Efeitos das condições operacionais na microfiltração do suco de maçã

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2009

A preocupação dos consumidores com uma alimentação saudável tem levado a indústria de alimentos a desenvolver e aprimorar produtos nutritivos, sem conservantes químicos e com atributos sensoriais que sejam agradáveis aos consumidores. Uma das opções existentes no mercado são os sucos de frutas, por serem ricos em vitaminas, sais minerais, açúcares e substâncias antioxidantes. Os métodos tradicionais de produção de suco de frutas envolvem muitas operações em batelada, que são dispendiosas e consomem muito tempo. Além disto, muitas delas submetem o suco a temperaturas elevadas, o que pode acarretar a perda de algumas substâncias responsáveis pelo aroma e sabor das frutas. Como alternativa aos métodos tradicionais, os processos de separação por membranas (PSM), como a microfiltração e a ultrafiltração, têm sido estudados para a clarificação de suco de frutas. Neste trabalho, suco de maçã foi clarificado através de microfiltração, utilizando-se membrana orgânica de polietersulfona na configuração fibra-oca, com ponto de corte de 0,4 µm. Foram investigados os efeitos das variáveis pressão transmembrana, temperatura e velocidade tangencial no fluxo permeado e nas características físico-químicas do suco. Da microfiltração do suco de maçã, resultou um permeado com teor de sólidos solúveis em torno de 16,6 ºBrix, pH 3,76 e acidez titulável de 0,36 g/100 mL. O pH e a acidez total do suco clarificado sofreram pouca variação em relação ao suco antes do processamento. Em relação ao teor de sólidos solúveis, houve uma redução de aproximadamente 22% no suco clarificado, enquanto a cor e a turbidez foram reduzidas em 65% e 74%, respectivamente. A partir do planejamento experimental, observaram-se os maiores fluxos permeados à pressão transmembrana de 1,5 bar, temperatura de 30ºC e velocidade tangencial de 1,0 m/s. Das condições operacionais utilizadas, verificouse que a pressão transmembrana foi aquela que mais influenciou no fluxo permeado. A cor e a turbidez do suco permeado foram influenciadas pela velocidade tangencial, enquanto a temperatura alterou o teor de sólidos solúveis. Quanto maior a temperatura, maior o teor de sólidos solúveis observados no permeado. Por outro lado, um aumento na pressão transmembrana influenciou negativamente no teor de sólidos solúveis do suco clarificado. O tratamento enzimático contribuiu positivamente para o fluxo permeado, que aumentou 27,2% em relação ao fluxo de suco de maçã não tratado com enzimas. Verificou-se ainda que, em pressões maiores, ocorreu maior colmatagem da membrana. Um aumento da pressão de 0,5 bar para 2,5 bar resultou num aumento de 21% no índice de colmatagem. O procedimento de limpeza da membrana que se mostrou mais eficaz foi quando se utilizou solução de NaOH a 1%, e NaClO a 100 ppm. Finalmente, verificou-se que o processo de clarificação do suco de maçã através da microfiltração, nas condições utilizadas, mostrou-se eficiente. Houve redução da cor e da turbidez do suco a partir da redução dos sólidos suspensos, preservandose as principais características físico-químicas que conferem qualidade ao suco, como o brix e a acidez.

Consumer concern with healthy eating has led the food industry to develop and improve nutritious products, without chemical preservatives and with sensorial attributes which are pleasing to consumers. One option available on the market is fruit juices, since they are rich in vitamins, minerals, sugars and antioxidant substances. Traditional methods for the production of fruit juices involve several batch operations, which are expensive and time consuming. Also, many of them submit the juice to high temperatures, which can result in the loss of some substances responsible for the fruit aroma and flavor. As an alternative to traditional methods, membrane separation processes (MSP), such as microfiltration and ultrafiltration, for the clarification of fruit juices have been studied In this study, apple juice was clarified through microfiltration, using an organic polyethersulphone membrane with a cut-off point of 0.4 µm, in a hollow-fiber configuration. The effects of the variables transmembrane pressure, temperature and tangential velocity on the permeate flux and on the physico-chemical characteristics of the juice were determined. The microfiltration of the apple juice resulted in a permeate with a soluble solids content of around 16.6 ºBrix, pH 3.76 and average titratable acidity of 0.36 g/100 mL. The pH and total acidity of the clarified juice underwent little variation in relation to the whole juice. There was a reduction of approximately 22% for the clarified juice in relation to the soluble solids content, while the color and turbidity were reduced by 65% and 74%, respectively. From the experimental design, the highest permeate fluxes were observed at a transmembrane pressure of 1.5 bar, temperature of 30ºC and tangential velocity of 1.0 m/s. Of the operating conditions used, it was verified that the transmembrane pressure had the greatest influence on the permeate flux. The color and turbidity of the juice permeate were influenced by the tangential velocity, while the temperature influenced the soluble solids content. The higher the temperature the greater the soluble solids content observed in the permeate. On the other hand, an increase in the transmembrane pressure negatively influenced the soluble solids content of the clarified juice. The enzymatic treatment contributed positively to the permeate flux which increased by 27.2% in relation to the flux of the apple juice not treated with enzymes. It was also verified that at higher pressures, greater clogging of the membrane occurred. An increase in the pressure from 0.5 bar to 2.5 bar resulted in a 21% increase in the clogging index. The most efficient procedure for the membrane cleaning was found to be when a solution of 1% NaOH and 100 ppm NaClO was used. Finally, it was verified that the apple juice clarification process through microfiltration under the conditions used was efficient. There was a reduction mainly in the turbidity, and also in the color, of the juice due to a reduction in the suspended solids, preserving the physico-chemical characteristics which confer quality to the juice, such as ºBrix and acidity.