Estudo da ultrafiltração por membranas minerais de leite coagulado enzimaticamente

Resumo: Neste trabalho efetuou-se um estudo da ultrafiltração de leite integral coagulado enzimaticamente com renina, onde foram utilizadas membranas minerais CARBOSEP para microfiltração (MF ) e para ultrafiltração (DF ). Membranas para MF CARBOSEP M45, 14 e M6, com diâmetros médios de poro respectivamente de 0,45 , 0,14 e 0,08 μm e embranas para DF CARBOSEP com pesos moleculares médios de corte respectivamente de 300000, 150000 e 50000 Daltons, foram usadas. Os processamentos de concentração de leite coagulado por DF, foram realizados em uma unidade piloto de ultrafiltração CARBOSEP 2S 37 (com 1,6 m2 de área de membrana) e em uma unidade de bancada MICROCARBOSEP 40 (com 75 cm2 de área de membrana). Foram também efetuados, para efeito de comparação, processamentos com leite na unidade piloto CARBOSEP 2S 37.Os processamentos foram conduzidos às pressões de 3, 4 e 5 bar, temperatura de 35°C para leite coagulado e 55°C para leite e velocidade de escoamento tangencial de 4,0 m/s para a unidade piloto e de 1,2 m/s para a unidade de bancada. A DF de leite já pré-coagulado oferece como principal vantagem, em relação à do leite, um elevado aumento do fluxo de permeado, devido às características de maior porosidade da camada de polarização por concentração formada pelo leite coagulado. Na ultrafiltração de leite na unidade piloto CARBOSEP 2S 37, realizada a 4 bar, obteve-se para os dois tipos de membrana CARBOSEP utilizadas ( M4 e M6 ) um fluxo de permeado inicial em tomo 60 1/h.m2 e coeficientes de retenção de proteína de 99% para a membrana M4 e de 96% para a membrana M6. Já para o leite coagulado, o melhor desempenho foi da membrana de microfiltração M6, para a qual obtiveram-se um fluxo de permeado inicial de 300 1/h.m2 e um coeficiente de retenção de proteína de 94%, que embora seja inferior ao obtido para o leite, mostra também uma boa eficiência de separação para a membrana M6. Os processamentos de concentração com leite coagulado realizados na unidade de bancada MICROCARBOSEP 40, mostraram também um melhor desempenho em termos de fluxo para as membranas de microfiltração CARBOSEP Ml4 e M45. A possibilidade do uso de membranas de microfiltração CARBOSEP, para realizar a ultrafiltração de leite coagulado, obtendo-se inclusive um maior fluxo que o obtido para as membranas de DF, é conseqüência das características da camada de polarização por concentração formada dinamicamente sobre a membrana, que se comporta durante o processo como uma membrana secundária, de menor porosidade que a membrana primária. Os processamentos de concentração realizados com as membranas M4, na unidade piloto CARBOSEP 2S 37 e M6 e M8 na unidade de bancada, mostraram um aumento de fluxo de permeado com o aumento da pressão de 4 para 5 bar para o leite, enquanto para o leite coagulado o uso de uma pressão maior não resultou em um melhor desempenho da membrana. Os processamentos realizados com leite coagulado na unidade piloto CARBOSEP 2S 37, demonstraram a viabilidade do uso do processo na fabricação de um queijo semelhante ao queijo petit suisse ou outro queijo de massa mole, desde que sua produção não envolva coagulação ácida, já que em todos os processamentos realizados, o pH natural do leite ( 6,6 ¬ 6,7 ) foi mantido constante. Foram estudadas as influências das características da camada de polarização por concentração formada sobre a membrana e da incrustação (fouling ) da membrana, na transferência de massa e capacidade de permeação da membrana.Abstract: In the present work a study of the rennetted curd milk (obtained from whole milk ) ultrafiltration was conducted by using microfiltration (MF) and ultrafiltration (DF) CARBOSEP mineral membranes. (MF) CARBOSEP M45, M14 and M6 membranes, with average pore diameter of 0.45, 0.14 and 0.08 μm, respectively and (DF) CARBOSEP M9, M3 and M8 membranes, with average molecular weight cut-off of 300000, 150000 and 50000 Daltons, respective1y, have been used. The DF concentration experiments have been performed in a CARBOSEP 2S 37 ultrafiltration pilot unit ( 1.6m2 of membrane area ) and in a MICROCARBOSEP 40 bench ultrafiltration unit ( 75 cm2 of membrane area ). In order to compare the results, whole milk DF concentration experiments were also performed in the pilot unit. The DF concentration experiments were conducted at transmembrane pressures of 3, 4 and 5 bar , at a temperature of 35°C for coagulated whole milk and 55°C for whole milk. The tangential velocity was 4,0m/s for the pilot unit and 1,2 m/s for the bench unit. The major advantage in performing the DF of pre-coagulated milk, is the great improvement in the permeate flow obtained (10 times in some cases ), due to the high porosity characteristics of the concentration polarization layer formed by the coagulum on the membrane. An initial permeate flow of 60 l/h.m2 for the two used membranes ( M4 and M6 ) and protein retention coefficients of 97% for M6 membrane and 99% for M4 membrane, have been obtained in the milk DF experiments performed in the CARBOSEP 2S 37 unit, at 4 bar. When using the coagulated milk, the microfiltration M6 membrane showed the best performance, since an initial permeate flow of 300 1/h.m2 and a protein retention coefficient of 94% have been obtained. In spite being this retention coefficient lower than that obtained for milk, this value however represents, a good separation efficiency for M6 membrane Coagulated milk concentration experiments, carried out in the MICROCARBOSEP 40 bench unit, have also showed better performance for microfiltration membranes Ml4 and M45. The possibility of using microfiltration CARBOSEP membranes to perform coagulated milk DF, obtaining indusively a higher permeate flow than that obtained for ultrafiltration CARBOSEP membranes, is a consequence of the concentration polarization layer characteristics, formed dynamically over the membrane, that acts during the process as a secondary membrane with a lower porosity than the primary membrane porosity. The experiments conducted in the pilot unit with M4 membrane and in the bench unit with M6 and M8 membranes have showed, for milk, an improvement in the permeate flow, when the pressure was changed from 4 to 5 bar. For coagulated milk, however, the higher pressure has not resulted in better membrane performance. The experiments conducted in the pilot unit with coagulated milk, have showed the viability in using this process in the manufacturing of a cream cheese, like petit suisse cheese or other soft cheese, not involving acid coagulation, since the natural milk pH ( 6.6 to 6.7 ) was maintained constant throughout all the performed experiments. The influences of the concentration polarization layer characteristics and of the membrane fouling, on the membrane mass transfer and permeation capacity, have been studied