Clarificação e pré-concentração de caldo de cana através de membranas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2016.Para a produção do açúcar comercial, o caldo de cana-de-açúcar atualmente é clarificado por processo físico-químico, o qual demanda uso de insumos e diversos equipamentos para as várias etapas necessárias. O uso de membranas de micro e ultrafiltração em substituição à clarificação convencional já vem sendo estudado em países que produzem açúcar a partir de cana, como no Brasil. Entretanto, ainda não existem estudos detalhados da utilização de membranas no processo produtivo de açúcar no Brasil, apesar de o país ser o maior produtor mundial de cana de açúcar, de açúcar e de álcool. No presente trabalho foram avaliadas, frente à clarificação do caldo de cana pré-filtrado, duas membranas de microfiltração, uma cerâmica e uma polimérica de fibras ocas e uma membrana de ultrafiltração polimérica. Foi avaliada a influência dos parâmetros de operação, temperatura (T), pressão transmembrana (P) e velocidade tangencial (Vt). A membrana cerâmica, de configuração tubular e ponto de corte de 0,2 ?m (denominada M1), e a polimérica de fibras ocas de ponto de corte 0,2 ?m (denominada M2) foram montadas em diferentes sistemas piloto. Foi realizado planejamento experimental fatorial para otimização das condições, sendo os resultados submetidos à análise de variância (ANOVA) a 5% de probabilidade, pelo teste de Tukey, através do software Statistica (versão 7.0). Foram obtidas ainda as superfícies de resposta combinando dois a dois os fatores de estudo (T, P e Vt). Os fluxos obtidos foram bastante superiores aos apresentados em pesquisas anteriores e o fouling bastante inferior. O caldo clarificado por estes processos apresentou-se bastante claro, limpo e livre de turbidez. Foram realizadas análises de pH, °BRIX, cor, turbidez e índice de polarização (pol) para avaliar a qualidade do caldo obtido pelos processos propostos. A redução de cor e turbidez obtida para as duas membranas foi superior ao apresentado para o processo convencional, físico-químico, de clarificação. A manutenção da sacarose no permeado foi confirmada pelas análises de °BRIX e pol e cálculos de retenção de açúcares. A membrana polimérica de polifloureto de vinilideno (PVDF) de ultrafiltração foi preparada pelo método de inversão de fases e foi avaliada a influência dos mesmos parâmetros (T, P e Vt) frente à ultrafiltração do caldo de cana, sendo o permeado obtido igualmente claro e limpo. A fim de avaliar a possível aplicação de nanofiltração para pré-concentração do caldo clarificado, utilizou-se membranapolimérica de PVDF tendo-se confirmado a retenção de solúveis na corrente do retentado através de análises de °BRIX no permeado.Abstract : For the production of commercial sugar, sugar cane juice currently is clarified by physical/chemical process, which requires the use of chemical products and several equipments for the necessary stages. The use of membranes of micro and ultrafiltration in substitution of the conventional clarification has been studied in countries that produce sugar by cane, like Brazil. However, there aren?t detailed studies about use of membrane in the process of production of sugar in Brazil, despite of the country to be the biggest world producer of sugar cane, of sugar and alcohol. In this work, were avaluated before the clarification of pre-filtered sugar cane juice, two membranes of microfiltration, one ceramic and one polymeric of hollow fiber, and one membrane of ultrafiltration polymeric. It was evaluated the influence of parameters of operation, temperature (T), transmembrane pressure (P) and speed crossflow (Vt). The ceramic membrane, of tubular configuration and cutt of 0,2 ?m (denominated M1) and the polymeric of hollow fiber of cutt of 0,2 ?m (denominated M2) were done in different pilot system. Factorial experimental planning was performed for optimization of conditions and the results have been submited to the variance analysis (ANOVA) to 5% of probability, by means of Tukey test, sotware Statistica (version 7.0). Surfaces answers were still obtained combining two by two the factors of study (T, P, Vt). The rates obtained were much superior to those shown in previous researchs and the fouling much inferior. The juice clarified by these processes showed very limpid, clean and turbity free. pH, °BRIX, turbidy, color and pol analysis were performed in order to evaluate through of proposed process. The reduction of color and turbity obtained for the two membranes was superior than that obtained through conventional process. The maintenance of sucrose of permeate was confirmed by analysis of °Brix and pol and calculus of membrane retention. The polymeric membrane of polifluoride of vinilidene (PVDF) of ultrafiltration was made by means of phases of inversion method and the influence of the same parameters before the ultrafiltration of sugar cane juice was evaluated, and the permeate obtained was identically limpid and clear. In order to evaluated the application of the nanofiltration in the pre-concentration of juice clarified, polymeric membrane of PVDF was used and the retention of solubles in retentate current was confirmed through °BRIX analysis of permeate