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Da ultrafiltração à osmose reversa

RAFAEL FAGNANI

EM 25/04/2016

4 MIN DE LEITURA

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Autor do artigo: Rafael Fagnani é formado em medicina veterinária pela Universidade Estadual de Londrina, onde também concluiu seu Mestrado e Doutorado pelo programa de Ciência Animal. Atualmente é professor na Universidade Norte do Paraná (UNOPAR), orientando alunos no curso de mestrado em Ciência e Tecnologia de Leite e Derivados. Os principais temas desenvolvidos são sobre qualidade e segurança do leite e tecnologias de membranas.
 
Vamos continuar separando ainda mais os componentes do leite? No artigo passado resumimos todo o processo de microfiltração, seus princípios e também inúmeras vantagens. Agora, vamos abordar outros processos de membrana, como a ultrafiltração, a nanofiltração e a osmose reversa.

Ultrafiltração

A ultrafiltração utiliza pressões semelhantes à microfiltração, a grande diferença está no tamanho dos poros da membrana, que são bem menores, com 0,01 micrômetros de diâmetro. Esses poros conseguem separar macromoléculas do leite, como algumas proteínas, sendo o processo de membranas mais utilizado na indústria de laticínios.

Suas aplicações são diversas, podendo ser aplicada tanto no leite como no soro. Quando o soro é ultrafiltrado, o principal objetivo é a concentração de proteínas para a fabricação de derivados. No caso de queijos feitos com essa tecnologia, o rendimento pode ser até 20% maior quando comparado à tecnologia que usa apenas a coagulação química ou microbiológica. Esses são alguns exemplos de queijos microfiltrados brasileiros e a consistência firme e gelatinosa os fazem ótimos acompanhamentos para pães e torradas.


Como é um processo que concentra proteínas, pode substituir total ou parcialmente os processos tradicionais de centrifugação, evaporação e coagulação usados na indústria de queijos.

Os sistemas de micro e ultrafiltração podem ser de dois tipos quando consideramos a direção e o fluxo de fluido. O primeiro tipo é o sistema “dead end” onde o fluído passa pela membrana em apenas uma direção. Nesse tipo de sistema, entupimentos de membranas são mais frequentes.

O segundo é o sistema tangencial ou “cross flow”, onde existem duas direções de correntes passando pela membrana: uma que flui paralela à membrana arrastando os sólidos retidos, e a outra, purificada, que passa através dela. Nesse caso, o fluxo paralelo ajuda a remover partículas que poderiam entupir os poros da membrana.

Confira no esquema abaixo:


Nanofiltração

A nanofiltração utiliza pressões maiores, que vão até 4 bar. Os poros também são menores, com média de 0,001 micrômetros de diâmetros, sendo possível separar moléculas pequenas, com peso molecular entre 250 e 1000 Daltons, como a lactose e os minerais do leite. A nanofiltração pode ser aplicada na fabricação de leite fluído sem lactose. O leite nanofiltrado pode ser matéria prima para a fabricação de inúmeros derivados sem lactose, como sorvetes, e iogurtes.

Outra aplicação da nanofiltração é a desmineralização de soro de leite. Esse processo requer altas pressões e o resultado é o soro sem sais minerais como sais de sódio, potássio, magnésio, carbonatos e outros. Durante a produção de queijos, os sais utilizados na salga acabam incorporados ao soro, o que acaba limitando sua utilização. Dessa forma, o problema pode ser contornado com a nanofiltração.

Osmose reversa

A osmose reversa é o processo de membrana que requer altíssimas pressões, de 4 até 10 bar. Alguns processos chegam a utilizar 70 bar. Os poros são menores que 0,001 micrômetros e a tecnologia é capaz de deixar passar apenas água pelas suas membranas, retendo inclusive íons.

Apenas relembrando que a pressão osmótica é a pressão necessária para que a osmose não ocorra em uma solução. A pressão osmótica aumenta conforme o número de partículas dissolvidas em uma solução. A pressão osmótica do soro é 7 bar, portanto, a osmose reversa no soro requer pressões acima de 7 bar. Essa tecnologia não é aplicada usualmente em leite fluido ou soro, uma vez que altas pressões causam lipólise do leite, deixando-o susceptível à oxidações e sabores desagradáveis.

A osmose reversa é utilizada na dessalinização da água do mar para consumo, purificação de água para caldeiras e produção de fármacos e produtos químicos. Esses sistemas requerem grandes estruturas e o custo é bastante alto.

Características das membranas

Independente do processo, as membranas podem ser classificadas quanto ao material de construção. As inorgânicas são compostas de cerâmica ou grafite e são mais utilizadas para os processos de micro e ultrafiltração. Já as orgânicas são compostas de celulose, polisulfonas e poliamidas e utilizadas em todos os processos: micro, ultra, nanofiltracão e osmose reversa.



As membranas orgânicas podem ser de fibra oca, onde o fluxo passa por meio de fibras semipermeáveis. Essas fibras são flexíveis e contém poros microscópicos em suas paredes. As membranas orgânicas também podem ter a configuração do tipo espiral, na qual as lâminas semipermeáveis irão filtrar o fluído em questão. Esse quadro resume os principais tipos de membrana e suas características físicas.



Quando há depósito de material nos poros da membrana, o fluxo de vazão do fluido tende a cair progressivamente. Esse problema operacional denominamos de “fouling” e quer dizer entupimento. O fouling favorece a formação de biofilme e é capaz de acabar com a vida útil de uma membrana. Por isso, o processo de limpeza é fundamental antes e depois de qualquer operação tecnológica.



