas. Vantajosamente, o congelamento do gel antes da formação da espuma pode ajudar a manter um aumento de temperatura uniforme. Também em certos géis, a etapa de congelamento opcional permite a formação de cristais de gelo que agem como “porogens”. O tamanho do cristal de gelo afeta o tamanho e o número de poros no material final. O tamanho é controlado ajustando a taxa de congelamento e a temperatura de congelamento do gel; baixas temperaturas e congelamento rápido resultarão em pequenos cristais, enquanto congelamento lento em temperaturas mais altas produz cristais maiores. Um regime de congelamento típico seria -80°C por 1 a 3 horas. Naturalmente, variações dessa temperatura de congelamento e tempo seriam possíveis a fim de manipular as características desejadas da espuma.

Em uma segunda etapa de acordo com modalidades da invenção, a pasta é exposta à energia radiante da onda em propagação sob vácuo. A combinação da exposição à energia radiante e aplicação de vácuo pode ser citada de maneira permutável como t-REV™ aqui. O efeito combinado da energia radiante e condições de vácuo é aplicado em um nível suficiente para fazer com o solvente evapore e o material biologicamente ativo fique seco.

O vácuo aplicado deve ser perfeitamente mantido entre 0 e 760 mmHg dentro de uma câmara de vácuo, e uma faixa exemplar seria entre 30 e 760 mmHg. Um valor típico de 1,33 a 3,99 KPa (10 - 30 mmHg (ou torr)) pode ser realizado dentro de uma tal câmara.

A câmara de vácuo pode ser configurada de modo a permitir uma alimentação contínua do gel através do campo da energia radiante sob vácuo. Métodos de processamento em batelada ou alimentação contínua podem ser utilizados.

Um valor de módulo de Young inicial típico para um gel usado para formar uma espuma pode variar de aproximadamente 0,16 kPa a 3000 kPa. Naturalmente, valores fora dessa faixa podem ser usados para atingir propriedades desejáveis.

A energia radiante aplicada fica tipicamente entre 100 e 5000

Watts, que é tipicamente aplicada em um quilograma de massa inicial, com uma faixa exemplar sendo de 100 a 2000 Watts. Para bateladas de tamanho menor, por exemplo, quando o tamanho da batelada é de 1 - 2 g, a energia aplicada pode ser ajustada para a extremidade menor dessa faixa, por exemplo, de 100 a 300 Watts. Uma maneira possível na qual a energia pode 10 ser aplicada é através da energia de microondas. Um dispositivo de indução de microondas capaz de direcionar microondas em uma maneira geralmente unidirecional através de uma amostra pode ser usado de acordo com a invenção para induzir a energia radiante da onda em propagação. Um tal dispositivo é o Modelo N°VMD 900 W, disponível de Enwave Corporation de 15 Vancouver, BC, Canadá. A pressão pode ser controlada dentro da câmara de tal dispositivo para atingir as propriedades exigidas. Um valor típico de 1,33 a 3,99 KPa (10-30 mmHg (ou torr)) pode ser realizado dentro de tal câmara.

Tipicamente, o diâmetro médio de uma célula formada usando o 20 método da invenção pode ficar entre 0,003 a 500 mícrons. Naturalmente, essa é uma faixa exemplar e tamanhos do poro fora dessa faixa podem também ser realizados, se desejado.

Tipicamente, o nível desejado de atividade de água no material seco biologicamente ativo, espuma ou esponja resultante desse processo 25 fica abaixo de 0,85, de modo a restringir o crescimento bacteriano das bactérias de formação de esporos. Naturalmente, para algumas aplicações, uma maior atividade de água pode ser desejável e o crescimento bacteriano poderia ser prevenido em outras maneiras. Em alguns materiais, a atividade de água abaixo de 0,60 pode ser desejável, e também, alguns materiais podem 30 se beneficiar de uma atividade de água abaixo de 0,55 ou abaixo de 0,30 para atingir a estabilidade química desejada. Vantajosamente, o método da invenção permite bom controle sobre a atividade da água.

Dentro de uma câmara de secagem, a pasta ou gel úmido pode ter permissão, opcionalmente, de manter um deslocamento constante a fim de atingir a absorção de energia radiante uniforme.

Vantajosamente, o método pode ser utilizado quando um ingrediente ativo a ser incorporado em um gel for considerado muito sensível para secar ou incorporar em uma espuma por outros métodos que exigem maior calor. Pelo fato de que a energia radiante da onda em propagação é aplicada sob vácuo, menos calor é gerado do que se vácuo não fosse aplicado ou se a energia fosse aplicada sem qualquer efeito direcional. Isso permite que células sensíveis ao calor, tais como culturas microbianas, micróbios atenuados vivos, enzimas, leveduras, probióticos ou fármacos, sejam secas e/ou incorporadas na matriz da espuma sem arriscar a sua destruição. Ingredientes muito sensíveis à temperatura que não podem suportar temperaturas maiores do que aproximadamente 20°C devem ser utilizados com precaução, contanto que uma combinação apropriada de energia e vácuo seja aplicada. O uso de metais que podem refletir a energia das microondas é indesejável para uso com aplicações de energia de microondas.

É possível opcionalmente aplicar outros tipos de aquecimento, por exemplo, aquecimento de água, aquecimento elétrico ou aquecimento convencional, para acelerar a ebulição do solvente ou para atingir uma propriedade desejada na espuma resultante. Entretanto, uma vantagem da invenção atual sobre os métodos de secagem da técnica anterior é que tais métodos convencionais de ebulição do solvente não são necessários e, dessa maneira, o método é acessível à incorporação de compostos ou materiais sensíveis ao calor.

Os materiais secos, espumas e esponjas formados de acordo com esse método possuem aspectos que não são reproduzíveis usando métodos convencionais de secagem. Especificamente, a uniformidade das células criadas e a espessura das paredes da célula são aspectos atribuíveis e facilmente manipulados pela metodologia inventiva. Tamanhos de poro variando de 0,003 a 500 mícrons podem ser obtidos. Entretanto, na técnica anterior, técnicas adicionais de formação de poro, separadas da etapa de se cagem, precisariam ser utilizadas para criar tais poros. Por exemplo, a formação de bolhas de gás, separação de fase e métodos de lixiviação de sal podem criar poros de vários tamanhos quando combinados com métodos convencionais de secagem. É uma vantagem da invenção atual que essas técnicas complementares de formação de poro não sejam necessárias para formação do poro, embora elas possam ser opcionalmente utilizadas para obter um efeito desejado.

A figura 1A proporciona um fluxograma ilustrando a preparação da esponja celular de gel de hidrocoloide de acordo com uma modalidade da invenção. Brevemente, os materiais são selecionados. Nesse caso, os materiais poliméricos, um tensoativo e um solvente aquoso são usados. Uma mistura (aqui citada como uma “miniemulsão”) dos materiais poliméricos selecionados é preparada. Opcionalmente, a miniemulsão é congelada em -35°C por quase 18 horas. Como uma opção adicional, a miniemulsão é processada mais na gelação, por exemplo, pelo corte, moldagem ou adição em aditivos adicionais. Como uma opção adicional, a miniemulsão em forma de gel pode ser congelada. Subsequentemente, o gel é exposto à energia radiante sob vácuo, e nesse caso, condições exemplares são providas para um tamanho de batelada de 100 a 300 g. É para ser entendido que a invenção pode ser estendida além desse exemplo para incluir condições de processo fora dessas faixas. A atividade da água é ajustada selecionando as condições de processo apropriadas.

A figura 1B proporciona um fluxograma ilustrando a preparação de uma espuma de acordo com uma modalidade da invenção. De forma geral, um gel é preparado usando o material polimérico selecionado em um solvente aquoso. Subsequentemente, uma espuma é formada expondo o gel à energia radiante sob vácuo em uma quantidade adequada para inchar o gel em uma espuma pela evaporação do solvente. Como etapas opcionais, aditivos podem ser adicionados, tais como ingredientes ativos (por exemplo, um fármaco) e o gel pode ser congelado antes da exposição à energia radiante sob vácuo.

Muitas vantagens de uso da secagem por energia radiante sob vácuo, em relação aos métodos de desidratação existentes comumente usados para esponjas de biomaterial, podem ser imaginadas. Por exemplo, usando o método da invenção, não existe necessidade de acrescentar uma etapa adicional para criar poros nas espumas usando metodologias complementares porque eles podem ser incorporados na etapa de secagem. Por exemplo, lixiviação do sal, formação de bolhas do gás, separação de fase, etc. não são necessários. Naturalmente, essas etapas podem ser opcionalmente adicionadas no processo inventivo, mas elas não são necessárias para atingir uma estrutura de espuma. Usando a energia radiante sob vácuo para secar um gel, os poros em uma espuma são formados pela diferença de pressão estabelecida entre o interior e o exterior do material, devido à geração do vapor.

Outra vantagem de certos aspectos da invenção é que não existe exigência de usar solventes orgânicos para preparar espumas e esponjas. Com metodologias de secagem convencionais, os solventes orgânicos podem ser adicionados e a seguir removidos em uma etapa de processamento ou secagem. Naturalmente, pode ser desejável adicionar algum solvente orgânico no solvente aquoso de acordo com a invenção a fim de atingir um efeito desejado, e isso é uma opção que pode ser adotada. Entretanto, não é necessária para a invenção atual. De acordo com a invenção, a absorção uniforme da energia eletromagnética pode ser realizada pelo movimento físico do material através do campo da energia radiante, tal como um campo de microondas. No caso onde as microondas são usadas, a energia da microonda é absorvida diretamente no material. Se esse processo acontece em um vácuo, a secagem rápida ocorrerá e poros são gerados no material. A seguir, a forma porosa do produto pode ser estabilizada pela desidratação para aumentar a rigidez da espuma para um nível desejado. Durante o tempo da desidratação devido ao efeito da aplicação opcional da energia térmica, reticulação adicional do material do hidrogel pode acontecer.

Vantagens adicionais de espumas formadas de acordo com a invenção atual são que as espumas podem ser feitas mais fortes e mais rígidas do que com outros métodos devido às paredes mais grossas do poro e à reticulação térmica opcional que pode ser usada para quimicamente fortalecer as paredes da célula. Os poros são formados durante o processo de secagem, e dessa maneira não existe necessidade de uma etapa de formação de poro separada. Pelo controle da propriedade do módulo de Young do material, da resistência do vácuo aplicada e da energia radiante aplicada, o método inventivo permite controle sobre o tamanho do poro, bem como resistência da forma e rigidez. Vantajosamente, uma estrutura aberta de poro interligada pode ser obtida, que é desejável para muitas aplicações que exigem uma superfície acessível. Também, a desidratação para qualquer atividade de água pode ser realizada não apenas para atividades de água muito pequenas (menores do que 0,40) que são conseguidas com secagem com congelamento. Pode ser desejável ter uma atividade de água maior (mais perto de 0,85) a fim de obter uma esponja mais macia.

