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.

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