Custos

Será que essa tecnologia é cara? Não quando comparamos com o sistema UHT. Para uma fábrica com processamento de 25 mil litros de leite por hora, implantar o maquinário para produzir leite UHT fica em torno de 1 milhão de euros. Para implantarmos a tecnologia de microfiltração nessa mesma indústria os custos ficariam em torno de 600 mil euros.

Concluindo, as tecnologias de membrana permitem a separação de componentes do leite e inúmeras vantagens tecnológicas. Para saber mais, deixe seu comentário aqui mesmo! Até a próxima.

Leia também: 

Microfiltração em produtos lácteos: princípios e aplicações




RAFAEL FAGNANI

Médico veterinário, com mestrado e doutorado em ciência animal pela UEL. Professor e orientador de mestrado em Saúde e Produção animal e Ciência e Tecnologia de Leite e Derivados na UNOPAR. Professor na UEL, responsável pela disciplina de inspeção.

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JULIANNA PAIVA LIMA DOS ANJOS

OLHO D'AGUA DAS FLORES - ALAGOAS - ESTUDANTE

EM 17/06/2021

Muito bom, obrigada!
JULIANNA PAIVA LIMA DOS ANJOS

OLHO D'AGUA DAS FLORES - ALAGOAS - ESTUDANTE

EM 17/06/2021

Muito bom, obrigada!
IGOR LOPES DA SILVA

VIÇOSA - MINAS GERAIS - ESTUDANTE

EM 03/07/2019

Para o whey protein concentrado é utilizado a ultrafiltração, uma vez que a membrana utilizada no processo nao retem a lactose do leite,apenas concentra a proteína do soro e retem parte da gordura.
Ja para o whey protein isolado, é utilizado a nanofiltracao, pois os poros da membrana que se utiliza no processo sao tao pequenos,que conseguem reter a lactose, assim temos um produto final livre de açúcares.
IGOR LOPES DA SILVA

VIÇOSA - MINAS GERAIS - ESTUDANTE

EM 03/07/2019

A ultrafiltracao e mais recomendada para a fabricação do whey protein concentrado, ja que alem de concentrar as proteínas do soro,a membrana utilizada nao e suficiente para reter a lactose.
Ja para o whey protein isolado e recomendado a nano, pois a membrana utilizada no processo permite a retenção da lactose, configurando assim em um produto com nenhum açúcar
ANDREW DE FREITAS GABRY

NOVA IGUAÇU - RIO DE JANEIRO - PESQUISA/ENSINO

EM 06/02/2017

Professor, qual desses processos é melhor para fabricação de whey protein concentrado e isolado?
PADRONIZA IND BRAS DE PASTEURIZADORES

BAURU - SÃO PAULO - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA LATICÍNIOS

EM 21/07/2016

Rafel, boa tarde.





Se vir a Bauru, nao deixe de nos visitar....Perfeita a sua explicação sobre pressão alta (OR), ja se utilizar NF para queijo perfeito ? vi estudo nesse sentido com elevação de renda (mussarela) em 18%,



Att

Gilberto.

RAFAEL FAGNANI

LONDRINA - TOCANTINS - PESQUISA/ENSINO

EM 21/07/2016

Que bacana...sabia que sou bauruense? Bom, vamos à resposta:

A osmose reversa não é aplicada usualmente em leite fluido ou soro, uma vez que altas pressões causam lipólise do leite, deixando-o susceptível à oxidações e sabores desagradáveis. A osmose reversa é utilizada na dessalinização da água do mar para consumo, purificação de água para caldeiras e produção de fármacos e produtos químicos.

Em alguns laticínios a osmose reversa é aplicada no tratamento de efluentes.

Como você deve saber, esses sistemas requerem grandes estruturas e o custo é bastante alto.

Obrigado pela pergunta!
PADRONIZA IND BRAS DE PASTEURIZADORES

BAURU - SÃO PAULO - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA LATICÍNIOS

EM 12/07/2016

Prof. trabalho em uma empresa em Bauru e fabricamos sistemas de membranas. O uso da osmose reversa para fabricação de queijos (mussarela por exemplo) segue a mesma linha do uso da ultrafiltração ? ou seja ha uma elevação na renda em torno de 20% ? e insumos ? diminui o volume se comparado ao metodo tradicional ?
RAFAEL FAGNANI

LONDRINA - PARANÁ - PESQUISA/ENSINO

EM 15/06/2016

Olá João. A unidade que usamos aqui no mestrado da unopar é da marca tia brasil. Tem tanque de alimentação por batelada mas também aceita sistemas de fluxo contínuo.

Abs!
RAFAEL FAGNANI

LONDRINA - PARANÁ - PESQUISA/ENSINO

EM 15/06/2016

Olá Márcio! Depende do material da sua membrana.  As de cerâmica tem maior durabilidade. Outro fator determinante para a vida útil de uma membrana é o tipo de fluido que ela recebe.  Leite desnatado,  integral,  soro, etc. De qualquer forma é fundamental seguir a recomendação de limpeza e sanitização periódica do fabricante.
JOAO EBER BARRETO NOMAN

TEÓFILO OTONI - MINAS GERAIS - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 03/05/2016

Bom dia Rafael,

Onde posso conseguir comprar essas máquinas para filtração para pequena indústria?

at.
MARCIO MORAIS

CARANGOLA - MINAS GERAIS - PESQUISA/ENSINO

EM 28/04/2016

Boa noite Rafael!

Parabéns pelo artigo!

Fiz um minicurso sobre membranas, porém conheço pouco sobre esse tema. Gostaria de fazer uma pergunta: Em quanto tempo deve ser trocada o sistema de membrana para um laticínio que Trabalha com média de 50.000 litros de leite por dia?

Desde já agradeço.
MilkPoint AgriPoint