Dependendo da densidade do hidrogel úmido e do módulo de Young, um aumento ou diminuição no tamanho do poro é possível. Ao contrário da secagem com congelamento, o óleo incorporado nas espumas da invenção atual resultou em uma espuma de alta resistência mecânica com secagem com REV. Além do que, material tendo um módulo de Young inicial mais alto tem mais microporos comparado com meso e macroporos. Por outro lado, em um nível facilmente determinado do módulo de Young para um material particular, existe aumento na porcentagem dos meso e microporos com um aumento no módulo de Young. Depois desse nível, um efeito invertido pode ser observado aumentando o módulo de Young.

O módulo de Young é uma propriedade dos materiais de partida e pode ser alterado usando proporções diferentes e combinações de material polimérico de hidrocoloide, biomaterial, solventes, aditivos e/ou tensoativos. Nos exemplos seguintes, a faixa de módulo de Young dos hidrogéis foi testada como de 0,16 a 3000 kPa. Uma tendência crescente no tamanho do poro foi verificada até 274,4 kPa e depois desse, a tendência era diminuir. A dureza do sólido seco pode ser manipulada de acordo com a invenção. A dureza aumenta com um aumento no módulo de Young inicial. O controle do tamanho do poro é também possível ajustando o módulo de Young inicial do hidrogel úmido e/ou alterando o nível de vácuo aplicado. O módulo de Young inicial pode ser alterado seguindo procedimentos de reticulação diferentes para preparar hidrogéis úmidos, bem como alterando o tipo e a quantidade de materiais usados.

Ao contrário de outras técnicas de desidratação, a aplicação de energia radiante sob vácuo produz uma maior resistência da parede do poro na espuma resultante, possivelmente devido à reticulação térmica durante a desidratação. Isso pode ser ilustrado pelas curvas de relação de estresseesforço providas nos exemplos abaixo.

Espumas ou esponjas formadas de acordo com a invenção têm muitos usos. Um tal uso é como um absorvente interno ou externo, por exemplo, depois da cirurgia ou no tratamento de queimaduras. Se uma esponja pode ser degradada pelo corpo humano, ela pode ser deixada no local, assim eliminando os problemas que são associados com a remoção e substituição dos absorventes convencionais. Uma condição que uma esponja com base em gel ou espuma procurou satisfazer, à parte da sua compatibilidade, capacidade de sorpção e capacidade de degradação, é que ela deve ser mecanicamente estável para certas aplicações.

Certas esponjas de hidrocoloide, conhecidas como esponjas microbicidas, demonstraram ter potencial como profiláticos contra a transmissão de agentes causadores de doenças sexualmente transmitidas (DSTs) incluindo AIDS e herpes (Neurath e outros 2003). Uma esponja microbicida pode possuir vantajosamente os seguintes aspectos: 1) a atividade microbicida é uma propriedade incorporada da espuma, de modo que o componente estrutural da espuma compreende o ingrediente ativo, 2) ela deve absorver os fluidos fisiológicos e a seguir desintegrar, 3) patógenos devem se ligar na estrutura da espuma e se tornar rapidamente desativados, 4) a espuma pode ser convertida em gel mole de modo que ela não precisa ser removida, 5) baixos custos de produção são desejáveis se o produto é para ser adequado para uso nos países em desenvolvimento, 6) receptividade à produção em massa industrial é da mesma maneira desejável, como é a integração da fabricação e acondicionamento e 7) a capacidade de aumentar um ambiente vaginal acidífero saudável seria um atributo útil, como potencial para modificações levando à aplicação do produto como microbicidas retais (Neurath e outros, 2002).

Aplicações em engenharia de tecido podem também utilizar a espuma produzida de acordo com a invenção. A espuma pode proporcionar um esqueleto poroso no qual o tecido pode crescer. Além do que, o material pode proporcionar um compósito biodegradável que pode ser usado estruturalmente dentro de um corpo humano ou animal e vagarosamente desintegrar quando necessário durante a cura ou para lenta liberação dos ingredientes que formam o compósito. No caso de tecido ósseo, a estrutura de célula aberta da espuma utilizada como um esqueleto pode permitir o crescimento do tecido ósseo e pode até mesmo ser usada para prover nutrientes ou materiais que encorajam a formação da célula ou tecido. Em certas aplicações, a própria esponja ou espuma pode ser preparada de material biológico (por exemplo, colágeno, leite em pó desnatado, lactose, trealose ou mel), e controle completo sobre a temperatura pode ser atingido de modo que quaisquer materiais biológicos incorporados na espuma não irão desnaturar em temperaturas mais altas. Por exemplo, se material biológico é usado como o material polimérico, uma temperatura menor do que 65°C pode ser mantida, ou até mesmo uma temperatura abaixo de 37°C, de modo a garantir que não exista efeito desvantajoso nas moléculas biológicas. Tais ingredientes para essa aplicação podem incluir células, micro-organismos, micróbios atenuados vivos, leveduras, probióticos, antibióticos, vacinas, substâncias de estimulação do crescimento, hormônios e proteínas biológicas tais como enzimas.

Esponjas ou espumas formadas de acordo com a invenção podem também ser usadas para entrega de fármaco almejado. Como mencionado acima, ingredientes biologicamente ativos, tais como fármacos, podem ser incorporados na estrutura da espuma de modo que o fármaco é retido na estrutura. Caso uma tal estrutura seja implantada em um corpo humano ou animal, a liberação lenta de uma espuma biodegradável resultaria na liberação do fármaco para a área local à espuma implantada. A taxa na qual tais fármacos ou agentes ativos seriam liberados pode ser manipulada pelas características da espuma. Novamente, esse método oferece a grande vantagem que até mesmo fármacos sensíveis ao calor podem ser incorporados na estrutura porque o método de secagem usa vácuo e energia radiante em combinação em uma tal maneira de modo a evitar altas temperaturas que podem destruir ou desnaturar tais ingredientes.

Quando utilizada para partes cirúrgicas ou outras aplicações relacionadas com a manipulação cirúrgica de um corpo humano ou animal, a esponja ou espuma pode ser usada para absorver, para substituir materiais removidos, como um esqueleto no qual o novo tecido pode crescer, ou como um efeito de liberação lenta para liberar a medicação como requerido para a área cirúrgica, por exemplo, para impedir a infecção ou a rejeição.

Como curativos de ferimento, esponjas ou espumas preparadas de acordo com a invenção podem ser usadas interna ou externamente ao corpo. A opção de ter um curativo de ferimento lentamente biodegradável que incorpora um ingrediente medicinal, ou de outra forma ativo, na matriz da esponja ou espuma é abrangida pela invenção.

Exemplos de esponjas ou espumas formadas de acordo com a invenção serão providos abaixo.

Exemplo 1

Esponja microbicida formada com congelamento

Pectina, CAP, metil celulose e glicerol foram misturados com uma proporção respectivamente de 2:3:1:1 (% em peso) homogeneamente usando misturador de laboratório do tipo rotativo (Ultra Turrax, base T25; IKA Labor technic). Depois da mistura, a mistura homogênea foi transformada em gel. A mistura foi aquecida até 80 ± 5°C usando banho de água em laboratório (banho de temperatura constante Magni Whirl, companhia elétrica Blue M, ILL, USA), depois possibilitada de resfriar para temperatura ambiente. Depois da etapa de resfriamento, o material em gel foi cortado na forma requerida usando matriz cilíndrica oca circular.

Depois de medir o conteúdo inicial de umidade (método de forno de ar) e o módulo de Young (teste de compressão usando analisador de tex tura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA), a amostra foi rapidamente congelada em -35°C usando Forma Bio Freezer (Forma Scientific) por 18±2 horas. A seguir, a secagem foi executada usando o secador de energia radiante a vácuo em laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi 51 mm Hg (isto é, nível de vácuo era 709 mm Hg) e a energia de microondas aplicada foi de 300 watts; a potência refletida de volta para o magnetron variou de 50-100 watts dependendo do conteúdo de umidade do produto durante a secagem. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 20-25% (calculado) de conteúdo de umidade em base úmida.

O material de espuma inchado foi removido do secador e embalado em sacos de polietileno. O conteúdo final de umidade e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibre) usando o método de forno de ar e o medidor de atividade de água em laboratório Aqua (modelo de série 3, Decagon Device Inc, Washington, USA).

Exemplo 2

Esponja microbicida formada sem congelamento

Pectina, CAP (ftalato de acetato de celulose), metil celulose e glicerol foram misturados com uma proporção respectivamente de 2:3:1:1 (% em peso) homogeneamente usando um misturador de laboratório do tipo rotativo (Ultra Turrax, base T25; IKA Labor technic). Depois da mistura, a mistura homogênea foi preparada para o processo de gelação. A mistura foi aquecida até 80 ± 5°C usando o banho de água em laboratório (banho de temperatura constante Magni Whirl, companhia elétrica Blue M, ILL, USA), depois possibilitada de resfriar para temperatura ambiente. Depois da etapa de resfriamento, o material em gel foi cortado na forma exigida usando uma matriz cilíndrica oca circular.

Depois de medir o conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (teste de compressão usando o Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA), a secagem foi executada usando o secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 51 mm Hg (isto é, nível de vácuo foi de 709 mm Hg) e a potência de microondas aplicada foi de 300 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 20-25% (calculado) de conteúdo de umidade em base úmida.

A estrutura de espuma inchada foi removida do secador e embalada em sacos de polietileno. O conteúdo final de umidade e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse) usando o método de forno de ar e medidor de atividade de água em laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA).

A tabela 1 ilustra as propriedades das esponjas de hidrocoloide contendo pectina descritas nos exemplos 1 e 2, e variações nas mesmas formadas com processos similares a esses descritos nos exemplos 1 e 2 com a exceção dos parâmetros de processo descritos na tabela. Aspectos do material de partida e produto formado depois da exposição ao REV e secagem são providos. Esses dados ilustram qualidades de produto que podem ser influenciadas e manipuladas pelas variações nos parâmetros do processo. A massa inicial de cada experimento era de 100 gramas.

A tabela 2 provê propriedades de espumas de hidrocoloide HPMC descritas nos exemplos 3 e 4 e variações nelas formadas com processos similares a esses descritos nos exemplos 3 e 4 com a exceção dos parâmetros de processo descritos na tabela. Aspectos do material de partida e produto formado depois da exposição ao REV e secagem são providos. Esses dados ilustram qualidade de produto que podem ser influenciadas e manipuladas por variações nos parâmetros de processo. A massa inicial de cada experimento era de 100 gramas.

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Tabela 1

Propriedades das Esponjas de Hidrocoloide contendo Pectina

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Propriedades das Espumas de Hidrocoloide Contendo HPMC

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taxa de secagem, gde água/min	CD <O CO CO IO IO ID CO b- o Ο~ θ' cd o‘
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umidade inicial % em peso	o cd σ> σ> ο
composição da amostra em porcentagem de base úmida	HPMC4000-0; HPMC400-4; Glicerol 2 HPMC4000-1; HPMC400-3; Glicerol 2 HPMC4000-2; HPMC400-2; Glicerol 2 HPMC4000-4; HPMC400-0; Glicerol 2 HPMC4000-4; HPMC400-1; Glicerol 1

Exemplo 3

HPMC: Espuma de glicerol formada com congelamento

Aproximadamente 6 g de mistura de HPMC e glicerol foram misturados com 94 g de água para fazer 6% de solução sólida. HPMC de duas viscosidades diferentes foram usados. Um era de 4000cp e o outro era de 400cp. A quantidade de glicerol foi variada entre 0 e 2 g. Ambos HPMC foram variados de 1 a 6 g dependendo da quantidade de glicerol. Um total de 6% da mistura foi misturado usando agitador mecânico com 94% de água. Depois da mistura, a viscosidade da solução foi medida usando um viscosímetro Brookfield (Brookfield, MA, 02346 U.S.A.) do tipo RV. Aproximadamente 100 g da amostra foram congelados por 18 ± 1 h antes da secagem. A seguir, a aplicação de REV foi feita com potência e pressão controladas. A amostra inchada foi então removida do secador de microondas a vácuo e embalada em sacos de autovedação de polietileno.

