UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA Procesos de Alimentos Profesores: Mariana Ramírez Gilly Alumnos: Cruz Fausto Vianey Martinez Michelle Rodríguez Rodríguez Gloria Stephania Rodríguez Rodríguez Gloria Stephania Sánchez Jiménez Selene Sierra López Diego Fecha de entrega: 16 de Mayo del 2013 M icro fi ltr ación, ación, Ultr afi ltr ación ación y Osmos Osmosis is I nve nversa rsa
Son fenómenos básicamente idénticos que difieren solo en el tamaño de las partículas a separar y en el tipo de membrana usada. Una mezcla de componentes químicos es conducida a la superficie de la membrana, mientras otras son más o menos retenidas. A estos tipos de filtración se les llama en forma conjunta “filtración en membrana”, porque la separación de
los coloides se efectúa por medio de un film, o película o membrana. Estas membranas son de diferente tamaño de poros y de diferentes materiales, y la selección del medio filtrante está en función del líquido que se va a filtrar y de las partículas que se desea separar. La filtración por membranas es una tecnología basada en la presión. Con una porosidad selectiva capaz de separar partículas de 5 micrones hasta un peso molecular de 100. Las tecnologías incluidas en filtración por membranas son: Microfiltración, Ultrafiltración y Osmosis Inversa.
Microfiltración (MF): Este tipo de filtración trabaja a baja presión para para separar partículas partículas de alto peso molecular, coloides en suspensión o bien sólidos disueltos. Las membranas usadas para la microfiltración tienen un tamaño de poro de 0.1 – 10 µm. Estas membranas de microfiltración microfiltración retienen todas las bacterias. Parte de la contaminación contaminación viral es atrapada en el proceso, a pesar de que los virus son más pequeños que los poros de la membrana de microfiltración. microfiltración.
Microfiltración
Aplicaciones frecuentes incluyen la separación de células de extractos fermentados, fraccionamiento de proteínas de leche, leche, clarificación clarificación de jarabe de maíz y la recuperación de químicos de lavado CIP.
Ultrafiltración (UF): Es un paso de separación selectiva usada tanto para concentrar como para purificar compuestos de medio y alto peso molecular como ser proteínas lácteas, lácteas, carbohidratos, carbohidratos, y enzimas. En la ultrafiltración se separan moléculas o pequeñas partículas de menos menos de 0.3 µm en diámetro, correspondiente al límite de resolución del microscopio óptico. En ultrafiltración el tipo de membrana comúnmente
Ultrafiltración
usado es del tipo asimétrico. El tamaño de poro es suficientemente grande para que las moléculas de disolvente experimenten poca resistencia durante la permeacion a través de la membrana, mientras que el soluto es prácticamente rechazado o retenido. La simplicidad, el bajo costo, y el corto tiempo de operación son las principales ventajas de la ultrafiltración sobre otros procesos de separación convencionales como la evaporación, la extracción de disolvente, o la precipitación selectiva. Como áreas comunes de aplicación podemos mencionar la concentración de proteínas de suero, desalinización de gelatinas y concentración y clarificación de jugos frutales.
Osmosis Inversa (RO): Proceso de alta presión altamente utilizado como un método energéticamente eficiente para eliminar agua, concentrar compuestos de bajo peso molecular o purificar efluentes. Actualmente la ósmosis inversa es quizás el campo más activo dentro de la separación con membranas, especialmente por su aplicación a la desalinización del agua marina y el tratamiento de aguas residuales. Típica de tamaño de poro: 0.0001 micrones (10-10m)
Osmosis Inversa
Como aplicaciones comunes podemos mencionar la pre concentración de lácteos o de alimentos líquidos previo a una evaporación, pulido de condensado de evaporador y purificación de agua de proceso.
VENTAJAS
Alta eficiencia y bajos consumos energéticos. Uso reducido de reactivos químicos
Puede tratar grandes volúmenes. Bajos costos de operación.
Tamaños pequeños para las plantas de tratamiento.
