Microfiltração
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Microfiltração
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 FILTRAÇÃO TANGENCIAL SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS TECNOLOGIA DE MEMBRANAS - Indústria farmacêutica - Indústria siderúrgica - Lubrificantes - Indústria química - Purificação de águas - Indústria de alimentos INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS DEFINIÇÃO Processos de separação por membranas • Microfiltração • Ultrafiltração • Nanofiltração • Osmose reversa Técnicas • porosidade da membrana Tamanho das partículas retidas (médio) Microfiltração (MF) 10 - 0,1 m Ultrafiltração (UF) 0,1 - 0,01 m Nanofiltração (NF) 0,01 - 0,001 m Osmose reversa (OR) Fonte: TIA (2001). 0,001 - 0,0001 m ALIMENTAÇÃO MEMBRANA PERMEADO (FILTRADO, MICROFILTRADO) PERMEADO (FILTRADO, MICROFILTRADO) RETENTADO (CONCENTRADO, RETENTADO DE MF ) Filtração Dead End Filtração Cross flow PRODUTO MEMBRANA PRODUTO MEMBRANA MEMBRANA Diferença de pressão 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) Outras considerações antecedentes processo de filtração tangencial: PARÂMETROS DE OPERAÇÃO Tipo de matéria-prima Tempo Temperatura Vazão Velocidade,... ao Porém: Uma melhor eficiência do processo é associada: (1) Qualidade final do produto (2) Fluxo de permeado (1) Cálculo do fluxo de permeado (J) (L/h.m2) J = Vp/t.Ap 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) Fluxo (L/h.m2) Fluxo (L/h.m2) FLUXO DO PERMEADO DURANTE O PROCESSO tempo tempo FRV para algumas espécies durante a UF: Leite de búfala - FRV = 3 - PRUDÊNCIO (2003) Leite de camela - FRV = 5 Leite de cabra - FRV = 5 Leite de vaca - FRV = 6 - MEHAIA (1996) MEHAIA e EL-KHADRAGY (1998) SABOYA et al. (2001) MEMBRANAS 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 MEMBRANAS MINERAIS MEMBRANAS ORGÂNICAS (A) (B) EQUIPAMENTO PILOTO DE FILTRAÇÃO TANGENCIAL MEMBRANAS MINERAIS 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) CANAL PERMEADO MEMBRANA SUPORTE canal membrana cerâmica porosidade fina suporte porosidade grosseira Microscopia eletrônica demonstrando o canal, a membrana cerâmica e o suporte 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,... MEMBRANAS ORGÂNICAS ALGUMAS CARACTERÍSTICAS: • fluxo • baixo preço • baixa resistência a temperatura • menor vida útil ??? Membrana Coletor Protetor externo Espaçador FIBRA OCA Fonte: http://www.pam-membranas.com.br Fonte: http://www.pam-membranas.com.br 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: http://www.pam-membranas.com.br HIGIENIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO EXIGE CERTOS CUIDADOS: * UTILIZAR MEMBRANAS COM REDUZIDAS PROPRIEDADES DE ADSORÇÃO. * USO DE ÁGUA DE ALTA QUALIDADE. * OTIMIZAÇÃO DOS FATORES OPERACIONAIS. HIGIENIZAÇÃO CONSISTE: * COMBINAÇÃO MECÂNICA E/OU QUÍMICA E/OU BIOLÓGICO (m.o. ou enzimas) A UTILIZAÇÃO DA TECNOLOGIA DE MEMBRANAS NA INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS Principais vantagens: • Membranas permitem a moléculas e microrganismos. separação • Condições brandas de temperatura. • Requer consumo de energia moderado. de MICROFILTRAÇÃO ULTRAFILTRAÇÃO COMO OCORRE O PROCESSO EM UM EQUIPAMENTO? PERMEADO ALIMENTAÇÃO Fonte: PRUDÊNCIO (2004) MÓDULO ORGÂNICO 50 L MÓDULO MINERAL RETENTADO PROCESSOS DE FILTRAÇÃO ÚNICO ESTÁGIO MÚLTIPLOS ESTÁGIOS ÚNICO ESTÁGIO RETENTADO PERMEADO MEMBRANA ALIMENTAÇÃO MÚLTIPLOS ESTÁGIOS MEMBRANA 1 ALIMENTAÇÃO MEMBRANA 2 PERMEADO RETENTADO MEMBRANA 3 USO DA ULTRAFILTRAÇÃO EM LEITE E DERIVADOS 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. Atualmente a UF é empregada destaque em: com maior (1) Leite de vaca e em leites de diferentes espécies. (2) Leitelho. (3) Soro de queijo. NA OBTENÇÃO DE DERIVADOS 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. ALGUNS DERIVADOS OBTIDOS A PARTIR DA UF PRODUTOS DO RETENTADO QUEIJOS * (4 a 6 X – ausência da etapa de dessoragem) Exemplos bem sucedidos são: - Ricota - Camembert - Saint Paulin - Minas frescal - Requeijão - Petit suisse - Doce de leite - Iogurte - Bebida láctea PRODUTOS DO PERMEADO - Bebida láctea fermentada - Bebida láctea não fermentada MÉTODO DE UF LEITE INTEGRAL RETIRADA FOSFOLIPÍDIOS COM OU SEM DESNATE PASTEURIZAÇÃO RESFRIAMENTO (PRÓX. A 50 °C) HIGIENIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO RETENTADO (CONCENTRADO) FRV=... ULTRAFILTRAÇÃO PERMEADO (FILTRADO) FRV=... SORO DE QUEIJO USO DA MICROFILTRAÇÃO EM LEITE E DERIVADOS Atualmente a MF é empregada destaque em: com maior (1) Leite de vaca e em leites de diferentes espécies. (2) Soro de queijo. 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. MICROFILTRAÇÃO CUIDADO!!! “PASTEURIZAÇÃO A FRIO” LEITE A REMOÇÃO DE BACTÉRIAS FOI DE 97 A 99% A REMOÇÃO DE ESPOROS ENTRE 90 E 95% LEITE DE BÚFALA REDUÇÃO DE CERCA DE 99,6 % MESÓFILOS E DE 99,7 % PSICRÓFILOS MÉTODO DE MF LEITE CRU PRÉ-AQUECIDO (42 °C) DESNATE HIGIENIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO MICROFILTRAÇÃO RETENTADO DE MF Aquecimento 115 – 130 ºC / 4 – 6 s MICROFILTRADO ALIMENTAÇÃO ANIMAL 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 MEMBRANAS MEMBRALOX (Membranas com 1,4 µm) STERILOX (Membranas com 1,4 µm) - contém menos poros ALGUNS DERIVADOS OBTIDOS A PARTIR DA MF PRODUTOS: MICROFILTRADO RETENTADO DE MF Queijos: - Mussarela - Minas frescal Leites fermentados 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. Fonte: http://www.fitnesstipsforlife.com/microfiltered-milk.html Fonte: http://www.wiseman-dairies.co.uk/our-milk/puriti/ Fonte: http://www.nutrilait.ca/nutrilaitcontenu/produitsnutrilaitplus.html Fonte: http://www.saputo.com/?langType=11274 TRABALHOS REALIZADOS 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. 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. [email protected] MUITO OBRIGADA!
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