Exemplo 4

HPMC: espuma de glicerol formada sem congelamento

Aproximadamente 4g de hidróxi propil metil celulose (HPMC 4000 cp) e 2 g de glicerol foram misturados com 94 g de água para fazer 6% de solução sólida. HPMC de duas viscosidades diferentes foram usados. Um era de 4000cp e o outro era de 400cp. A guantidade de glicerol foi variada entre 0 e 2 g. Ambos HPMC foram variados de 1 a 6 g dependendo da guantidade do glicerol. Um total de 5-6% do sólido foi misturado usando agitador mecânico com água. Durante a mistura ele formou espuma. Então, depois da mistura, a solução foi mantida sem qualquer perturbação e a espuma pôde assentar. Depois disso, a viscosidade da solução foi medida usando o viscosímetro Brook Field® (Brookfield, MA, 02346 U.S.A.) do tipo RV.

Aproximadamente 100g da amostra pôde inchar usando REV em potência e pressão controladas. Depois disso, a amostra inchada foi removida do secador de microondas a vácuo e embalada usando sacos de autovedação de polietileno.

Exemplo 5

Aproximadamente 7 g de alginato de sódio foram misturados com 93 g de água usando agitador magnético para obter uma solução homogênea. Aproximadamente 20 g de amido de milho ou amido de tapioca foram misturados com 80 g de água separadamente. Ambas a solução de amido e a solução de alginato foram misturadas para atingir uma fase uniforme e contínua de amido e alginato. A seguir, a solução misturada foi ministrada em gotas em uma solução de 1% (p/v) de cloreto de cálcio. Existiu uma reticulação de cálcio espontânea formada e a mistura de amido de alginato foi transformada em gel. Pequenas esferas foram produzidas em diâmetro variado de 2-4mm. A seguir, a solução de cloreto de cálcio foi removida e as esferas foram secas com ar por 1 hora para remover a umidade de superfície, com várias mudanças do papel manchado (blotting). As esferas não-grudentas de circulação livre foram congeladas em -35°C por 18 horas e a seguir secas usando REV em potência de 600 watts e 50 mm Hg de pressão absoluta. Depois disso, as esferas inchadas foram removidas e embaladas usando sacos de autovedação de polietileno. As esferas cortadas cruzadas foram vistas sob microscópio com potência de amplificação de 40. Ela mostrou uma matriz celular coberta com uma película fina de material para formar uma esfera porosa.

Exemplo 6

Goma de alfarroba (3%), pectina (2%), metil celulose (2%) e amido de tapioca (3%) foram misturados com 2% de óleo de coco, 2% de cera de abelha e 0,5% de glicerol (todos p/p). A quantidade de água para preparar soluções de hidrocoloide foi calculada como 90% (p/p) sem considerar o óleo de coco adicionado, cera de mel e glicerol. Primeiro, quantidades pesadas de cera de abelha foram derretidas, óleo de coco e glicerol foram adicionados na cera derretida quente e a seguir a quantidade calculada de goma de alfarroba, pectina, metil celulose, amido de tapioca e água foi adicionada. Todos foram misturados bem usando um misturador manual para obter uma solução homogênea.

Quantidades aproximadamente iguais da solução de hidrocoloide homogênea foram derramadas em copos plásticos pequenos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm). Os copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma® Bio Freezer, Forma Scientific) para o rápido congelamento e moldagem da solução. Os *

moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos em • 1,5% de solução de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e a goma de alfarroba, bem como entre a pectina e o cloreto de cálcio. Isso tornou as formas do gel estáveis e resultou em uma estrutura sólida mole. A quantidade de solução de cloreto de cálcio usada foi suficiente para imergir todos os géis congelados. Durante o tempo de imersão, o descongelamento dos moldes congelados e a reticulação aconteceram simultaneamente. O conteúdo de umidade inicial e final (método de forno de ar) foi medido, bem como o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA).

A secagem foi executada usando um secador de microondas a . 15 vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em uma base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo final de umidade e a atividade da água das espumas secas foram medidos usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA) depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse) usando um forno de ar. Exemplo 7

Hidrogel foi preparado misturando 2% de alginato de sódio, 3% de pectina com alto teor de metóxi, 2% de carragenina, 1% de metil celulose, 2% de amido de tapioca, 0,5% de glicerol, 2% de óleo de coco e 2% de cera de abelha (todos p/p). A quantidade de água usada para preparar a solução de hidrocoloide foi calculada como 90% (p/p) sem considerar o óleo de coco adicionado, cera de abelha e glicerol. Primeiro, uma quantidade pesada de cera de abelha foi derretida, óleo de coco e glicerol foram adicionados na cera derretida e a seguir a quantidade calculada de alginato de sódio, pecti na, carragenina, metil celulose, amido de tapioca e água foi adicionada.

Quantidades iguais da solução de hidrocoloide homogênea foram derramadas em copos plásticos pequenos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm). Esses copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para o rápido congelamento e moldagem da solução. Os moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos em 1,5% de solução de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio. Isso tornou as formas do gel estáveis e resultou em uma estrutura sólida mole. A quantidade de solução de cloreto de cálcio usada foi suficiente para imergir todos os géis congelados. Durante o tempo de imersão, o descongelamento dos moldes congelados e a reticulação aconteceram simultaneamente. O conteúdo de umidade inicial e final (método de forno de ar) foi medido, bem como o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA).

A secagem foi executada usando um secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em uma base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. Depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando um método de forno de ar), o conteúdo final de umidade e a atividade da água das espumas secas foram medidos usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA).

Exemplo 8

Um gel de alginato de sódio foi preparado como no exemplo 7, a única variação sendo a incorporação de bicarbonato de sódio e ácido cítrico. A incorporação de sal e ácido foi usada a fim de mudar as características de tamanho do poro. Bicarbonato de sódio (1%) foi misturado junto com outros ingredientes. Depois de obter uma mistura homogênea, 1% de ácido cítrico foi adicionado e novamente misturado até a homogeneidade usando um misturador manual. Neste momento, já que a formação de bolhas do ácido aconteceu entre o sal e o ácido, o volume de toda a mistura aumentou. A porcentagem de sal e ácido não é incluída como sólido total para calcular a porcentagem de água.

Quantidades aproximadamente iguais da solução de hidrocoloide homogênea foram derramadas em copos plásticos pequenos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm). Esses copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para o rápido congelamento e moldagem da solução. Os moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos em 1,5% de solução de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio. Isso tornou as formas do gel estáveis e resultou em uma estrutura sólida mole. A quantidade de solução de cloreto de cálcio usada foi suficiente para imergir todos os géis congelados. Durante o tempo de imersão, o descongelamento dos moldes congelados e a reticulação aconteceram simultaneamente. O conteúdo de umidade inicial e final (método de forno de ar) foi medido, bem como o módulo de Young (analisador de textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA).

A secagem foi executada usando um secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em uma base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo final de umidade e a atividade da água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando o método de forno de ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washing ton, USA).

Exemplo 9

Um gel de alginato de sódio foi preparado como no exemplo 8, com a única diferença sendo uma variação no tempo de adição do ácido cítrico. O ácido cítrico (1%) foi adicionado mais tarde durante o processo de gelação junto com o tratamento de cloreto de cálcio para fabricação do gel. Dessa maneira, a gelação e a formação de bolhas do ácido aconteceram simultaneamente. Todos os ingredientes foram misturados bem usando um misturador manual para obter uma solução homogênea.

Quantidades aproximadamente iguais da solução de hidrocoloide homogênea foram derramadas em pequenos copos plásticos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm). Esses copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para rapidamente congelar e moldar a solução. Os moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos na mistura de 1% de ácido cítrico e 1,5% de solução de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio e a formação de bolhas do gás devido à reação entre o bicarbonato de sódio e o ácido cítrico. O conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (analisador de textura, modelo TAXT2, Stable Micro System, USA) foram medidos.

A secagem foi executada usando um secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando um método de forno de ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washing36 ton, USA).

Exemplo 10

Um gel de alginato de sódio foi preparado como no exemplo 8, com a única diferença sendo uma variação no tempo de adição do ácido cí5 trico. O ácido cítrico (1%) foi adicionado mais tarde, depois que o hidrogel foi feito usando o tratamento de cloreto de cálcio. Todos os ingredientes foram misturados bem usando um misturador manual para obter uma solução homogênea.

Quantidades aproximadamente iguais da solução de hidrocoloi10 de homogênea foram derramadas em pequenos copos plásticos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm).

Esses copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para rapidamente congelar e moldar a solução. Os moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos em -.15 uma solução de 1,5% de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio. Depois desse tratamento, os hidrogéis úmidos foram imersos em 1% de solução de ácido cítrico. A quantidade da solução foi mantida suficiente para imergir todos os 20 hidrogéis. Durante esse tempo, foi esperado que o espaço formado pela lixiviação da solução de bicarbonato de sódio pudesse ser preenchido com ácido cítrico para alterar a resistência do hidrogel. Depois, medir o conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (analisador de textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA).

A secagem foi executada usando secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma incha30 da foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibras37 se) usando o método de forno de ar e medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA). Exemplo 11

Um gel de alginato de sódio foi preparado como no exemplo 7, com a única diferença sendo a adição de amido de milho, ao invés de amido de tapioca. Todos os ingredientes foram misturados bem usando um misturador manual para obter uma solução homogênea.

Quantidades aproximadamente iguais da solução de hidrocoloide homogênea foram derramadas em pequenos copos plásticos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm). Esses copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para rapidamente congelar e moldar a solução. Os moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos em uma solução de 1,5% de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio. Isso tornou as formas do gel estáveis e uma estrutura de sólido mole. A quantidade da solução de cloreto de cálcio usada foi suficiente para imergir todos os géis congelados. Durante o tempo de imersão, o descongelamento dos moldes congelados e a reticulação aconteceram simultaneamente. O conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) foram medidos.

A secagem foi executada usando secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando o método de forno de ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington,

USA).