DESVENTAJAS
Genera entre un 30 y 60 % de rechazo No son eficientes para el tratamiento de aguas con elevado contenido de elementos. A pequeñas escalas puede resultar más cara que a mayores escalas (economía de escalas). Las membranas no son completamente semipermeables, pueden ocurrir fugas de algunos co-iones de la misma carga que la membrana. Este efecto es generalmente insignificante en soluciones con concentración baja, pero pueden ser graves en soluciones concentradas, como el agua de mar.
CONDICIONES DE OPERACIÓN ULTRAFILTRACIÓN
Porosidad: 1 – 100 ηm Presión de operación: 1 – 10 bar
Tipo de filtración: Tamizado
Modo de operación: Filtración en línea (“dead -end
filtration”), Filtración tangencial (“crossflow filtration”)
Equipo de Ultrafiltración
CONDICIONES DE OPERACIÓN MICROFILTRACIÓN
Porosidad Microfiltración: 0.05 – 10 μm Presión de Operación Mic: < 2 bar
Tipo de filtración: Tamizado
Modo de Operación: Filtración en línea (“dead -end filtration”),
Filtración tangencial (“crossflow filtration”)
Tipos de membranas utilizadas:
Membrana Utilizada en Microfiltración
Membrana en espiral: A causa de su diseño compacto y su magnitud de área de membrana por elemento, los espirales se utilizan típicamente para aplicaciones de alto flujo con cantidades mínimas de sólidos es suspensión. Su ventaja reside en su bajo material y costo operativo. Membrana cerámica: Ideal para productos de valor agregado o productos sanitarios, al igual que para aplicaciones que requieran separaciones selectivas de fluidos conteniendo componentes agresivos como ser solventes. Membrana de acero inoxidable: Diseño rugoso, especialmente efectivo para aplicaciones que demanden condiciones de procesamiento extremas o productos con elevadas partículas sólidas y/o alta viscosidad. Membrana tubular: Altamente resistentes a taponarse al procesar corrientes con grandes cantidades de sólidos en suspensión o componentes fibrosos. Membrana de fibra hueca: Con densidad extremadamente alta de empaquetamiento y diseño de canales abiertos; ofrece la posibilidad de limpieza a contracorriente desde el permeado. Particularmente adecuada para flujos líquidos con bajos sólidos Plate and frame: Diseño de canales abierto permite utilizarla para productos de alta viscosidad, adecuada para aplicaciones alimenticias y farmacéuticas altas en sólidos. APLICACIONES O USOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA I ndu stri a Láctea
La filtración por membranas tiene muchas aplicaciones en la industria láctea, habiéndose convertido en parte importante del proceso de producción, especialmente en la fabricación de quesos. Estos incluyen:
Producción de WPC (Concentrado Proteico de Suero) de alto valor, hasta una concentración de 8285%, como así también de WPI (Aislado de Proteínas de Suero) 90%
Estandarización de proteínas de leche previa a la producción de queso para incrementar el rendimiento Concentración y desmineralización de suero para reducir costos de energía Reducción de la carga DBO/DQO proveniente de condensado del evaporador para reducir el costo de tratamiento del agua de desecho
I ndustria Al imenticia y de Bebidas
Sus aplicaciones incluyen:
Concentración de albúmina de huevo Clarificación de jugos de frutas Concentración de proteínas de legumbres y vegetales como soja, canola y avena
I ndustria del Al midón y Edulcorantes
En la industria del almidón y edulcorantes la filtración por membranas ha reemplazado en varias etapas del proceso a métodos tradicionales de separación, tales como los filtros prensa y la filtración rotativa al vacío. Los principales beneficios son la eliminación de manipuleos/disposición de tierra diatomea y el aumento del rendimiento del producto. Estas incluyen:
Clarificación de jarabe de maíz como dextrosa y fructosa Concentración del agua de lavado de almidón Enriquecimiento de dextrosa En los procesos de producción las membranas también pueden ser empleadas para decolorar, fraccionar y concentrar diversas soluciones azucaradas.
