Ultrafiltração de Concentrados de Soro de Leite de Mistura ... · PDF fileUltrafiltração de Concentrados de Soro de Leite de Mistura para Fabrico de Requeijão ... em modo de recirculação

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Ultrafiltrao de Concentrados de Soro de Leite de Mistura

para Fabrico de Requeijo

Beatriz Monjardino de Brito de Azevedo

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Engenharia Qumica

Orientadores: Professora Doutora Maria Norberta Correia de Pinho (IST)

Professor Doutor Antnio Pedro Louro Martins (INIAV)

Jri

Presidente: Jos Manuel Flix Madeira Lopes (IST)

Orientador: Professor Doutor Antnio Pedro Louro Martins (INIAV)

Vogais: Professora Doutora Maria Isabel Nunes Janurio (ISA)

Dezembro de 2015

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Agradecimentos

Professora Doutora Maria Norberta de Pinho gostaria de apresentar os meus agradecimentos pela

orientao cientfica deste trabalho e pela dedicao demonstrada durante todo este o perodo.

Ao Professor Doutor Antnio Pedro Louro Martins pela disponibilidade, dedicao, orientao

cientfica e auxlio prestado durante a realizao do trabalho experimental executado no Instituto

Nacional de Investigao Agrria e Veterinria INIAV.

Ao Professor Doutor Vtor Geraldes pelo esclarecimento de dvidas sobre diversos aspetos tcnicos

e partilha de informaes imprescindveis para a realizao deste trabalho.

Unidade Produtiva de Torres Vedras da empresa Queijo Saloio S.A. por ter cedido o soro de leite

de mistura utilizado no desenvolvimento deste trabalho.

A todos os colegas e tcnicos dos laboratrios por onde passei, no Instituto Superior Tcnico e INIAV,

por todo o apoio prestado durante o desenvolvimento do trabalho experimental.

minha colega e amiga Sofia Cabral, por toda a ajuda prestada e por me ter acompanhado e

apoiado ao longo do desenvolvimento de todo este trabalho.

minha famlia, pais e irmos, por todo o apoio e carinho.

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Resumo

No presente trabalho foi investigada a viabilidade tcnica de se usarem concentrados proteicos

obtidos por osmose inversa, seguida de ultrafiltrao, na produo de requeijo. Foi feita a

otimizao do processo de concentrao, por ultrafiltrao, do soro de leite de mistura, pr-

concentrado por osmose inversa, tendo em vista o aproveitamento dos concentrados obtidos, com

um fator de concentrao em volume (FCV) de 2.0, para fabrico de requeijo. Estudou-se a influncia

de se usarem concentrados obtidos por osmose inversa, seguida de ultrafiltrao, no aumento do

rendimento de produo de requeijo e foi feita a respetiva anlise textural dos requeijes produzidos.

Nos ensaios de ultrafiltrao, em modo de recirculao total e de concentrao, utilizou-se uma

membrana do tipo GR95PP (Alfa Laval). Esta membrana revelou ser adequada para o efeito, devido

aos elevados fluxos de permeao observados, ao elevado coeficiente de rejeio aparente

protena e baixa rejeio aparente lactose. Foram fabricados requeijes a partir de soro de leite

de mistura integral, de soro concentrado por osmose inversa e a partir de soro concentrado por

osmose inversa, seguida de ultrafiltrao. Comparativamente aos requeijes tradicionais, os

requeijes produzidos a partir dos concentrados proteicos apresentaram teores de resduo seco e

coesividade semelhantes e teores de matria gorda inferiores. Em contrapartida, apresentaram

concentraes de protena, lactose e magnsio mais elevadas, bem como maior dureza e

adesividade, comparativamente aos requeijes tradicionais. A utilizao de concentrados proteicos

permitiu um aumento do rendimento do processo de fabrico do requeijo, em linha com os teores

mais elevados em protena.

Palavras-chave: Soro de Leite de Mistura; Osmose Inversa; Ultrafiltrao; Concentrados Proteicos;

Requeijo.

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Abstract

In this work was investigated the possibility of using the protein concentrates, obtained by reverse

osmosis and ultrafiltration, in the manufacturing of requeijo, a Portuguese traditional whey cheese.

The optimization of the concentration process of the pre-concentrated whey by ultrafiltration, was

made in view of the use of the concentrates obtained, with a concentration factor by volume (VCF) 2.0,

to requeijo manufacturing. It was studied the influence of using concentrates, obtained by reverse

osmosis and ultrafiltration, in the increase of requeijo production yield and was made the textural

analysis of the produced requeijes. In the ultrafiltration trials, in total recirculation and concentration

modes, a GR95PP membrane type (Alfa Laval) was used. This membrane proved to be adequate for

the process due to a high permeation flux observed, a high apparent rejection coefficient to the

protein and low apparent rejection to lactose. The protein concentrates (produced by ultrafiltration

from concentrated whey by reverse osmosis) were used to produce requeijo. Requeijo was also

produced by whole whey mixture and by concentrate of reverse osmosis before ultrafiltration.

Comparatively to the traditional requeijo (produced by whole whey mixture), the requeijo produced

by protein concentrates show similar levels of dry matter and cohesiveness, and significantly low

levels of fat. However, it shows higher protein, lactose and magnesium contents, as well as higher

hardness and adhesion, comparatively to the traditional requeijo. The use of protein concentrates

allowed a significant increase in the requeijo manufacturing process yield.

Keywords: Whey from mixture of cow, goat and sheep milks; Reverse Osmosis; Ultrafiltration;

Protein Concentrates; Requeijo.

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Nomenclatura

FCV - Fator de concentrao volumtrico

MF Microfiltrao

MWCO Limite de excluso molecular (molecular weight cut-off)

NF - Nanofiltrao

OI Osmose inversa

PSM Processos de separao com membranas

UF - Ultrafiltrao

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ndice geral

Agradecimentos .............................................................................................................................. iii

Resumo ................................................................................................................................................v

Abstract ............................................................................................................................................. vi

Nomenclatura ................................................................................................................................. vii

ndice geral ....................................................................................................................................... ix

ndice de tabelas .......................................................................................................................... xiii

ndice de figuras ............................................................................................................................ xv

1 Introduo .................................................................................................................................. 1

1.1 Indstria dos Lacticnios e produo de soro de leite ....................................................... 1

1.2 Questo ambiental vs Aplicaes do soro de leite .............................................................. 1

1.3 Processos de separao com membranas (PSM) ................................................................ 2

1.3.1 Princpios de funcionamento dos PSM .......................................................................................... 2

1.3.2 Tipos de membranas ............................................................................................................................ 3

1.3.3 Mdulos de membranas ...................................................................................................................... 4

1.3.4 Aplicaes das membranas ................................................................................................................ 5

1.3.5 Caracterizao de membranas: PSM conduzidos por presso ............................................ 5

1.3.5.1 Fluxo de permeao e Permeabilidade Hidrulica ................................................................................ 6

1.3.5.2 Fator de rejeio .................................................................................................................................................... 6

1.3.5.3 Fator de concentrao volumtrico .............................................................................................................. 7

1.3.5.4 Limite de excluso molecular (MWCO) ....................................................................................................... 7

1.3.6 Fatores que afetam o desempenho e funcionamento dos PSM ........................................... 7

1.3.6.1 Polarizao de concentrao ........................................................................................................................... 8

1.3.6.1.1 Modelo do filme ............................................................................................................................................. 8

1.3.6.1.2 Modelo da presso osmtica .................................................................................................................... 9

1.3.6.2 Colmatao ............................................................................................................................................................ 11

1.3.6.2.1 Modelo das Resistncias em S