Exemplo 12

Gelatina a 10%, pectina com baixo teor de metóxi a 5%, amido de milho a 10% e glicerol 1% foram misturados com 75% de água. A quantidade de glicerol não é considerada para calcular a porcentagem de água. Para obter uma mistura homogênea, o aquecimento da mistura usando um banho de água fervente e mistura com um misturador manual foram feitos simultaneamente. A temperatura da mistura da solução foi mantida em 7080°C durante a mistura. Depois de preparar uma solução homogênea, ela foi derramada em pequenos copos plásticos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm) em quantidades aproximadamente iguais em cada copo. Esses copos foram colocados em uma sala fria a 10°C para obter uma estrutura de gel dura. Depois da formação do gel duro, eles foram congelados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para obter um rápido congelamento antes da secagem. O conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) foram medidos antes do congelamento da amostra.

A secagem foi executada usando secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse, usando o método de forno de ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA).

Exemplo 13

Um hidrogel foi preparado como no exemplo 12, com a exceção que depois da etapa de tratamento na sala fria, o gel foi congelado em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para atingir um rápido congelamento. Depois disso, os moldes congelados foram imersos em 1,5% de uma solução de cloreto de cálcio por 24 horas para resultar em mais resistência de gel. Depois dessa etapa, o conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) foram medidos. Novamente, os hidrogéis formados foram rapidamente congelados antes da secagem.

A secagem foi executada usando um secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando o método de forno de ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA).

Exemplo 14

Alginato de sódio a 2%, pectina (HM) a 3%, carragenina a 2%, amido de milho a 2%, metil celulose a 1%, glicerol a 1% foram misturados com óleo de coco a 10% (não incluído na contagem de sólido total) e a seguir essa mistura foi combinada com 90% de água usando um misturador manual para atingir a homogeneidade.

Quantidades aproximadamente iguais da solução de hidrocoloide homogênea foram derramadas em pequenos copos plásticos (diâmetro interno inferior 43 mm, diâmetro interno superior 56 mm e altura 25 mm). Esses copos foram colocados em um congelador em -80°C (Forma Bio Freezer, Forma Scientific) para rapidamente congelar e moldar a solução. Os moldes congelados foram separados dos copos e os géis foram imersos em uma solução de 1,5% de cloreto de cálcio em temperatura ambiente por 24 horas para produzir o gel. O mecanismo envolvido na preparação do gel é uma reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio. Isso tornou as formas do gel estáveis e resultou em uma estrutura de sólido mole. A quantidade da solução de cloreto de cálcio usada foi suficiente para imergir todos os géis congelados. Durante o tempo de imersão, o descongelamento dos moldes congelados e a reticulação aconteceram simultaneamente. Depois dessa etapa, o conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) foram medidos.

A secagem foi executada usando secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse) usando o método de forno de ar e o medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA). Exemplo 15

Alginato de sódio a 1,5%, pectina (HM) a 3%, carragenina a 2%, metil celulose a 1%, glicerol a 0,5% foram misturados com 92% de água (a quantidade de glicerol foi incluída no cálculo da porcentagem da água total). Depois da mistura, a solução foi derramada em um tubo cilíndrico que pode ser dividido em duas metades. As metades do tubo foram coladas usando fitas de pano para evitar vazamento quando a solução está dentro bloqueando firmemente uma extremidade (chamada extremidade inferior). Depois do enchimento desse tubo, o topo foi fechado usando tampa apropriada. O tubo cheio foi mantido dentro do congelador em -80°C para congelar a solução. Depois do congelamento, o tubo foi dividido em dois removendo o bloco, tampa e fitas de vedação. A seguir, essa solução congelada cilíndrica foi imersa dentro da solução de 1,5% de cloreto de cálcio para executar o descongelamento e gelação devido à reticulação entre o alginato de sódio e o cloreto de cálcio. Depois que o hidrogel foi feito, ele foi cortado em pequenos pedaços cilíndricos de 1-1,5 cm de altura. Depois dessa etapa, o conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) foram medidos. Esses pedaços foram congelados antes da secagem.

A secagem foi executada usando um secador de micro-ondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm Hg e a potência das micro-ondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura de espuma inchada doi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando um método de forno a ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA).

Exemplo 16

Alginato de sódio a3%, pectina (HM) a 1,5%, amido de milho a 10%, metil celulose a 2%, glicerol a 0,5% foram misturados com 83% de água (a quantidade de glicerol foi incluída no cálculo da porcentagem da água total). Depois da mistura, a solução foi derramada em um tubo cilíndrico que pode ser dividido em duas metades e o cilindro foi colado usando fitas de pano para evitar vazamento quando a solução está dentro bloqueando firmemente uma extremidade (chamada a extremidade inferior). Depois do enchimento desse tubo, o topo foi fechado usando uma tampa apropriada. O tubo cheio foi mantido dentro do congelador em -80°C para congelar a solução. Depois de ficar congelado, o tubo foi dividido em dois removendo o bloco, tampa e fitas de vedação. A seguir, essa solução congelada cilíndrica foi imersa dentro da solução de 1,5% de cloreto de cálcio para executar o descongelamento e gelação devido à reticulação entre o alginato de sódio e o cloreto de cálcio. Depois que o hidrogel foi feito, ele foi cortado em pequenos pedaços cilíndricos de 1-1,5 cm de altura. O conteúdo de umidade inicial (método de forno de ar) e o módulo de Young (Analisador de Textura, modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) foram medidos. Esses pedaços foram congelados antes da secagem.

A secagem foi executada usando um secador de microondas a vácuo de laboratório. A pressão absoluta mantida durante a secagem foi de 25 mm de Hg e a potência das microondas aplicada foi de 600-700 watts. O processo de secagem continuou até que o produto alcançou 10-15% de conteúdo de umidade (calculado) em base úmida. A estrutura da espuma inchada foi removida do secador e acondicionada em sacos de polietileno. O conteúdo de umidade final e a atividade de água das espumas secas foram medidos depois de 24 horas de secagem (permitindo que a amostra equilibrasse usando um método de forno de ar) usando um medidor de atividade de água de laboratório Aqua (modelo série 3, Decagon Device Inc., Washington, USA).

Exemplo 17 Manipulação do tamanho do poro nas espumas

A análise do tamanho do poro de hidrogéis secos diferentes é examinada nesse exemplo. As figuras discutidas posteriormente nesse exemplo (figura 2 a figura 9) mostram a distribuição do tamanho do poro de hidrogéis de diferença, tendo módulo de Young inicial diferente. O dimensionador de poro de mercúrio (Poresizer 9320, Micromeritics Instrument Corporation, GA, USA) foi usado para encontrar o tamanho do poro, distribuição do tamanho do poro e volume do poro de várias esponjas de hidrocoloide desenvolvidas usando secador de microondas a vácuo. Esse instrumento pode ser operado da baixa pressão de 6,89 KPa (1 psia) até alta pressão de 206,842 KPa (30.000 psia) máxima para analisar os poros de tamanhos diferentes. Esse instrumento em alta pressão é capaz de medir poros muito pequenos com um limite inferior de 1,8 nm. Os volumes de intrusão e extrusão do mercúrio podem ser plotados versus raio do poro ou pressão como uma curva contínua nas coordenadas x-y.

Para analisar esponjas de hidrocoloide, aproximadamente 0,5 g de amostras cortadas foram colocadas no penetrômetro. Antes de usar a amostra para a análise do tamanho do poro, elas foram carregadas secas e armazenadas em um dessecador de sílica-gel. Depois de colocar a amostra dentro do bulbo do penetrômetro, uma haste simulada do orifício de funcionamento de baixa pressão do dimensionador de poro foi removida e a haste do penetrômetro foi inserida lá vagarosamente e fixada apropriadamente. A seguir, elas foram purificadas dos gases absorvidos e adsorvidos pela desgasificação em um vácuo de aproximadamente 50 micrômetros de mercúrio (mm Hg) usando o nível etapa por etapa. O penetrômetro com a amostra ainda sob vácuo foi então cheio com mercúrio aumentando a pressão dentro do penetrômetro gradualmente. O enchimento inicial de mercúrio até 151 a 172 KPa (22-25 psia) foi executado no orifício de funcionamento de baixa pressão. Cada leitura de enchimento de mercúrio foi gravada no computador fixado com o software de análise de tamanho do poro. Depois da pressão de 172 KPa (25 psia), o enchimento de mercúrio foi parado e o instrumento foi trazido de volta para a pressão atmosférica de aproximadamente 97,9 a 104,8 KPa (14,2-15,2 psia). Depois disso, a amostra junto com o penetrômetro cheio de mercúrio foi removida cuidadosamente do orifício de funcionamento de baixa pressão e o mercúrio excessivo grudado na haste do penetrômetro foi retirado esfregando, o peso do penetrômetro com a amostra e o mercúrio foi medido e a seguir usado para funcionamento em alta pressão.

O orifício de funcionamento de alta pressão foi aberto abrindo a válvula de ventilação e rosqueando para fora o braço de partida e enchendo com quantidade suficiente de líquido hidráulico. Depois disso, o penetrômetro foi fixado dentro do orifício em uma tal maneira que o bulbo do penetrômetro toca o fundo do orifício de funcionamento de alta pressão e a haste foi fixada dentro do braço de partida, então ela foi rosqueada para dentro vagarosamente para evitar bolhas de ar e fixada firmemente. Depois disso, a válvula de ventilação no topo da cabeça foi fechada. Depois de fechar a válvula de ventilação, uma pequena porção do líquido hidráulico foi elevada na válvula de ventilação e cuidado foi tomado para remover todas as bolhas de ar existentes nesse líquido elevado. A seguir, o instrumento foi colocado em funcionamento em alta pressão usando modo de controle automático. Para aumentar a pressão, fonte de ar comprimido foi usada. A pressão foi aumentada de 172 KPa (25 psia) para 206,842 KPa (30.000 psia) gradualmente. Durante esse funcionamento, o mercúrio dentro do penetrômetro foi forçado dentro dos poros presentes na amostra aumentando a pressão. À medida que a pressão no penetrômetro aumentou, o mercúrio foi forçado para dentro dos poros da amostra e o nível de mercúrio na haste do penetrômetro diminuiu. O declínio do nível de mercúrio na haste (intrusão nos poros) foi gravado como mudança de volume como função da pressão automaticamente. A distribuição do tamanho do poro foi calculada convertendo a pressão em um raio de poro usando a equação de Washburn (equação 1). Depois de alcançar a pressão máxima, a extrusão do mercúrio do espaço do poro foi feita automaticamente reduzindo a pressão. O penetrômetro foi removido cuidadosamente do orifício de funcionamento de alta pressão depois que o instrumento alcançou a pressão atmosférica, e a seguir limpo. Os dados foram usados para a análise de resultado.

D = -4*Y (cos θ)/Ρ Equação 1

Em que D (mm) é o diâmetro do tamanho do poro, Y é a tensão de superfície do líquido usado (mercúrio, geralmente 0,048 KPa (480 dina.cm'²)), θ é o ângulo de contato do líquido usado (mercúrio, geralmente ângulo de 140°) e P (psia) é a pressão aplicada.

A figura 2 a figura 9 ilustram histogramas de tamanho de entrada de poro para espumas formadas sob uma variedade de condições e tendo medições diferentes de módulo de Young inicial médio. Claramente, o tamanho do poro pode ser manipulado variando as condições de formação da espuma.

