A UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA DE MEMBRANAS (ULTRAFILTRAÇÃO E MICROFILTRAÇÃO) NA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS A UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA DE MEMBRANAS (ULTRAFILTRAÇÃO E MICROFILTRAÇÃO) NA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS Profa Dra ELANE SCHWINDEN PRUDÊNCIO

2 FILTRAÇÃO TANGENCIAL SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS TECNOLOGIA DE MEMBRANAS

3 - Indústria farmacêutica - Indústria siderúrgica - Lubrificantes - Indústria química - Purificação de águas - Indústria de alimentos INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS

4 DEFINIÇÃO

5 Processos de separação por membranas Microfiltração Ultrafiltração Nanofiltração Osmose reversa porosidade da membrana Técnicas Microfiltração (MF) Ultrafiltração (UF) Nanofiltração (NF) Osmose reversa (OR) Tamanho das partículas retidas (médio) 10-0,1 m 0,1-0,01 m 0,01-0,001 m 0,001-0,0001 m Fonte: TIA (2001).

6 ALIMENTAÇÃO MEMBRANA PERMEADO (FILTRADO, MICROFILTRADO) PERMEADO (FILTRADO, MICROFILTRADO) RETENTADO (CONCENTRADO, RETENTADO DE MF )

7 Filtração Dead End PRODUTO Filtração Cross flow PRODUTO MEMBRANA MEMBRANA

8 MEMBRANA Diferença de pressão

9 Tabela Diferenças de pressões entre as técnicas de separação por membranas Técnicas Pressões utilizadas (bar) Microfiltração < 3 Ultrafiltração < 10 Nanofiltração 10 a 40 Osmose Reversa 10 a 100 Fonte: MAHAUT, BRULÉ e JEANTET (1999) e TIA (2001)

10 Outras considerações antecedentes ao processo de filtração tangencial: PARÂMETROS DE OPERAÇÃO Tipo de matéria-prima Tempo Temperatura Vazão Velocidade,...

11 Porém: Uma melhor eficiência do processo é associada: (1) Qualidade final do produto (2) Fluxo de permeado

12 (1) Cálculo do fluxo de permeado (J) (L/h.m 2 ) J = V p /t.a p onde Vp é o volume do permeado coletado durante o intervalo de tempo t, e Ap é a área útil filtrante (2) Cálculo do Fator de Redução Volumétrico (FRV) FRV = volume inicial MP (L) volume do retentado (L)

13 Fluxo (L/h.m 2 ) Fluxo (L/h.m 2 ) FLUXO DO PERMEADO DURANTE O PROCESSO tempo tempo

14 FRV para algumas espécies durante a UF: Leite de búfala - FRV = 3 - PRUDÊNCIO (2003) Leite de camela - FRV = 5 - MEHAIA (1996) Leite de cabra - FRV = 5 - MEHAIA e EL-KHADRAGY (1998) Leite de vaca - FRV = 6 - SABOYA et al. (2001)

15 MEMBRANAS

16 CARACTERÍSTICAS DAS MEMBRANAS: Representam o coração do processo São as barreiras moderadoras na separação ou concentração de certos constituintes De acordo com a funcionalidade podem ser classificadas: - Geometria ou configuração - Estrutura ou morfologia - Composição

17 MEMBRANAS MINERAIS MEMBRANAS ORGÂNICAS

18 (A) (B) EQUIPAMENTO PILOTO DE FILTRAÇÃO TANGENCIAL

19 MEMBRANAS MINERAIS

20 Na década de noventa a US Filter Company (Société des Céramiques Techniques SCT) desenvolveu as membranas com: FORMATO HEXAGONAL COM MULTICANAIS MEMBRALOX (zircônio) (α-alumina)

21

22

23 CANAL PERMEADO MEMBRANA SUPORTE

24 canal membrana cerâmica porosidade fina suporte porosidade grosseira Microscopia eletrônica demonstrando o canal, a membrana cerâmica e o suporte

25 MEMBRANA MINERAL - VANTAGENS: (a) longo tempo de vida útil operacional, (b) excelente resistência química, (c) resistente a quase todos os tipos de solventes, (d) alta resistência térmica (até 120 ºC), (e) resistência a variação de ph (ph = 0 a 14), (f) resistência a pressões,...

