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Laura. F. M. CORREIA 1, Jean-Louis MAUBOIS 2,

Antonio F. Carvalho 1

Aplicações de tecnologias de membranas na

indústria de laticínios

Fazer Melhor

1 Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, Brasil,2 Institut National de la Recherche Agronomique STLO, Rennes, Bretagne, France

1 - Introdução

Entre as indústrias de alimentos, a indústria de laticínios é, sem dúvi-da, a que apresentou maior introdução das tecnologias de membrana,

Microfiltração (MF), Ultrafiltração (UF), Nanofiltração (NF) e Osmose Rever-sa (OR). Inúmeras razões ocasionaram este sucesso, tais como conhecimento profundo das características bioquímicas do leite e dos co-produtos (princi-palmente soro), dinamismo das equipes de pesquisa, temperatura de pro-cessamento, alta poluição ambiental inaceitável, provocada pela descarga de soro de queijo, entre outras. Em vários países, a presença de um equipamen-to de membrana em uma fábrica de laticínios é, atualmente, tão comum quanto à presença de uma desnatadeira.

Entre os fatores que justificam a utilização mais intensa das tecnologias de membrana pelas indústrias de laticínios está o efeito negativo produzido pe-los tratamentos térmicos convencionais nos derivados lácteos. Tratamentos térmicos como pasteurização, termização ou esterilização em autoclave ou tratamento UHT, comumente utilizados no leite, garantem a segurança dos produtos lácteos e derivados, mas, quase sempre, promovem alterações irre-versíveis dos componentes do leite, alteram as propriedades físico-químicas dos sais de cálcio (equilíbrio de proteínas) e afetam a qualidade organolép-tica do leite fluido e produtos lácteos, bem como a capacidade de fabrica-ção de queijos. Além disso, as células das bactérias mortas permanecem no leite tratado, com suas enzimas potencialmente ativas, que, juntamente com a atividade metabólica desenvolvida pelo crescimento das bactérias termo-dúricas remanescentes, poderão causar alterações no leite fluido durante o armazenamento, reduzindo sua vida de prateleira comercial.

Neste contexto, surgem os Processos de Separação por Membranas (PSM), ou seja, operações que utilizam membranas no fracionamento de mistu-ras, soluções e suspensões abrangendo espécies de tamanho e natureza química diferentes. Os PSM são amplamente utilizados na indústria de ali-mentos em aplicações que envolvem desde tratamento de efluentes até concentração, purificação e fracionamento de componentes de uma so-

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lução (BALDASSO, 2008). Algumas outras aplicações na indústria de alimentos podem ser citadas: concentração de leite, concentração das proteínas do soro, purificação e potabilização da água, clarificação e concentração de sucos de frutas, clarificação e desalcoolização de cerveja e vinho, recuperação de efluentes gerados no processa-mento de alimentos, desmineralização de água para cal-deiras, clarificação de soluções, entre outros (HABERT et al., 2006, PETRUS, 1997).

2 - AplIcAções dAs tecnologIAs de membrAnA nA IndústrIA de lAtIcínIos

As proteínas são, sem dúvida, o componente do leite mais preocupante quando se trata de tecnologias de separa-ção por membranas. Com efeito, estas tecnologias abrem novas perspectivas para tirar proveito da diversidade das proteínas e de suas propriedades únicas em diversos campos tais como funcionalidade técnica (solubilidade, emulsificação, cremosidade e habilidades de formação de espuma, retenção de água, ajuste de viscosidade) e qua-lidade nutricional (requisitos de aminoácidos e regulação através de seus biopeptídeos derivados das principais fun-ções fisiológicas dos seres humanos) (MAUBOIS & OLLI-VIER, 1997, MAUBOIS, 2002).

2.1 - Produção de leites fluidos

Uma alternativa interessante aos tratamentos térmicos, utilizados tradicionalmente na descontaminação de lei-

te cru, é a utilização do processo de microfiltração (MF). Através de uma membrana de MF especialmente pro-jetada, pode-se separar de um leite desnatado aqueci-do todas as células somáticas e a maior parte da gordu-ra residual e dos microrganismos contaminantes, sendo concentradas 20 vezes no retentado da MF. Além disso, membranas de microfiltração retêm esporos formadores de bactérias, os quais representam as principais espécies sobreviventes à pasteurização.

Considerando as contaminações do leite em nível de fa-zenda, geralmente descritas, o leite desnatado microfil-trado em uma membrana com poros de 1,4 µM, conterá menos que 1 UFC/L de bactérias patogênicas (SABOYA & MAUBOIS, 2000), podendo ser considerado tão segu-ro como o leite pasteurizado. No processo de padroni-zação de gordura, o leite desnatado microfiltrado é mis-turado com uma quantidade de creme de leite aquecido (95 °C/20 s); a mistura é então homogeneizada e assep-ticamente embalada. O prazo de validade autorizado, para este produto estocado em uma temperatura na fai-xa de 4 a 6 °C, é de três semanas, apresentando melhor sabor (não possui gosto de cozido) e boa capacidade de armazenamento (EINO, 1997).

