A UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA DE MEMBRANAS (ULTRAFILTRAÇÃO E MICROFILTRAÇÃO) NA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS
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- Luiz Eduardo Canário Câmara
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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
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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
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30 FIBRA OCA
31 Fonte:
32 Fonte:
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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
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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.
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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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