26 MEMBRANAS ORGÂNICAS

27 ALGUMAS CARACTERÍSTICAS: fluxo baixo preço baixa resistência a temperatura menor vida útil???

28 Membrana Coletor Protetor externo Espaçador

29

30 FIBRA OCA

31 Fonte:

32 Fonte:

33

34 Ultrafiltração Material das fibras ocas: poli (éter sulfona) Diâmetro externo das fibras: entre 0,8 e 0,9 mm Microfiltração Material das fibras ocas: poli(imida) Diâmetro externo das fibras: entre 0,9 e 1,0 mm Pressão máxima de operação: 5 Bar Temperatura máxima de operação: até 55,0 ºC ph: 2,0 a 13,0 Fonte:

35 HIGIENIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO

36 EXIGE CERTOS CUIDADOS: * UTILIZAR MEMBRANAS COM REDUZIDAS PROPRIEDADES DE ADSORÇÃO. * USO DE ÁGUA DE ALTA QUALIDADE. * OTIMIZAÇÃO DOS FATORES OPERACIONAIS.

37 HIGIENIZAÇÃO CONSISTE: * COMBINAÇÃO MECÂNICA E/OU QUÍMICA E/OU BIOLÓGICO (m.o. ou enzimas)

38 A UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA DE MEMBRANAS NA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS

39 Principais vantagens: Membranas permitem a separação de moléculas e microrganismos. Condições brandas de temperatura. Requer consumo de energia moderado.

40 MICROFILTRAÇÃO

41 ULTRAFILTRAÇÃO

42 COMO OCORRE O PROCESSO EM UM EQUIPAMENTO?

43 MÓDULO MINERAL MÓDULO ORGÂNICO PERMEADO RETENTADO 50 L ALIMENTAÇÃO Fonte: PRUDÊNCIO (2004)

44 PROCESSOS DE FILTRAÇÃO

45 ÚNICO ESTÁGIO MÚLTIPLOS ESTÁGIOS

46 ÚNICO ESTÁGIO

47 RETENTADO PERMEADO MEMBRANA ALIMENTAÇÃO

48 MÚLTIPLOS ESTÁGIOS

49 MEMBRANA 1 ALIMENTAÇÃO MEMBRANA 2 RETENTADO PERMEADO MEMBRANA 3

50 USO DA ULTRAFILTRAÇÃO EM LEITE E DERIVADOS

51 Conhecido mundialmente como MMV, em 1969 foi proposto o uso da UF para concentrar componentes do leite. Porém, a extensão da concentração dependerá da dinâmica de filtração e da matéria-prima empregada.

52 Atualmente a UF é empregada com maior destaque em: (1) Leite de vaca e em leites de diferentes espécies. (2) Leitelho. (3) Soro de queijo. NA OBTENÇÃO DE DERIVADOS

53 Porque oferece vantagens como: (1) O ajuste na concentração e na proporção de alguns componentes do leite, agindo diretamente no mecanismo de fabricação de derivados. (2) Incorporação de proteínas do soro, aumentando o valor nutricional, funcional e o rendimento, bem como a padronização do teor protéico do leite. (3) Desenvolvimento de produtos com novas características físico-químicas e sensoriais, consideradas de grande aceitabilidade.

