Otimizando o fracionamento das proteínas do leite

Anitha Rasmussen, técnica de aplicações, e Hanne Sørensen, gerente de produtos de aplicações para alimentos e bebidas, PhD, Tetra Pak Filtration Solutions

Fracionamento de leite desnatado é sinônimo de microfiltração e, para esta tarefa, podem ser usadas membranas cerâmicas e poliméricas. Existe uma diferença significativa de preço entre os dois tipos, sendo as membranas cerâmicas mais caras. A pesquisa mostra que as membranas cerâmicas são superiores em relação à passagem de proteínas de soro de leite através da membrana e à retenção da caseína em comparação com as membranas poliméricas. Portanto, ambas as membranas têm benefícios e são úteis, dependendo de quais requisitos são de maior importância.

Algo que as membranas cerâmicas e poliméricas têm em comum é que há uma distribuição granulométrica dos poros em vez de um valor de corte definido, que seria o projeto ideal para a separação de proteínas. A distribuição granulométrica dos poros pode ser de largura variável e, portanto, o desempenho das membranas é frequentemente relacionado à criação de uma camada secundária de depósitos.

Testes de desempenho da membrana

A Tetra Pak concluiu uma série de testes que investigaram o desempenho da membrana em diferentes condições de processamento e, portanto, em diferentes composições da camada de depósitos. Combinar o desempenho de membranas de vários fornecedores com a criação de uma camada secundária de depósitos é crucial, pois isso definirá o desempenho final.

Os ensaios mostraram que o bom desempenho de uma fábrica de filtração por membrana polimérica pode ser obtido por diferentes condições de processamento, dependendo da membrana utilizada. Uma membrana relativamente aberta pode ser usada em conjunto com uma camada densa de depósitos criada a partir da baixa pressão da linha de base e do fluxo cruzado, resultando em um fluxo alto, na baixa retenção de proteínas de soro de leite e na alta retenção de caseína.

Outra membrana com uma distribuição granulométrica dos poros menor e mais estreita poderia ser combinada com a baixa pressão da linha de base e a alta pressão do fluxo cruzado, reduzindo a camada secundária de depósitos e fazendo com que o processo de fracionamento se baseasse nas propriedades da membrana propriamente ditas, em vez da camada de depósitos.

Outro aspecto bem documentado é a temperatura durante a filtração. A caseína  se solubiliza parcialmente a partir da micela da caseína quando refrigerada e segue as proteínas de soro de leite através da membrana. As membranas poliméricas são frequentemente operadas em condições de baixas temperaturas, permitindo um longo tempo de produção, mas infelizmente também uma alta transmissão da caseína . Esse cenário pode ser evitado com o aumento da temperatura, minimizando assim a diferença de desempenho entre as instalações de filtração polimérica e cerâmica.

Pré-tratamento de leite frequentemente negligenciado

Presume-se que o leite seja fresco e sem alterações ao chegar à fábrica, mas ele pode ter sido adquirido de diferentes fornecedores de laticínios, resultando em processos de pasteurização diversos. Isso levará a proteínas de soro de leite parcialmente danificadas que são difíceis ou impossíveis de passar pela membrana, dando início a uma série de efeitos indesejados, como a diminuição do rendimento das proteínas de soro de leite, o acúmulo de proteína no concentrado e/ou fluxo reduzido. Tudo isso pode resultar em uma capacidade inferior da fábrica.

Outro pré-tratamento é a concentração de leite por ultrafiltração/osmose reversa para fins de transporte ou para otimizar o design da linha de produção. A Tetra Pak descobriu que o grau e o tipo de pré-concentração provável afetará o desempenho da microfiltração subsequente no que diz respeito ao fluxo e às retenções. Portanto, existe uma possibilidade, muitas vezes não prevista, de otimizar o projeto de uma linha completa. O foco é geralmente direcionado ao processo individual (nesse caso, a microfiltração), mas nosso trabalho provou que o foco deve ser direcionado a soluções de linha totalmente otimizadas para atender aos requisitos necessários em cada laticínio.

Por Hanne Sørensen, gerente de produtos de aplicações para alimentos e bebidas, PhD, e Anitha Rasmussen,
técnica de aplicações da Tetra Pak Filtration Solutions