ARTICULO:
NARANJA (CITRUS SINENSIS) LA CONCENTRACIÓN DE JUGO POR ÓSMOSIS INVERSA D. F. Jesús a, M. F. Leite una, L.F.M. B Silva, R. D. Modesta b, V.M. Matta b, L.M.C. Cabral b *, Facultad de Ingeniería de Alimentos, Universidad Federal Rural de Río de Janeiro, Seropédica, RJ, Brasil, Tecnología de los Alimentos, Departamento de Ingeniería de Alimentos, Av Las Américas, 29501, Guaratiba, 23020-470 Rio de Janeiro, RJ, Brasil Recibido el 26 de enero de 2006 se recibió por Revisado el 12 de junio de 2006; aceptado 13 de junio 2006 Disponible en línea 25 de enero 2007 Solo la fuerza de jugo de naranja se concentró por ósmosis inversa en una placa y una planta piloto marco con 0,72 m2 de superficie de filtración. Tres. Se evaluaron las presiones transmembrana, 20, 40 y 60 bar, y se obtuvieron los factores de concentración de 2,3, 3,8 y 5,8. En estos transmembrana presiones el contenido final de sólidos solubles fueron de 16, 28 y 36? Brix, respectivamente. El contenido de vitamina C aumentó de 29,3 mg ascórbico cítrico/100 g (zumo de concentración simple) a 53,9, 82,7 y 101,1 mg/100 g, en los jugos concentrados obtenidos a los 20, 40 y 60 bar, respectivamente. Simulación del proceso continuo, el
flujo de permeado fue de 28 L / h m2 cuando la presión transmembrana fue 60 bar, mientras que los procesos llevados a cabo en 40 y 20 bar, presenta, respectivamente, 20 y 11 L / h m2. La evaluación sensorial del reconstituido zumo obtenido por dilución del jugo concentrado mostró que este producto había perdido su aroma y sabor característicos cuando en comparación con el zumo de naranja. En un segundo experimento, se evaluaron algunos atributos sensoriales en el jugo reconstituido obtenido por dos procesos de concentración: ósmosis inversa y evaporación térmica. El jugo del proceso de ósmosis inversa tiene un mejor sabor conservado. Se concluyó que es factible para concentrar el zumo de naranja por ósmosis inversa, manteniendo su sensorial y características nutricionales. Conclusiones Concentración de jugo de naranja con placa y poliamida marco las membranas se llevó a cabo con una alta retención de azúcar y vitamina C. Cuando se compara con la sola concentración jugo de naranja, el jugo concentrado por ósmosis inversa presenta mayor grado de acidez, contenido de vitamina C y la viscosidad como una consecuencia del aumento de la pasta y el contenido de sólidos solubles. El proceso llevado a cabo por lotes a 60 bar presenta el mayor factor de concentración (5,8) y resultó en una 30 º Brix en el producto final. Jugo de naranja concentrado por ósmosis inversa tenía un aroma característico mejor conservado en comparación con el zumo se concentra por térmica evaporación. 2006 Publicado por Elsevier Ltd. Bi bli ograf ía:
A. Hernández, F. Tejerina, J. I. Arribas, L. Martínez, Microfiltración, ultrafiltración y osmosis inversa, Universidad de Murcia, Madrid, 1990 José Antonio Ibáñez Mengual, Fundamentos de los procesos de transporte y separación en membrana EDITUM, Madrid, 1989 Francisco Osorio Robles, Juan Carlos Torres Rojo, Mercedes Sánchez Bas, Tratamiento de aguas para la eliminación de microorganismos y agentes contaminantes, Ediciones Díaz de Santos, Madrid, 2010 Roser Romero del Castillo, Manual de Industrias Lácteas, Mundi-Prensa Libros, Madrid, 2003 http://nanofiltra.wordpress.com/ www.geafiltration.com. www.elsevier.com/locate/jfoodeng (articulo)