Em algumas plantas, o uso de MF 1,4 µM tem sido esten-dido como um pré-tratamento na produção de leite UHT, afim de diminuir a intensidade do tratamento térmico (re-dução a 140 °C/4s ou menos), tendo como consequência

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Fazer Melhor

menor sabor de cozido e uma capacidade de armazena-mento melhorada, em função da remoção de enzimas ter-modúricas presentes em bactérias mortas e células somá-ticas (CARVALHO e MAUBOIS, 2009).

Já o processo de ultrafiltração oferece a possibilidade de ajustar o conteúdo de proteína do leite de consumo, seja pela sua concentração específica ou através da adição do permeado de UF de leite no leite coletado, visando supe-rar as variações naturais na composição do leite devidas à raça, estações do ano, tipo de alimentação e estágio de lactação, embora essa prática de padronização do leite ainda não seja permitida.

A remoção de células somáticas a partir de leite cru integral é possibilitada por membranas de MF, sendo retidas 93 a 100% das células somáticas no retentado da MF.

Para os leites fermentados tais como iogurtes, o enrique-cimento do leite, seja por OR ou NF pode originar produ-tos considerados melhores em termos de textura e sabor do que aqueles fabricados com leite adicionado de leite em pó (TAMIME & ROBINSON, 1985). Tais resultados são provavelmente originados por uma redução drástica da reação de Maillard sempre iniciada no leite em pó e na ausência de partículas insolúveis, as quais estão mais ou menos presentes, mesmo em pós de alta qualidade. A me-lhora do sabor específico encontrada em iogurtes feitos a partir de leite concentrado por NF é provavelmente ori-ginada pela redução específica de íons monovalentes (Na e Cl), para os quais os consumidores são particularmente sensíveis.

2.2 - produção de queijo

O completo controle da qualidade bacteriológica de leite para produção de queijo pode ser realizado por um pré-tratamento através da MF 1,4 µM, sendo que os quei-jos feitos a partir de leite desnatado microfiltrado, neste tipo de membrana, adicionado de creme pasteurizado são tão seguros, do ponto de vista higiênico, quanto aos queijos fabricados com leite pasteurizado (SABOYA & MAUBOIS, 2000). Além disso, em virtude do pré-trata-mento por MF remover a um nível muito alto os esporos formadores de bactérias tais como Clostridium tyrobu-tyricum, a adição de nitrato em um nível de 15 g por 100 kg de leite, tal como é realizada em alguns países como a Holanda, para evitar estufamento tardio de queijos se-miduros, poderia ser eliminada. Esta prática traria conse-quências positivas para o ambiente, para a qualidade do soro resultante e para a saúde dos consumidores (MEER-SOHN, 1989).

O enriquecimento de proteína integral do leite para pro-

dução de queijo através de UF é amplamente utilizado em muitos países. O aumento específico de proteínas do leite varia de uma simples padronização até a ob-tenção de um teor de proteína e de gordura semelhante ao existente na coalhada drenada, produto denominado por Maubois et al. (1969) como um Pré-Queijo Líquido. A MF também pode ser utilizada como uma ferramenta na indústria de queijos para o enriquecimento específi-co em caseína micelar do leite para produção de queijo (MAUBOIS et al., 2001). Para alcançar êxito na fabricação de queijo por UF ou MF, as propriedades específicas da proteína do leite enriquecido para queijo devem ser bem compreendidas, pois elas determinam a qualidade do queijo final.

Atualmente, um número de variedades de queijo é feito industrialmente em todo o mundo, utilizando UF e MF de acordo com formulações específicas (MISTRY & MAUBOIS, 2004), com recentes evoluções na produção de quei-jo fresco não curado, no ajuste do flavor e da textura de queijo macio e na melhoria da qualidade dos queijos pro-duzidos a partir de leite em pó.

2.3 - tratamento do soro de leite

O processamento de soro de leite foi uma das primeiras aplicações das técnicas de membrana na indústria de lati-cínios. Neste contexto, o uso de MF para o tratamento de leite para produção de queijo originou uma nova catego-ria de soro, chamada “soro ideal” (FAUQUANT et al. 1988), produto estéril, sem gordura e κ-GMP. Esta nomenclatu-ra se deve ao fato de que o soro proveniente de um leite que não foi submetido ao aquecimento em condições in-dustriais, mantém o teor de proteína e sais da fase aquosa do leite cru.

Quando tratado por UF, o leite microfiltrado é concen-trado originando os isolados protéicos, tais como WPC (Whey Protein Concentrate) ou WPI (Whey Protein Isola-te), que possuem alta qualidade nutricional e técnico-funcional (capacidade de formação de espuma, gelifi-cação, solubilidade), melhores do que as obtidas para WPC e WPI feitos a partir do soro clássico (BACHER & KONIGSFELDT, 2000).

