Concentração de proteínas lácteas empregando filtração por membranas

O consumo regular de proteínas a partir de suplementos alimentares é recomendado para atletas, idosos e crianças (Fassina et al., 2019; Hoffman e Falvo, 2004; Paladii et al., 2021).

As proteínas do soro de queijo apresentam aminoácidos essenciais e de cadeia ramificada, que auxiliam na regulação metabólica (Smithers, 2015). Essas características justificam o investimento em tecnologias de isolamento e purificação dessas proteínas, como os processos de filtração por membranas, que contribuem para a agregação de valor ao soro de queijo e suas frações.

Como exemplo, estima-se o valor comercial do soro de queijo em pó em aproximadamente 1 US$/kg, o concentrado (teor proteico de 34%) atinge valor de 2 US$/kg e as frações proteicas do soro que apresentam bioatividades podem atingir valores de até 300 US$/kg (Tsermoula et al., 2021; CLAL, 2023). 

No processo de filtração por membranas, o soro de queijo passa tangencialmente sobre a superfície da membrana, ocorrendo escoamento forçado de forma cruzada sob pressão. Isso divide a corrente de entrada em uma corrente de permeado com os componentes que passam pela membrana, e uma corrente de retentado que é retida pela membrana (Chen et al., 2023).

Atuando como uma barreira permeável, as membranas de filtração separam os constituintes do soro (proteínas, gorduras, lactose e sais minerais) com base em seu tamanho, concentração ou carga elétrica. Os processos mais comuns de filtração por membrana são: microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, osmose reversa e eletrodiálise (Paladii et al., 2021; Chen et al., 2023). 

As membranas de microfiltração são empregadas para remoção de bactérias de fluidos (pasteurização a frio), concentração e remoção de glóbulos remanescentes de gordura (Charcosset, 2021; Chen et al., 2023). Na microfiltração do soro de queijo ocorre a permeação de proteínas, lactose e sais minerais, preparando o soro para a etapa de concentração (Tetrapak, 2017).

A ultrafiltração é usada para a retenção de macromoléculas, por permeação seletiva de lactose, sais minerais, água e outros compostos de baixo peso molecular, gerando um retentado com diferentes proporções dos componentes proteicos do soro de queijo (Baldasso et al., 2011). Para o aproveitamento das características nutricionais e funcionais dessas proteínas, estas macromoléculas são isoladas e purificadas, resultando em compostos de alto valor agregado que possuem aplicações farmacêuticas e alimentícias (Chen et al., 2023; Paladii et al., 2021).

Continua depois da publicidade

Os produtos obtidos da ultrafiltração são chamados de whey protein concentrated (WPC) cujo conteúdo proteico pode variar de 35% (WPC35) a 90% (WPC90). Para atingir os teores de proteína no WPC, aplicam-se processos subsequentes, como a microfiltração seguida de ultrafiltração (Kelly, 2019).

Para purificação da proteína concentrada do soro, aplica-se a diafiltração, que consiste na adição de água para remoção da lactose e sais minerais (Tetrapak, 2017). A quantidade de água adicionada deve ser igual à removida de permeado (Barba et al., 1998). A nanofiltração é aplicada para desmineralização do WPC e para concentração da lactose e proteínas (Román et al., 2009). Por fim, a osmose reversa remove a maior parte de água, concentrando os sólidos totais em até 25%, sendo um método de menor custo que a evaporação. Além disso, a temperatura do processo, entre 5 e 8 ºC, evita perdas por desnaturação proteica e volatização (Paladii et al., 2021).

A continuidade das pesquisas empregando tecnologias de separação por membranas no soro de queijo visa encontrar a melhor combinação de técnicas para otimização das condições operacionais, de modo a assegurar a viabilidade técnica e econômica da sua aplicação em escala industrial.

Referências

Baldasso, C., Barros, T.C., Tessaro, I.C. Concentration and purification of whey proteins by ultrafiltration. Desalination, 278, 381– 386, 2011.

Barba, D., Beolchini, F., Veglio, F. Water saving in a two stage diafiltration for the production of whey protein concentrates. Desalination, 119, 187-188, 1998.

Charcosset, C. Classical and Recent Applications of Membrane Processes in the Food Industry. Food Eng Rev, 13, 322–343, 2021. 

Chen, G.Q., Qu, Y., Gras, S.L. et al. Separation Technologies for Whey Protein Fractionation. Food Eng Rev, 2023. 

CLAL. US - Price of Whey Protein Concentrate WPC containing 34% protein on a dry basis. Disponível em: Acesso em 06/06/2023.

Continua depois da publicidade

Fassina, P., Nunes, G.Q., Adami, F.S, Goettert, M.I., Volken de Souza, Claucia Fernanda. Importance of Cheese. Whey Processing: Supplements for Sports Activities. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 69, 83-99, 2019.

Hoffman, J.R., Falvo, M.J. Protein - which is best? J Sports Sci Med, 03,118–130, 2004.

Kelly, P. Manufacture of whey protein products: Concentrates, isolate, whey protein fractions and microparticulated. In H. C. Deeth & N. Bansal (Eds.), Whey Proteins, 97–122. Academic Press, 2019.

Paladii, I.V., Vrabie, E.G., Sprinchan, K.G. et al. Whey: Review. Part 2. Treatment Processes and Methods. Surf Engin Appl Electrochem, 57, 651–666, 2021.

Román, A., Wangb, J., Csanádi, J., Hodúr, C., Vataia, G. Partial demineralization and concentration of acid whey by nanofiltration combined with diafiltration. Desalination, 241, 288-295, 2009.

Smithers, G.W. Whey-ing up the options - Yesterday, today and tomorrow. International Dairy Journal, 48, 2–14, 2015.

Tetrapak. Add value to your whey with membrane filtration. Disponível em , 2017.

Tsermoula, P., Khakimov, B., Nielsen, J.H., Engelsen, S.B. Whey - The waste-stream that became more valuable than the food product. Trends in Food Science & Technology,118, 230-241, 2021.