A figura 2 mostra a distribuição do tamanho de entrada do poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 0,16 kPa. Para uma faixa de tamanho de poro de 100-500 mícrons, a porcentagem é aproximadamente 19% e a espuma tem uma maior porcentagem (28%) de poros dentro da faixa de tamanho de poro de 20-50 mícrons. A partir disso, pode ser observado que a porcentagem de tamanhos de poro diferentes aumenta gradualmente de 0,2 mícron para 20 mícrons.

A figura 3 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 6,1 kPa. Esse histograma ilustra uma maior porcentagem na faixa de tamanho de poro de 100-500 microns (aproximadamente 50%), enquanto a faixa de 50-100 mícrons é aproximadamente 20%. O aumento no módulo de Young inicial aumenta a porcentagem do tamanho do poro na região de macroporo.

A figura 4 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 16,3 kPa. Esse histograma mostra que o módulo inicial dessa faixa não difere significativamente para essa observada em 6,1 kPa (figura 3). Pode ser observado que espumas formadas tendo um módulo de Young de 6,1 a 16,3 kPa resultarão em um tamanho similar de formação de poro durante REV.

A figura 5 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 27,1 kPa. Esse histograma mostra que aproximadamente 55% dos poros estão na faixa~de~100-500-microns—Ele-mostra-que-um-aumento-na-porcentagem_dos poros na região de macroporo pode ser conseguido aumentando o módulo inicial. Além do que, uma porcentagem similar de poros é encontrada nas faixas de tamanho de 50-100 e 20-50 microns. Isso confirma que módulo mais alto pode ser usado para atingir uma porcentagem mais alta de poros grandes.

A figura 6 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 274,4 kPa. Esse histograma mostra que aproximadamente 71% dos poros estão na faixa de tamanho de poro de 100-500 microns em um módulo de Young médio de 274,4 kPa. Além do que, aproximadamente 10% dos poros são encontrados nas faixas de 50-100 microns. Novamente, o aumento no módulo aumentou a porcentagem de poros na região de macroporo.

A figura 7 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 732,5 kPa. Esse histograma mostra que a porcentagem de poro (55%) na faixa de 100500 microns é reduzida por um aumento no valor do módulo. Também, a distribuição dos poros no tamanho de poro varia de 50-100 e 20-50 é similar à distribuição de poro no módulo de 27,1 kPa (figura 5). Aparenta que nesse valor de módulo de Young existe uma tendência crescente na porcentagem das faixas de tamanho de macroporo de 100-500 mícrons. Além desse valor de módulo, um padrão decrescente é observado.

A figura 8 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 1175 kPa. Esse histograma ilustra que nesse valor de módulo, a mesma porcentagem para faixas de 100-500 mícrons é observada como é observado em 732,5 kPa (figura 7). Entretanto, a porcentagem para 50-100 e 20-50 mícrons é menor do que observada no módulo de Young de 732,5 kPa.

A figura 9 mostra a distribuição de tamanho de entrada de poro para uma espuma tendo um módulo de Young inicial médio de 3000 kPa. A partir desses dados, é evidente que um aumento extremo no módulo de Young resulta em uma diminuição na porcentagem dos poros no tamanho macro. Ele mostra que aproximadamente 32% dos poros estão na faixa de 100-500 mícrons, mas em 50-100 (23%) e 20-50 (26%) mícrons, a porcentagem é maior do que é observada nos outros valores de módulo inferiores. Exemplo 18

Propriedades mecânicas do hidroqel seco: módulo de Young inicial

As propriedades mecânicas dos hidrogéis secos podem ser manipuladas alterando o módulo de Young inicial do material usado. Nesse exemplo, a figura 10 à figura 17 mostram a distribuição do estresse-esforço dos sólidos celulares secos diferentes em faixas de atividade de água de aproximadamente 0,45-0,55. Eles foram caracterizados com base no seu módulo de Young inicial.

Em aproximadamente 5% (w.b) de conteúdo de umidade, é difícil cortar sólidos celulares secos sem perturbar os poros. Portanto, sólidos secos foram equilibrados no ambiente de 60-70% de umidade relativa para aumentar a atividade da água. A seguir, os sólidos foram cortados para tamanho e forma uniformes. Para as amostras cortadas, a atividade da água foi ajustada para 45-55% pelo equilíbrio e as características compressivas foram medidas usando o Analisador de Textura (modelo TA-XT2, Stable Micro System, USA) aplicando, apreensivamente, força compressiva para 7080% de deformação. A taxa de esforço foi fixada em 1 mm por s ou equivalente. Pontos de dados de força, distância e tempo foram coletados e eles foram analisados para relações verdadeiras de esforço e tensão. Desde que foi considerado que a área da seção transversal dos sólidos celulares comprimidos expande muito raramente, para cálculo de estresse verdadeiro, a área da seção transversal do sólido foi tratada como igual em todos os pontos. Esforços verdadeiros foram calculados no esforço de Hanky para sólidos celulares.

A figura 10, figura 11 e figura 12 mostram a curva de estresseesforço para uma espuma elastomérica. A figura 10 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 0,16 kPa. A figura 11 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 6,1 kPa. A figura 12 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 16,3 kPa. Cada curva tem uma região elástica inicial depois do que uma curta região de colapso da parede da célula é ilustrada. Mais abaixo da curva, é mostrada uma região de adensamento. Pela observação dessas figuras cuidadosamente, pode ser observado que um módulo inicial mais baixo (figura 10) exibe uma região elástica até o nível de estresse de 1000 Pa. Entretanto, o módulo inicial de 6,1 kPa (figura 11) tem até 25000 Pa, e a curva de 16,3 kPa (figura 12) tem até 50000 Pa. É evidente que um aumento no módulo de Young inicial também influencia as propriedades mecânicas do sólido seco.

A figura 13 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 27,1 kPa. Esses dados mostram a curva compressiva como espuma plástica, proporcionando encurvamento elástico depois da região elástica linear e a seguir uma região de adensamento. Entretanto, o aumento no módulo inicial aumenta o estresse na região elástica linear até 9000 Pa.

A figura 14 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celu lar seco de módulo de Young inicial médio de 274,4 kPa. A amostra mostrada comporta-se como espuma quebradiça com uma região elástica linear inicial, seguida pelo esmagamento quebradiço e a seguir pelo adensamento. Isso também proporciona o aumento no estresse da região elástica linear até 15000 Pa.

A figura 15 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 732,5 kPa. A figura 16 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 1173,5 kPa. Esses dados ilustram as propriedades mecânicas do seco. Em ambos os casos, os sólidos estão se comportando como uma espuma quebradiça na atividade de água testada. Entretanto, o estresse na região elástica linear inicial é reduzido em relação à amostra tendo módulo inicial de 274,4 kPa (figura 14). Quando isso foi combinado com as propriedades de distribuição de tamanho do poro, as amostras de 732,5 e 1173,5 kPa têm uma menor porcentagem de tamanhos de poros na faixa de 100-500 mícrons comparada com a amostra de 274,4 kPa. Também, elas têm padrões similares de distribuição de tamanho de poro. Similarmente, elas têm relação similar de estresse-esforço dentro do estresse da região elástica linear inicial de 5000 Pa.

A figura 17 mostra a relação de estresse-esforço do sólido celular seco de módulo de Young inicial médio de 3000 kPa. Isso ilustra uma relação do tipo de espuma quebradiça. O estresse na região elástica linear é muito alto comparado com todos os outros sólidos celulares secos. Ele mostra quase 20.000 Pa de estresse e proporciona mais dureza. Em geral, quanto mais elevado o comprimento do ressalto (estresse na região elástica linear), maior será a resistência mecânica dos sólidos celulares secos.

Mesmo embora o módulo de Young inicial da amostra fornecida na figura 15 e figura 16 seja diferente, a razão para um comprimento de ressalto menor pode ser o método de processamento do hidrogel. Uma diminuição no módulo de Young sólido seco está relacionada com um aumento na atividade de água. Dessa forma, dependendo da aplicação desejada (quer uma espuma dura ou esponja mole seja requerida), uma mudança na ativi49 dade da água pode ser usada para manipular esse aspecto.

A figura 18 aà figura 22 proporcionam micrografias eletrônicas de varredura para ilustrar a estrutura celular dos sólidos usados nesse exemplo depois da exposição à energia radiante sob vácuo, tendo valores de módulo de Young inicial de 6,1, 16,3, 27,1, 732,5 e 1173,5 kPa, respectivamente.

Essas figuras mostram as estruturas de poro interno de sólidos celulares secos diferentes tendo vários módulos de Young iniciais que são obtidos devido ao uso de combinações de biomaterial diferente, bem como vários métodos de processamento da preparação do hidrogel úmido. A variação na estrutura do poro e a resistência da parede do poro são devido à variação no módulo inicial das amostras.

Esses dados servem para ilustrar que a distribuição do tamanho do poro dentro de uma espuma pode ser manipulada alterando o valor do módulo de Young inicial médio do material de partida. Dessa maneira, o método de acordo com a invenção permite que um usuário obtenha uma estrutura de poro que é ótima para a aplicação planejada.

Exemplo comparativo 1

Secagem de esponjas usando métodos convencionais

Para ilustrar mais a facilidade relativa e outras vantagens da invenção atual, os exemplos seguintes ilustram curvas de relação de estresseesforço e vista SEM de esponjas formadas usando a metodologia da técnica anterior, por exemplo, secagem com ar, secagem com vácuo e secagem com congelamento. A figura 23 à figura 26 mostram a relação de estresseesforço das esponjas secas de goma de alfarroba, e secas usando quatro métodos de secagem diferentes, três dos quais são técnica anterior: secagem com ar (técnica anterior), secagem com vácuo (técnica anterior), secagem com congelamento (técnica anterior) e secagem com a energia radiante sob vácuo de acordo com a invenção. As esponjas secas com ar, secas com congelamento e secas com vácuo eram menos rígidas quando comparadas com a esponja preparada pela secagem com REV. Mesmo embora as esponjas secas com congelamento e secas com REV tenham qualidades simi lares, a resistência mecânica da esponja com REV é maior. A análise SEM dessas esponjas também proporciona uma imagem clara dos poros e sua disposição. A figura 27 à figura 30 mostram vistas SEM das esponjas secas usando os quatro métodos de secagem diferentes: secagem com ar, secagem com vácuo, secagem com congelamento e secagem com energia radiante sob vácuo de acordo com a invenção.

A figura 24 mostra a relação de estresse-esforço de uma esponja seca com vácuo. A curva mostra que a esponja se comporta como uma espuma elastomérica. Também a curva indica que as esponjas secas com vácuo têm mais poros fechados do que poros abertos. Isso pode também ser observado na figura 28, que mostra a vista SEM dos poros presentes na amostra seca com vácuo. O aumento inicial do estresse foi verificado como sendo lento, mas depois de um certo esforço, o estresse aumenta abruptamente. O esforço compressivo pode acelerar a formação de pressão de vapor e ar nas células fechadas. Em pressão mais alta, as paredes da célula rompem e fecham. Depois desse estágio, o estresse compressivo aumenta rapidamente, desde que todas as células fecharam, deixando um sólido volumoso ao invés de um sólido de célula fechada.