As técnicas de membrana também podem ser úteis às in-dústrias na redução do consumo de energia. Neste caso, o uso de OR como alternativa à evaporação a vácuo para pré-concentração de soro permite uma grande economia de energia. O consumo de energia por tonelada de água removida através de OR é de 9 kWh, já para a evaporação a vácuo o consumo está na faixa de 90 a 150 kWh (DAU-FIN et al., 1998). Atualmente, as membranas de OR tem sido substituídas por uma membrana de NF, com o fim de realizar, simultaneamente, concentração (até um teor

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de sólidos totais de 22 a 25%) e desmineralização parcial (remoção de 25 a 50% dos sais minerais, principalmente as espécies monovalentes). Além deste duplo efeito, o uso da NF proporciona economia de energia comparada à OR, redução de efluentes e melhoria significativa da secagem de soro, devido a uma melhor cristalização da lactose. Por outro lado, a utilização da NF tem fornecido à indústria de laticínios novas possibilidades de comercializar, com razo-ável valor agregado, componentes do soro de leite ácido, os quais anteriormente eram difíceis de adequar para ali-mentação animal, devido ao seu alto conteúdo de mine-rais e também constituíam fonte de contaminação para o meio ambiente.

Além das vantagens citadas, as técnicas de membrana podem gerar produtos com propriedades técnico-fun-cionais. Neste contexto, o retentado do soro microfil-trado com alto teor de fosfolipídios tem potencial para aplicação na indústria de alimentos (produtos lácteos com baixo teor de gordura ou salsichas) ou cosméti-cos, como um agente de emulsificação eficaz. Além dis-so, este material constitui uma excelente matéria-prima para a produção de fosfolipídeos purificados (fosfatidi-letanolamina, fosfatidilinositol, fosfatidilserina, fosfatidil-colina, esfingomielina e ceramidas) com um rendimento de 150g por 1000 litros de soro. Já o permeado do soro ultrafiltrado pode se destinar à alimentação animal ou para fabricação de lactose, após desmineralização parcial por NF. Em alguns países, é produzido etanol a partir do permeado de soro ultrafiltrado, por meio de fermenta-ção por leveduras (BARRY, 1982).

2.4 - tratamento de salmoura e águas residuais de laticínios

Apesar das inúmeras ações implementadas para reduzi-las, a indústria de laticínios ainda é grande produtora de águas residuais (entre 1 e 5 L de água por litro de leite tratado). Neste contexto, as tecnologias de membrana têm permitido não só a redução do volume e da polui-ção gerada por essa água utilizada, mas também a reci-clagem de uma parte significativa da água do leite. As “águas brancas”, resultantes da condensação da água do leite durante a evaporação a vácuo do leite, podem ser tratadas tanto por OR ou por uma combinação de NF + OR (DAUFIN et al., 1998). O permeado resultante pode ser usado como uma fonte de calor, como água de la-vagem ou como uma fonte de água para produção de vapor (IDF, 1988).

A utilização das técnicas de membrana tem sido conside-rada para o tratamento de todas as águas residuais gera-das pela transformação de leite e até mesmo para reciclar as soluções CIP (Cleaning in Place). Neste contexto, o uso

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de membranas cerâmicas de MF, UF e NF, as quais podem suportar ampla escala de pH, assim como algumas mem-branas orgânicas específicas, resistentes a elevado pH, tem sido proposto para a reciclagem de soluções ácidas e de soda cáustica empregadas na indústria de laticínios em sistemas CIP (DAUFIN et al., 1998).

Além destas aplicações, as técnicas de membranas tam-bém podem ser empregadas para purificação de salmou-ras. Neste caso, a MF pode ser uma técnica interessante para descontaminar a salmoura, em substituição à pasteu-rização e tratamento de Kieselguhr, atualmente utilizados. Nestes tratamentos convencionais, a forma de inativação de microrganismos contaminantes altera o equilíbrio de proteínas e minerais da salmoura e, portanto, modifica as transferências dos sais minerais de Ca e Na entre a sal-moura e o queijo (PEDERSEN, 1992).

3 - conclusões

As tecnologias de membrana já proporcionaram grandes avanços na qualidade dos produtos lácteos existentes e no desenvolvimento de novos produtos, além de propicia-rem processos mais eficientes e, consequentemente, maior lucratividade para a indústria (ROSENBERG, 1995). Atual-mente, a indústria de laticínios mundial possui ferramen-tas poderosas e flexíveis para melhoria da segurança de todos os produtos lácteos, evitando tratamentos térmicos cumulativos e intensos, prejudiciais às propriedades bioló-gicas intrínsecas dos componentes do leite.

As diferentes tecnologias de membrana (MF, UF, NF e OR) eventualmente combinadas com outros métodos de sepa-ração como a cromatografia, trazem novas perspectivas para o fracionamento de numerosos componentes do lei-te, especialmente proteínas.

Finalmente, com base no exposto, observa-se a necessi-dade do trabalho conjunto entre indústrias laticinistas e pesquisadores da área de lácteos para expandir as capa-cidades dos processos de membrana, com o objetivo de melhorar a qualidade do leite e criar novos derivados, de forma a atender às necessidades constantes de novidade dos consumidores de lácteos.

reFerÊncIAs bIblIogrÁFIcAs

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