54 ALGUNS DERIVADOS OBTIDOS A PARTIR DA UF

55 PRODUTOS DO RETENTADO

56 QUEIJOS * (4 a 6 X ausência da etapa de dessoragem) Exemplos bem sucedidos são: - Ricota - Camembert - Saint Paulin - Minas frescal - Requeijão - Petit suisse

57

58 - Doce de leite - Iogurte - Bebida láctea

59 PRODUTOS DO PERMEADO

60 - Bebida láctea fermentada - Bebida láctea não fermentada

61 MÉTODO DE UF

62 LEITE INTEGRAL COM OU SEM DESNATE RETIRADA FOSFOLIPÍDIOS SORO DE QUEIJO PASTEURIZAÇÃO RESFRIAMENTO (PRÓX. A 50 C) HIGIENIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO ULTRAFILTRAÇÃO RETENTADO (CONCENTRADO) FRV=... PERMEADO (FILTRADO) FRV=...

63 USO DA MICROFILTRAÇÃO EM LEITE E DERIVADOS

64 Atualmente a MF é empregada com maior destaque em: (1) Leite de vaca e em leites de diferentes espécies. (2) Soro de queijo.

65 Destacando-se através das seguintes aplicações: (1) Retirada da gordura do soro de queijo. (2) Separação dos glóbulos de gordura do leite, que serão utilizados na elaboração de produtos lácteos com nova textura. (3) Separação das frações de caseína. (4) Fracionamento das proteínas do soro de queijo. (5) Purificação da salmoura. (6) Remoção de bactérias, esporos e células somáticas do leite, entre outras.

66 MICROFILTRAÇÃO CUIDADO!!! PASTEURIZAÇÃO A FRIO

67 LEITE A REMOÇÃO DE BACTÉRIAS FOI DE 97A 99% A REMOÇÃO DE ESPOROS ENTRE 90 E 95% LEITE DE BÚFALA REDUÇÃO DE CERCA DE 99,6 % MESÓFILOS E DE 99,7 % PSICRÓFILOS

68 MÉTODO DE MF

69 LEITE CRU PRÉ-AQUECIDO (42 C) DESNATE HIGIENIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO MICROFILTRAÇÃO RETENTADO DE MF MICROFILTRADO Aquecimento ºC / 4 6 s ALIMENTAÇÃO ANIMAL

70 Preferência para diminuição de bactérias seria a utilização de: Membrana com 1,4 µm Pois, o tamanho das: Bactérias = 6 0,2 µm, enquanto as Micelas de caseína = 0,3 0,032 µm Glóbulos de gordura = 15 0,2 µm Células somáticas = 15 6 µm

71 MEMBRANAS MEMBRALOX (Membranas com 1,4 µm) STERILOX (Membranas com 1,4 µm) - contém menos poros

72 ALGUNS DERIVADOS OBTIDOS A PARTIR DA MF

73 PRODUTOS: MICROFILTRADO RETENTADO DE MF

74 Queijos: - Mussarela - Minas frescal Leites fermentados

75 Leite - MF Características: (1) vida útil aumentada - 3 a 5 vezes; (2) sabor e aroma próprios do leite quando comparado ao pasteurizado; (3) valor nutricional superior; e (4) podendo ser até armazenamento em temperatura ambiente varia de acordo a qualidade microbiológica inicial do leite.

76 Fonte:

77 Fonte:

78 Fonte: Fonte:

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81 TRABALHOS REALIZADOS

82 Avaliação do retentado obtido da ultrafiltração do leite de búfala (Bubalus bubalis) desnatado e pasteurizado. Caracterização físico-química do permeado obtido da ultrafiltração do leite de búfala (Bubalus bubalis). Utilização de concentrado de soro de queijo obtido por ultrafiltração na elaboração de iogurte.

83 Comportamento de leite de búfala (Bubalus bubalis) desnatado submetido a microfiltração. Caracterização química e avaliação sensorial de bebida hidroeletrolítica fermentada obtida a partir do permeado do leite. Comportamento de leite de búfala (Bubalus bubalis) desnatado e pasteurizado durante o processo de ultrafiltração.

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87 MUITO OBRIGADA!

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