A curva de estresse-esforço obtida para uma esponja seca com ar (figura 23) mostra que esse tipo de esponja se comporta como uma espuma elastomérica. Naturalmente, a elasticidade linear é limitada a pequenos esforços e é seguida por um longo platô. A análise adicional dessa curva indica mais poros abertos do que poros fechados. Isso mostra um longo platô, no qual os poros fechados mostram um aumento abrupto no estresse com esforço crescente na região de colapso. A figura 27 mostra uma vista SEM dos poros presentes na amostra seca com ar. Os poros são interligados e abertos. Em geral, os poros são formados no estágio posterior de secagem no caso da secagem com ar e a interligação dos poros é mais atribuível ao colapso estrutural em temperatura mais alta do que para a temperatura de transição vítrea dos materiais usados para produzir a esponja.

Esponjas secas com congelamento também se comportam como espumas elastoméricas (figura 25). A curva para a esponja seca com congelamento mostra mais adensamento do que a esponja seca com ar. Isso pode ser devido aos poros abertos nos sólidos secos com ar que se tornam poros fechados, de modo que o ar e a pressão do vapor de água dentro do poro proporciona resistência para adensamento total devido à maior resistência da parede do poro do que é observado com as amostras secas com congelamento. O colapso estrutural dos poros pode ser observado na vista SEM da amostra seca com congelamento (figura 29). Isso também mostra que os poros secos com congelamento são muito pequenos comparados com outros métodos de secagem. O colapso estrutural pode ser devido à diferença na temperatura de secagem. Com a secagem com ar, uma alta temperatura de secagem é usada, causando a transição da matriz de polímero para um estado emborrachado duro. Entretanto, esse tipo de transição não é observado na secagem com congelamento devido à baixa temperatura de secagem.

A esponja seca com REV também se comporta como uma espuma elastomérica (figura 26). Os poros abertos ficam fechados na região de adensamento, então não existe aumento pronunciado no estresse depois da região do platô. Entretanto, a magnitude do estresse é maior nas espumas secas com REV comparadas com as espumas secas com ar ou secas com congelamento. A figura 30 mostra a vista SEM dos poros presentes em uma esponja seca com REV. Ela também ilustra uma estrutura de poro interligada.

Esse exemplo comparativo mostra que as esponjas formadas de acordo com uma modalidade da invenção têm propriedades mecânicas igualmente desejáveis ou mais desejáveis que essas esponjas formadas usando as metodologias convencionais.

Exemplo 19

Secagem das suspensões de célula usando t-REV

Preparação das suspensões de célula bactericida. Culturas puras de bactérias probióticas Lactobacillus salivarius 417, Lactobacillus brevis (104) N°5 e Bifidobacterium longum foram gentilmente providas por Neovatech, Abbotsford B.C. Canadá. As bactérias foram cultivadas em 37°C por 24 horas sob condições anaeróbicas no caldo de man Rogosa and Sharpe (MRS) (Fisher Scientific USA). As condições anaeróbicas foram conseguidas usando uma jarra anaeróbica contendo BD BBL® Gas Pak® Plus (N2 + H2) (Becton, Dickinson and Company USA).

Preparação da suspensão de levedura. Saccharomyces cerevisiae (EC 1118) foi gentilmente provido por Wine Research Centre, UBC. Amostras de levedura foram cultivadas em meio YPD em incubadora de agitação de 100 rpm, a 30°C, por 24 horas antes da colheita.

Preparação da amostra para secagem. Todas as amostras passaram através de três subculturas antes da secagem. As células foram colhidas pela centrifugação em 3300 xg por 10 minutos em 4°C, a seguir suspensas em água de peptona estéril (0,1 % p/v) e centrifugadas novamente sob as mesmas condições. As células de micro-organismos colhidas foram subsequentemente usadas em experimentos. Para controle as células colhidas foram imediatamente desidratadas por t-REV. O resto foi misturado diretamente com agentes protetores incluindo: leite em pó desnatado (10%, 15% e 25%), lactose (10%, 15%), trealose (10%) ou mel (20%) como material protetor, a seguir submetido ao processo de secagem por micro-ondas a vácuo. Para cada tratamento, uma amostra foi tirada de maneira asséptica antes da secagem, diluída em água de peptona estéril (0,1% (p/v)). Diluições seriais foram espalhadas em placa em ágar MRS. Os números de células viáveis foram enumerados depois de 48 horas de incubação anaeróbica em 37°C e relatados como a população inicial.

A figura 31 mostra uma representação esquemática do processo t-REV para desidratação.

Congelamento e secagem com congelamento. Uma parte das amostras foi rapidamente congelada em -50°C, a seguir seca com secador de congelamento (temperatura do condensador -50°C, temperatura da câmara 25°C, tempo de secagem 72 horas) ou com o processo t-REV, como esboçado na figura 32.

Processo t-REV. Células bacterianas ou de levedura, na forma pura ou misturada com agente protetor foram secas sob radiação de micro ondas sob vácuo (modelo N° VMD 900 W, Enwave Corporation Vancouver, BC, Canadá), usando três níveis de potência diferentes 100, 200 e 300 watts por 15 e 30 minutos sob vácuo de 1,33 e 3,99 KPa (10 e 30 torr).

Sobrevivência das células bacterianas desidratadas. Todas as amostras secas foram reconstituídas com água de peptona a 0,1% (p/v) esterilizada para o seu peso inicial. Diluições seriais foram feitas e espalhadas em placa em ágar MRS e ágar YPD para bactérias e levedura, respectivamente. As colônias nas placas MRS foram contadas depois de 48 horas de incubação anaeróbica em 37°C. As colônias nas placas de ágar YPD foram enumeradas depois de 24 horas em 30°C. O número de bactérias sobreviventes foi relatado como CFU/g de sólido.

Determinação da atividade da água. A atividade da água das amostras antes da secagem a vácuo com micro-ondas, imediatamente depois da secagem e durante o armazenamento foi medida (Aqualab R modelo série 3, Decagon Devices, Inc., Washington, USA).

Estudo da duração de conservação. Amostras bacterianas desidratadas foram coletadas em frascos de vidro estéreis cheios com nitrogênio, vedados e armazenados em temperatura ambiente por um período de 6 semanas. Os números de células viáveis foram determinados a cada duas semanas durante o tempo de armazenamento.

Exemplo 20

Lactobacillus salivarius 417

Lactobacillus salivarius 417 foi usado como cultura pura ou junto com 10% de lactose, 10, 15 e 25% de leite em pó desnatado (SMP) nos processos de REV em duas condições de secagem diferentes (300W, 30torr) e (200W, 10torr) como descrito de acordo com o exemplo 19. Os resultados são mostrados abaixo na tabela 3.

Tabela 3

Redução logarítmica do Lactobacillus salivarius 47 7 depois do processo de REV

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Exemplos 19-23

Resultados e discussão

Quando os micro-organismos são secos com t-REV sob pressão absoluta de 3,99 KPa (30torr) e potência de micro-ondas de 300W, reduções logarítmicas máximas de 1,5 e 3,6 foram verificadas para culturas bacterianas e de levedura, respectivamente. A secagem das bactérias em menor pressão absoluta de aproximadamente 1,33 KPa (10torr) com máxima temperatura de secagem de 23°C aumentou o número de células sobreviventes (figura 3). A menor redução nas contagens bacterianas ocorreu com culturas secas em pressão menor, tal como foi observado para Bifidobacterium longum com um valor de redução log-io de 0,35. Os valores obtidos da redução logarítmica dos micro-organismos depois da secagem com congelamento e processo de t-REV em baixas pressões absolutas são similares. Deve ser observado que bactérias congeladas antes do t-REV mostraram maior sobrevivência depois do processo t-REV do que bactérias secas com congelamento. Nosso estudo de duração de conservação também mostrou que a sobrevivência das bactérias secas com t-REV depois de seis semanas de armazenamento foi equivalente a essa das bactérias secas com congelamento para a mesma atividade de água.

Uma das vantagens do método t-REV comparado com o método de secagem com congelamento é que as amostras de t-REV não precisam passar através de uma etapa de congelamento antes da desidratação, o que não somente reduz o custo, mas também aumenta a velocidade do processo. Ao mesmo tempo, nas situações onde a cultura bacteriana precisa ser congelada por finalidades de embarque ou armazenamento, etc., elas ainda podem passar através do processo de t-REV sem dificuldade.

Em geral, esses exemplos demonstram que a viabilidade dos micro-organismos desidratados por t-REV foi equivalente ou superior a esses desidratados pela secagem com congelamento. Além do mais, o t-REV é muito mais rápido (por exemplo, 20 minutos quando comparado com 72 horas) e menos intensivo em energia (por exemplo, menos do que 50% do consumo de energia) do que a secagem com congelamento. Os materiais a serem se cos por t-REV podem ser congelados ou não enquanto os materiais planejados para a secagem com congelamento devem ser congelados. Vários agentes protetores, especialmente materiais contendo açúcares simples e dissacarídeos tais como leite em pó desnatado, mel e trealose mostraram melhorar a viabilidade dos micro-organismos durante os processos de t-REV.

Os mecanismos de proteção da viabilidade e bioatividade diferem um pouco entre a secagem com congelamento e t-REV como demonstrado pelo fato que glicerol, um protetor de secagem com congelamento comum, é totalmente ineficaz nas aplicações de secagem com t-REV. Isso é porque o glicerol é um líquido não-volátil que por si próprio aquece facilmente em um campo de micro-ondas. Mesmo depois que a umidade é evaporada, o glicerol continuará a aquecer no campo de micro-ondas e assim aquecer o organismo seco para temperaturas destrutivas. Por outro lado, agentes protetores corretamente selecionados tais como trealose, lactose e frutose, glicose e sacarose que compõem o mel não geram calor suficiente quando secos para causar o aquecimento dos organismos.

A figura 33 ilustra o perfil de temperatura do Lactobacillus salivarius durante a desidratação REV em vácuo de 1,33 e 3,99 KPa (10 e 30 torr). Em ambos 1,33 e 3,99 KPa (10 Torr e 30 Torr), pode ser observado que controle de temperatura aceitável pode ser realizado.

Exemplo 24

Desidratação da enzima: lisozima

A lisozima extraída da clara de ovo demonstrou ser efetiva para prevenção de enterite necrótica em bandos de frangos, como uma alternativa mais segura aos antibióticos. O agente causador da enterite necrótica nos frangos é a bactéria Clostridium perfringens. Um problema prático encontrado na administração da mistura antimicrobiana da lisozima através da alimentação é a desativação da lisozima durante o processo de peletização em 90,5°C (195°F). Naturalmente, parte da lisozima deterioraria durante esse processo de aquecimento. Mais do que 50% de perda de lisozima desprotegida depois do processo de peletização da alimentação foi relatado. A microencapsulação protege a lisozima da desnaturação por calor durante a peletização da alimentação e também a digestão da pepsina no trato digestivo da ave. Um aumento na proteção da lisozima (até 75% de retenção) durante a peletização pode ocorrer quando a lisozima está encapsulada com óleo vegetal hidrogenado e estearato de cálcio. A lisozima do frango é um agente biologicamente ativo que é adequado para inclusão nas espumas de hidrocoloide desidratadas com t-REV, como um meio de encapsulação e proteção da lisozima. Desde que a lisozima e o quitosana foram verificadas como tendo efeitos antimicrobiais sinérgicos contra cepas de Cl. Perfringens tipo A e E. coli F4, quitosana foi escolhida nesse exemplo como o hidrocoloide que pode ser desidratado com t-REV junto com a lisozima a fim de prover uma matriz protetora para a lisozima.

