Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, leite e derivados, entre outros produtos
por Luiz Fernando Novazzi, Luiz Carlos Bertevello, Maristela Marin e Geraldo Fontana
As indústrias de transformação englobam diversos setores, como alimentos e bebidas, produtos químicos, metalurgia, veículos automotores, papel e celulose, plásticos e borrachas, entre outros. Tendo em conta o Produto Interno Bruto das indústrias de transformação, a participação do segmento de alimentos e bebidas é bastante relevante, com uma fatia ao redor de 15%. Além disso, o setor também apresenta crescimento importante. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, a produção física de alimentos e bebidas cresceu de fevereiro de 2008 em relação a fevereiro de 2007, 5,16% e 4,35%, respectivamente.
Ao se fabricar produtos alimentícios em grande escala, normalmente são necessárias diversas operações unitárias, tais como moagem, cristalização, lixiviação e filtração, dentre outras. Essa última operação é o objetivo da análise deste artigo.
De modo geral, a filtração pode ser definida como a separação de uma mistura heterogênea contendo um sólido e um líquido, fazendo com que o sólido fique retido num meio poroso e o líquido passe através desse meio. A força motriz do processo é uma diferença de pressão através desse meio. Os processos de filtração são classificados em função da maneira de como esse gradiente de pressão é imposto: gravidade, vácuo, forças centrífugas ou pressão diretamente.
Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, vinho, cerveja e em muitos outros. Nestes setores, durante as etapas de filtração, normalmente o líquido é a fração que mais interessa, com valor comercial, enquanto que o sólido é o de menor importância, ou muitas vezes é até indesejável. Dentro ainda do segmento alimentício e de bebidas, a filtração freqüentemente é realizada através de filtros prensa, filtros rotativos ou por meio de membranas.
Nos filtros prensa existe uma seqüência de placas metálicas perfuradas e alternadas entre si. Há um vão livre entre duas placas que permite a passagem da mistura heterogênea. Cada placa é coberta com um elemento filtrante e sobre ele começa a se depositar o sólido separado, formando uma torta que pode ser compressível ou incompressível. Esse tipo de arranjo dos filtros prensa é bastante versátil, já que a área das placas pode variar desde 0,01 m2 até 2 m2 e as placas podem ser organizadas até um conjunto de 100, resultando em 200 m2 de área para filtração. Como exemplo do emprego de filtros prensa em indústrias alimentícias, se obtém o refino de óleos vegetais. Nesse processo, os ácidos graxos livres são neutralizados com uma base, resultando em sabão. A mistura é centrifugada, lavada com água e centrifugada mais uma vez, quando então é clareada com diatomáceas. A separação dessas diatomáceas é feita num filtro prensa, com elemento filtrante de poros reduzidos.
Analisando o ramo de bebidas, a cerveja é obtida por fermentação alcoólica da infusão de uma mistura de lúpulo e malte de cevada ou outros cereais germinados ou não, em água, podendo ser adicionados hidratos de carbono, gás carbônico e outros produtos compatíveis com o consumo humano. Na produção de cerveja, depois da maceração do malte, o mosto resultante é separado em filtro prensa. A grande presença de células de leveduras e de partículas de proteínas coaguladas em suspensão na cerveja, após a maturação, faz com que seja necessária a operação de filtração, pois a presença dessas substâncias em suspensão torna a cerveja turva, impedindo que a mesma apresente uma característica brilhante e clara. Essa filtração também é realizada em filtro prensa, na presença de diatomáceas para favorecer o clareamento. Ainda do ramo de bebidas, durante a produção de refrigerantes, a purificação do xarope também é feita num filtro prensa, onde ficam retidas as impurezas presentes em suspensão. Também é utilizado o equipamento na produção de suco de frutas, que permite a separação do bagaço e da polpa desses vegetais.
Os filtros rotativos a vácuo são os mais populares na família dos filtros que utilizam pressão abaixo da atmosférica. Eles são basicamente constituídos por um tambor rotativo que gira com velocidades entre 1 rpm e 10 rpm e ficam com sua extremidade inferior imersa num reservatório contendo a mistura heterogênea a ser separada. O cilindro é perfurado, recoberto com um elemento filtrante e, através desses furos, faz-se vácuo, de modo que o líquido tende a ir para a parte interna do tambor. Concomitantemente, o sólido vai ficando retido na parte externa do elemento filtrante e forma a torta, que é separada no final de uma revolução do cilindro, por meio de um raspador.
Esses tipos de filtros são bastante comuns na indústria de açúcar e álcool no Brasil, sendo empregados na etapa de clarificação do caldo de cana.
Como exemplo do uso de filtros rotativos em indústrias de alimentos, tem-se a produção da fécula de mandioca, na qual a fécula refinada segue para o filtro visando a separação parcial da umidade e, posteriormente, sofre um processo de secagem final. Por operar de forma contínua, o uso de filtros rotativos a vácuo é mais freqüente do que o uso de filtros prensa.
O emprego de filtração por membranas ganha bastante espaço em aplicações na indústria de alimentos e bebidas. A capacidade de separação desse método, em temperatura ambiente e sem provocar mudança de fase, pode superar em termos de custo os processos tradicionais de filtros prensa e de filtros rotativos. Considera-se a filtração por membranas sempre que o diâmetro dos poros for inferior a 5 µm.
A filtração por membranas pode ser convencional, no qual o fluido escoa perpendicularmente à membrana (crossflow) ou tangencialmente, quando o fluido escoa paralelamente à membrana. As tecnologias incluídas dentro da filtração por membranas são:
Osmose reversa: Nesse método uma pressão hidráulica é aplicada numa solução e essa pressão acaba sendo maior do que a própria pressão osmótica da solução, fazendo com que as moléculas de água e o solvente da solução se difundam através da membrana. As pressões típicas de operação estão entre 2500 kPa e 6800 kPa. Esse tipo de processo é usado para soluções que contêm uma concentração muito baixa de soluto e, caracteristicamente, é empregada para tratamento de água.
Nanofiltração: Em soluções contendo uma mistura de espécies iônicas, íons monovalentes tendem a passar pela membrana, enquanto os íons de carga mais elevada não conseguem permear pela mesma. Isso provoca uma diferença de potencial químico entre as soluções, fazendo com que as pressões necessárias para separação sejam menores do que na osmose reversa. Nesse caso, as pressões ficam entre 700 kPa e 4000 kPa.
Ultrafiltração: Nessa situação, os poros das membranas são maiores do que na osmose reversa e na nanofiltração. Desse modo, moléculas pequenas conseguem passar pela membrana enquanto que moléculas maiores ficam retidas.
As pressões de trabalho mais uma vez são menores, ficando entre 100 kPa e 1000 kPa. Esse processo tem se tornado cada vez mais comum na indústria de laticínios, para fracionamento do leite.
Microfiltração: Os poros das membranas usadas nesse processo são maiores do que os poros das membranas utilizadas para ultrafiltração. Com poros de até 2 µm, consegue-se trabalhar com pressões de 50 kPa até 600 kPa. Independentemente do tamanho dos poros utilizados na filtração por membranas, o potencial de uso em indústrias de alimentos e bebidas é grande. Existem exemplos de aplicação para clarificação de suco de frutas; concentração de proteínas
encontradas em soja, canola e clara de ovos; retirada de álcool de cervejas e vinhos; produção de gelatinas; clarificação de maltodextrina e frutose, dentre outros.
Existe uma gama de aplicações de filtração na indústria de alimentos e de bebidas. Mesmo assim, foram abordados relativamente poucos exemplos, dada à extensão do assunto. Fica, portanto, o convite ao leitor para realizar uma pesquisa mais profunda sobre o tema, por meio de visitas a sites na Internet de fabricantes especializados e também consultas em bibliografia sobre a área.
Engenheiros Luiz Fernando Novazzi, Luiz Carlos Bertevello, Maristela Marin e Geraldo Fontana, professores de Engenharia Química do Centro Universitário da FEI – Fundação Educacional Inaciana, São Bernardo do Campo, SP.
Tel.: 4353-2900
E-mail: [email protected] | [email protected]
Fonte: http://www.meiofiltrante.com.br/