Mistura de lisozima-quitosana.

Materiais e métodos. Quitosana solúvel em água (também chamado quito-oligossacarídeos) foi escolhido para ser o primeiro hidrocoloide para o estudo de t-REV da lisozima. O quitosana tem efeitos anticlostridiais e quando combinado com a lisozima, produziu eficácia sinérgica contra Cl. perfringens. Uma razão ótima de mistura de lisozima/quitosana foi determinada como 1:3 em um estudo de concentração inibidora fracionária (resultados não mostrados).

Lisozima (Neova Technologies Inc. LotN⁰: LA5392) e quitosana (Shanghai Freemen Chemicals Co., Ltd. MW Ca. 15 KDa) foram testados com relação ao conteúdo de umidade usando o método de forno a vácuo (100°C por 5 horas). A mistura de lisozima e quitosana na razão de sólidos de 1:3 foi misturada com água usando um acessório cortador de misturador manual Braun em 10.000 rpm por 3-5 minutos para produzir uma pasta com consistência homogênea. Uma série de pastas foi criada com os seguintes níveis de conteúdo de sólidos totais: 25%, 30%, 35%, 40% e 45%. Amostras triplas foram feitas e mantidas em sacos Whirlpak. As pastas foram testadas com relação ao conteúdo real de sólido, atividade enzimática da lisozima e atividade de água antes de submeter ao processo de t-REV.

Processo t-REV. Aproximadamente 4 g da pasta foram pesados em um recipiente de quartzo cilíndrico seco e limpo. A amostra da pasta foi prensada para o fundo do recipiente com uma espátula para evitar espirrar dentro da câmara do desidratador de t-REV experimental. Três amostras de cada pasta foram carregadas no suporte de amostra plástico e secas por tREV em um desidratador t-REV de protótipo (modelo N°VMD 900 W, Enwave Corporation Vancouver, BC, Canadá) usando 300 Watts de potência de micro-ondas e pressão de câmara absoluta de 3,99 KPa (30 Torr) por 10 minutos. O perfil de temperatura durante o processo foi monitorado usando um termômetro de infravermelho. Depois do processo, as amostras foram pesadas imediatamente e a atividade de água foi também testada. Depois do teste da atividade de água, as amostras foram embaladas em sacos Whirlpak®sob nitrogênio em uma umidade relativa de 18% em uma caixa de luvas para minimizar a mudança de umidade. Antes do teste de atividade de lisozima e umidade, as amostras foram finamente moídas usando um pilão e almofariz e o resto das amostras foi armazenado em frascos de soro, com espaço na ponta esguichado com nitrogênio ou gás hélio.

Avaliação do produto final

Estrutura da seção transversal. Os materiais secos foram primeiro observados sob um estereovisor (Motic) em 500 x de ampliação para suas diferenças microestruturais. Em geral, os produtos com menores conteúdos sólidos iniciais tinham uma estrutura mais porosa e um tamanho de poro maior.

Solubilidade. Os materiais foram então triturados para pó fino (>100 mesh) usando um pilão e almofariz. Cinquenta mg de amostra foram pesados em um tubo de teste e 5 ml de água destilada foram adicionados. O tubo foi girado brevemente para testar a solubilidade. A mistura dissolveu, bem como os pós originais de lisozima e quitosana.

Atividade da lisozima. A atividade da lisozima foi determinada pelo método de ensaio da turvação usando uma suspensão de parede de célula de Micrococcus luteus seca com congelamento. A lisozima reteve a sua atividade depois do processo de secagem.

Resultados e Discussão. Em geral, as amostras de conteúdo de sólidos inicial menor produziram uma estrutura mais porosa pela comparação visual e também de acordo com os dados gerados pela porosimetria do mercúrio de alta pressão. As pastas de 40% e 45% estavam muito duras e não produziram estruturas muito porosas depois do t-REV. Portanto, somente as amostras de 25%, 30% e 35% foram submetidas a estudo adicional. Os níveis de sólidos testados da pasta estavam muito próximos da porcentagem-alvo. Eles eram 24,47%, 29,35% e 34,67%, respectivamente. A atividade da água inicial estava ao redor de 0,99 para todas as amostras em temperatura ambiente e as amostras secas tinham atividade de água < 0,40. Os conteúdos de umidade calculados das amostras secas (com base na perda de peso e conteúdos de sólidos testados) eram consistentemente menores do que os níveis de umidade testados do pó finamente moído, indicando o rápido ingresso de umidade nos produtos secos. Os conteúdos de umidade finais em todas as amostras estabilizaram em aproximadamente 15%.

A figura 34 mostra a atividade enzimática da lisozima antes e depois do t-REV, ilustrando que nenhuma perda de atividade enzimática foi encontrada da lisozima para todas as amostras depois do processo de tREV. Ao contrário, existiu um aumento consistente (aproximadamente 10%) na atividade da lisozima com base no ensaio da atividade enzimática. Existem relatórios sobre a formação de dímeros e polímeros de ordem superior e a atividade melhorada quando a lisozima foi aquecida em 70-80°C (dados não publicados).

A figura 35 mostra um perfil de temperatura das misturas de quitosana-lisozima durante o processo de t-REV. Nesse processo, a temperatura das amostras estava, em todos os momentos, menor do que 40°C. Mais importante ainda, nenhuma perda de atividade biológica foi detectada com a desidratação do t-REV.

Exemplo 25

Desidratação do fármaco: penicilina

Materiais e métodos.

Preparação do hidrogel. Pectina com alto teor de metóxi (4% p/p) (Gum Technology Corp., Tucson, Arizona), amido de milho (3% p/p) (Famous food, Vancouver, Canadá), alginato de sódio (3% p/p) (Sigma) e glicerol (0,5% p/p) (Pure Standard Product, Winnipeg, Canadá) como plastificante foram misturados com água (90% p/p) usando um misturador manual até que uma massa homogênea foi formada. A seguir, 0,5 ou 10 ml de solução de matéria prima de 200 mg/ml de penicilina foram adicionados na massa homogênea, para fazer hidrogéis contendo 0, 100 e 200 mg de penicilina G/g de peso seco. A quantidade de água foi ajustada em uma maneira que o conteúdo de água final não excedeu (90% p/p) na mistura de massa fresca final. A massa foi derramada em moldes de Teflon® (32 mm de diâmetro, 11,2 mm de profundidade) e resfriada rapidamente em -80°C por 4-5 horas. Um hidrogel similar sem penicilina foi usado como um controle.

A massa congelada foi então imersa em dois litros de solução de cloreto de cálcio (3% p/v) (Fisher Scientific, Ottawa, Canadá) por 16-18 horas em temperatura ambiente. Durante o tempo de imersão, o descongelamento das massas moldadas congeladas e a reticulação entre o cloreto de cálcio e o alginato de sódio aconteceram simultaneamente e resultaram em um gel estável com estrutura de sólido mole. Depois de completar o processo de gelação, os géis de hidrocoloide individuais foram removidos da solução de cloreto de cálcio e a água de superfície foi removida usando toalha de papel.

Desidratação do hidrogel. Os hidrogéis foram secos com radiação de micro-ondas sob vácuo (t-REV)(VMD 900W, Enware Corporation, Vancouver, BC). A condição de secagem era 300 W de potência de microondas, pressão absoluta de 3,99 KPa (30 Torr) dentro da câmara por 20-30 minutos. A temperatura dos materiais foi monitorada durante a desidratação usando um termômetro de infravermelho e não excedeu 45°C. Todas as amostras secas foram embaladas em sacos plásticos estéreis Whirl-Pak® (Nasco Whirl-Pak, USA) e armazenadas em temperatura ambiente até três meses antes da análise.

Liberação do fármaco in vitro. A liberação da penicilina dos hidrogéis desidratados foi medida in vitro. 1,05 +/- 0,12 g de hidrogéis desidratados foram molhados em 50 ml de tampão de ácido cítrico-fosfato esterilizado-filtro (pH = 7). As amostras molhadas foram incubadas em uma incubadora agitadora em 75 rpm e 25°C. A cada 24 horas, uma amostra do meio de liberação foi retirada e ensaiada com relação ao conteúdo de penicilina e atividade. Esse experimento foi executado em triplicata.

Concentração de penicilina. A concentração de penicilina G no meio de liberação foi ensaiada usando um espectrofluorômetro Shimadzu RF-540. A intensidade da fluorescência nas amostras foi registrada em um cadinho de 1 cm de comprimento de trajetória (λ_ΘΧ 280nm, λθ™ 560 nm, fenda de 5 nm tanto para emissão quanto para excitação). A concentração de penicilina G foi calculada comparada com a curva de calibragem padrão. Todos os ensaios foram conduzidos em duplicata.

Ensaio de disco (detecção da atividade da penicilina). Uma suspensão de esporo de Bacillus stearothermophilus var. calidolactis C953 (Merck, Alemanha) foi adicionada em D.S.T. Ágar (Oxoid CM 0261, Inglaterra) em uma concentração de 10⁷ a 10⁸ CFU/mL, a seguir distribuída em placas de pai estéreis (90 mm de diâmetro), 8-10 mL cada e armazenada em 4°C até um mês até usada em um ensaio. Para executar o ensaio, as placas foram pré-incubadas em 65°C por 3 horas. A seguir, discos de papel (Whatman 1, 12 mm de diâmetro) foram molhados com 100 μί de amostra contendo penicilina e colocados na superfície do ágar, em uma distância de 10 mm da borda da placa. O diâmetro das zonas claras ao redor dos discos de papel foi medido por régua depois de 45 minutos de incubação em 65°C. Cada amostra foi testada em triplicata.

Determinação da taxa de decomposição da penicilina. Para permitir a correção pelo cálculo para a quantidade de perda de penicilina através do tempo dos experimentos, a taxa de decomposição da penicilina em cada condição foi determinada. Um ou 1,5 mL de penicilina (200 mg/mL) foram adicionados em 50 mL de tampão cítrico de fosfato estéril filtrado e incubados em 25. A concentração da penicilina na solução foi medida no tempo de zero e a cada 24 horas por cinco dias consecutivos. O experimento foi executado em triplicata e a concentração média da penicilina foi usada para o cálculo da taxa de degradação.

Os valores de log C foram plotados versus tempo, onde C era a concentração de penicilina G depois do tempo t. Os valores para a taxa de decomposição foram obtidos a partir do inverso negativo da inclinação. Esses valores mostraram o tempo necessário em cada condição para a concentração da penicilina alcançar 10% da sua concentração original.

Tamanho do poro e distribuição do tamanho do poro. O volume do poro total e a distribuição do tamanho do poro nos hidrogéis desidratados com t-REV com concentrações diferentes de penicilina foram medidos. Medições de pressão capilar da injeção do mercúrio foram executadas em triplicata usando um porosímetro de mercúrio (Micromeritics AutoPore III, Folio Instruments Inc., ON, Canadá), de acordo com os procedimentos recomendados pelos fabricantes.

Microscopia eletrônica de varredura. A microscopia eletrônica de varredura foi usada para observar diferenças microestruturais entre os hidrogéis desidratados. Primeiro, as superfícies das amostras foram observadas sem revestimento sob SEM (Hitachi S4700, SEM). A seguir, os hidrogéis foram fraturados com congelamento em nitrogênio líquido, revestidos com fatiamento com 3 nm de ouro e novamente submetidos ao SEM.

Extensão da absorção de água máxima (capacidade de absorção de água). Amostras triplas de cada hidrogel foram pesadas e colocadas em frascos Erlenmeyer contendo 50 mL de água destilada, e incubadas em 25°C em uma incubadora agitadora (75 rpm) até que o peso máximo foi alcançado (em aproximadamente 24 horas), como determinado pela remoção dos hidrogéis cuidadosamente em intervalos de tempo, removendo a água excessiva com papel de filtro e subsequentemente as pesando. A capacidade de absorção de água de cada amostra foi calculada usando a fórmula seguinte:

_ ~ , .... (peso no tempo (t) - peso inicial) x 100

Eq. (2) absorçao de agua (%) = —--------- ^£--------—--peso inicial x 100

Resultados e discussão. Para verificar a quantidade de perda de penicilina para lixiviação durante a preparação do gel, soluções de cloreto de cálcio foram analisadas com relação à penicilina. A quantidade de perda de penicilina durante a preparação do gel foi 22,2 mg para hidrogéis contendo 100 mg/g de hidrogéis e 75,4 mg, para 200 mg/g de hidrogéis, respectivamente. Amostras de controle, solução de cloreto de cálcio fresca e tampão fresco não mostraram quaisquer traços de penicilina no ensaio de disco para detecção de penicilina.

Quando os hidrogéis foram molhados em tampão cítrico-fosfato em temperatura ambiente, a liberação da penicilina através do tempo au5 mentou e alcançou o máximo depois de 120 horas, em cujo tempo a liberação da penicilina de 100 mg e 200 mg de hidrogéis secos foi virtualmente de 100%.

A figura 36 mostra a liberação da penicilina em tampão cítricofosfato em 25°C através do tempo para um hidrogel contendo 100 ou 200 10 mg/g de penicilina G seca. Em 120 horas, todas as amostras de hidrogel estavam completamente dissociadas ou dissolvidas no tampão de fosfato.

A figura 37 mostra uma curva de decomposição da penicilina no tampão de fosfato em 25°C.

A tabela 9 ilustra que não existiu diferença significativa entre a . 15 estrutura de superfície das amostras de hidrogel contendo penicilina (100 ou 200 mg por g de matéria seca) e controle na porosidade (p<0,05). A estrutura dái superfície dos hidrogéis formados foi examinada por SEM e a distribuição da porosidade e do tamanho do poro foi avaliada. A porosidade mais alta foi medida para hidrogéis desidratados contendo 200 mg de penicilina G com um valor de 84,5%._____________________________________________

Tabela 9

Distribuição da porosidade total e do tamanho do poro dos hidrogéis desidratados contendo 0,100 e 200 mg de sal de potássio de penicilina G hidrogéis desidratados

	controle	100 mg/g penicilina G	200 mg/g penicilina G
porosidade total	(%)	81,2 ±6,7	81,7 ±3,0	84,5 ±0,6
distribuição do	<10 (μ)	24,75 ±3,2	26,95 ±9,1	22,9 ±2,8
tamanho do	10-20 (μ)	5,75 ±0,4	4,0 ± 0,0	6,25 ±2,5
poro (%)	20-50 (μ)	16,75 ±3,2	17,55 ±3,6	13,8 ±1,8
	50-100 (μ)	13,75 ± 1,8	17,0 ±1,4	19,8 ±6,6
	100-500 (μ)	39,0 ±4,2	34,5 ±11,3	37,25 ±3,2

A figura 38 demonstra que não existiu diferença significativa para a capacidade de sorpção de água dos hidrogéis desidratados (p<0,05).

Conclusões. Os hidrogéis contendo antibióticos foram desidratados por t-REV sem perda da atividade. Além do mais, o antibiótico demonstrou uma liberação controlada gradual através de um período de 120 horas. A inclusão da penicilina nos hidrogéis não afetou significativamente a porosidade, absorção da água ou propriedades de superfície dos hidrogéis desidratados por t-REV.

Exemplo 26 Dispositivo exemplar para induzira energia radiante de onda em propagação sob vácuo (t-REV)

Qualquer dispositivo capaz de direcionar a energia radiante em uma rota geralmente unidirecional através de uma amostra pode ser usado para induzir a energia radiante da onda em propagação através de uma amostra de acordo com a invenção.

A figura 39 é um diagrama esquemático representando um aparelho exemplar para'indüzir a energia da radiação da-onda em propagação sob vácuo (t-REV) através de uma amostra. As setas tracejadas mostram a trajetória das micro-ondas que passam através da amostra. Uma câmara de vácuo 3910 compreende um tubo de metal 3911 e tubo de quartzo 3918 para dentro e para fora do qual a energia radiante é direcionada via um guia de onda 3916. Um suporte de amostra 3912 é alojado dentro do lúmen do tubo de quartzo e uma carga de água 3922 é encontrada em ou perto da extremidade terminal do tubo de quartzo, para absorver a energia radiante depois de passar através da amostra. Um gerador de micro-ondas 3914 é disposto a montante do guia de onda 3916, de modo a prover energia radiante a ser direcionada através da amostra.

A figura 40 representa um aparelho exemplar similar. A fonte de energia radiante 4014 gera e emite micro-ondas através do guia de onda 4016 para dentro de uma câmara de vácuo 4110. O suporte da amostra 4012 é disposto dentro do lúmen da câmara de vácuo. O reservatório de água 4022 é disposto perto da extremidade a jusante da câmara e é disposto aqui para absorver as micro-ondas depois de passar através da amostra.

A figura 41, por meio de comparação com a figura 39 e a figura 40, mostra uma representação esquemática de uma câmara de ressonância que podería ser usada para induzir a energia radiante sob vácuo (REV), tendo deflexão e reflexão de micro-ondas dentro da câmara. Essa disposição difere da presente invenção em que a energia radiante que chega se move através das amostras em uma multiplicidade de direções diferentes e não é suprimida depois de ter passado através da amostra. Um gerador de microondas (4110) induz micro-ondas (4111) via um guia de ondas (4112) para dentro de uma câmara de ressonância (4114). Um tambor (4116) disposto dentro da câmara compreende suportes (4118) e divisores (4120) nos quais as amostras de biomaterial (4122) são colocadas. Uma bomba de vácuo (4124) é usada para criar as condições de vácuo desejadas dentro da câmara (4114). Uma câmara (4126) fica localizada fora da câmara, mas capaz de observar o estado das amostras do biomaterial dentro da câmara. Um gravador de dados (4128) fica em comunicação com a câmara para monitorar as amostras do biomaterial com relação às propriedades desejadas. Embora essa disposição permita beneficamente monitorar o estado das amostras do biomaterial, as micro-ondas uma vez induzidas para dentro da câmara podem desviar e refletir para fora dos lados da câmara, do tambor, dos divisores ou dos suportes, dessa maneira tornando o controle de temperatura e o controle do processo mais desafiadores do que com os processos de t-REV.

As modalidades acima descritas da presente invenção são planejadas para serem exemplos somente. Alterações, modificações e variações podem ser efetuadas nas modalidades particulares por aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo da invenção, que é definido somente pelas reivindicações anexas aqui incluídas.

Lista de Referência

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Claims (19)

1. Método para secagem de um material biologicamente ativo, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

combinar o material biologicamente ativo e um agente protetor para proteger o material biologicamente ativo em um solvente aquoso para formar uma pasta; e expor a pasta à energia radiante da onda em propagação sob vácuo para evaporar o solvente da pasta.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente protetor é ftalato de acetato de celulose (CAP), carboximetilcelulose, pectina, alginato de sódio, glicerol, hidroxilpropilmetilcelulose (HPMC), metilcelulose, carragenina, goma acácia, goma xantana, goma de alfarroba, proteína de soja isolada, quitosana, maltodextrina, colágeno, sais de ácido algínico, ácido poliglicólico, amidos, gelatina, leite desnatado em pó, açúcares, ou uma combinação desses.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o solvente é água destilada.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente aquoso adicionalmente compreende um aditivo compreendendo óleo de coco, óleo de milho, óleo de amendoim, óleo vegetal hidrogenado, óleo de oliva, óleo mineral, ou uma combinação desses.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um tensoativo é adicionado no solvente aquoso.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o tensoativo é glicerol, propileno glicol, lecitina, Tween-80, Tween20, cera, ou uma combinação desses.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de cortar a pasta em uma forma desejada, após a etapa de combinação.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de

Petição 870180046359, de 30/05/2018, pág. 12/18 congelar a pasta, após a etapa de combinação.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a energia radiante sob vácuo é provida em uma câmara tendo pressão mantida entre 1,33 KPa (10 mmHg) e 101,32 KPa (760

5 mmHg).

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

9, caracterizado pelo fato de que a energia radiante sob vácuo é provida em um nível de 100 a 5000 Watts por quilograma de massa inicial da pasta.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

10 10, caracterizado pelo fato de que a energia radiante da onda em propagação é provida usando energia de micro-ondas.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

10, caracterizado pelo fato de que a energia radiante da onda em propagação é provida usando um comprimento de onda variando de 1 cm a 10 metros.

15

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

11, caracterizado pelo fato de que o agente protetor é:

uma mistura de pectina e gelatina, uma mistura de pectina, CAP e metilcelulose, uma mistura de pectina e metilcelulose,

20 uma mistura de HPMC apresentando duas viscosidades diferentes, a saber, HPMC 4000 cp e HPMD 400 cp;

uma mistura de goma de alfarroba, pectina, metilcelulose e amido de tapioca, uma mistura de alginato de sódio, pectina, carragenina e metil25 celulose; ou uma mistura de gelatina, pectina com baixo teor de metóxi e amido de milho.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o material biologicamente ativo compreende uma célula, um 30 micróbio, uma cultura, um probiótico, uma levedura, uma proteína, uma enzima, uma vacina, um fármaco, um microbicida, um fungicida, uma vitamina, um mineral, ou um espermicida.

Petição 870180046359, de 30/05/2018, pág. 13/18

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

14, caracterizado pelo fato de que o agente protetor quando combinado com o solvente aquoso resulta em um valor de módulo de Young de 0,16 kPa a 3000 kPa.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a energia radiante sob vácuo é aplicada para produzir um produto seco tendo um tamanho de poro médio variando de 0,003 a 500 mícrons.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a energia radiante da onda em propagação sob vácuo é aplicada para produzir um produto seco tendo uma atividade de água menor do que 0,85.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

17, caracterizado pelo fato de que o agente protetor é biodegradável.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

18, caracterizado pelo fato de que a pasta tem uma consistência fluída.

Petição 870180046359, de 30/05/2018, pág. 14/18