Efeito de campo magnético no desempenho da ultrafiltração de soluções proteicas utilizando membrana polimérica

Abstract

Os processos de separação por membranas são largamente empregados na indústria de alimentos devido a sua seletividade e fácil escalonamento. Suas aplicações envolvem desde concentração e purificações de bioprodutos, até os tratamentos de efluentes. Um dos problemas enfrentados por esta técnica é a redução da permeabilidade causada pela polarização por concentração e incrustação da membrana. Dentro deste contexto, o presente trabalho avaliou a aplicação de campo magnético no processo de ultrafiltração (UF) de soluções proteicas como alternativa para melhorar o desempenho e a recuperação da permeabilidade após a UF. Os ensaios de permeação foram realizados em um módulo tangencial, com soluções modelos constituídas de albumina do soro bovino (ASB), leite e soro do leite, na ausência e presença dos sais cloreto de sódio (NaCl), sulfato de amônio((NH4)2SO4) e cloreto de cálcio (CaCl2) em diferentes pH (4,0; 6,5 e 8,0). A alimentação foi permeada em membranas de UF confeccionadas de polietersulfona hidrofílica com massa molar de corte de 50 kDa, na ausência (SC) e presença (CC) de um campo magnético de 0,7 T, perpendicular à superfície da membrana. O efeito da indução magnética (IM) das soluções também foi estudado pela circulação da solução através de um campo de mesma intensidade durante 2 h. Após a compactação e a determinação da permeabilidade da membrana nova com água ultrapura, foram realizadas as permeações das soluções proteicas. Após cada ensaio de UF foram realizadas a limpeza física e química para avaliar a recuperação da permeabilidade da membrana. Observou-se que a adição dos sais à solução causou a diminuição do fluxo de permeado. O pH da solução influenciou no desempenho das membranas, sendo que quanto mais perto do ponto isoelétrico (pI) da solução de ASB (4,7), ocorria uma maior incrustação da membrana, com isso, uma menor recuperação do fluxo de permeado e permeabilidade. A presença do campo magnético (CC) e o efeito de indução magnética (IM) da solução mostraram-se eficientes no aumento de fluxo de permeado e na recuperação da permeabilidade, diminuindo os efeitos da incrustação da membrana, com exceção para os experimentos realizados com soro de leite. A retenção das proteínas pela membrana manteve-se praticamente constante tanto na presença do campo magnético quanto nos ensaios nos quais foi avaliado o efeito da indução magnética em todos os experimentos, exceto quando a alimentação consistiu do soro de leite com adição de NaCl, na qual observou-se um aumento comparado à permeação do soro de leite sem12sal. A aplicação do campo magnético na UF de soluções proteicas provou ser uma alternativa atrativa para melhoria do desempenho do processo.<br>

Abstract : Membrane separation processes are widely used in the food industry due to their selectivity and easy scale-up. Their applications involve from concentration and purification of bioproducts to wastewater treatment. One of the problems with this technique is the permeability reduction caused by concentration polarization and fouling of membrane. In this context, the present study evaluated the application of magnetic field in the ultrafiltration process (UF) of protein solutions as an alternative to improve the performance and recovery of permeability after UF. The permeation tests were performed in a tangential module with model solutions consisting of bovine serum albumin (BSA), milk and whey, in the absence and presence of the salts sodium chloride (NaCl), ammonium sulfate ((NH4)2SO4)) and calcium chloride (CaCl2) at different pH (4.0, 6.5 and 8.0). The feed was permeated through UF membranes made of hydrophilic polyethersulfone with 50 kDa molecular weight cut off (MWCO) in the absence (SC) and presence (CC) of 0.7 T magnetic field perpendicular to the membrane surface. The magnetic indution (IM) effect of solutions was also investigated by circulating the solution in a same intensity of field for 2 h. After compaction and determination of permeability of new membrane with ultrapure water, were performed permeations of protein solutions. After each UF run, physical and chemical cleaning were performed to evaluate the recovery of permeability membrane. It was observed that the addition of salts in the solution caused the decrease of the permeate flux. The pH of solution affect the membranes performance. When the pH of solution was close to the isoelectric point (pI) of BSA solution (4.7) higher membrane fouling occurred, thus, a lower recovery of permeate flow and permeability. The presence of the magnetic field (MF) and the magnetic indution (IM) effect of the solution were effective in increasing permeate flow and recovery of permeability, reducing the fouling effects in the membrane, except for the experiments performed with whey. The protein retention by the membrane remained almost constant in all experiments in the presence of magnetic field and in the assays where the of magnetic indution effect was assessed, except when the feed consisted of whey with the addition of NaCl, in which an increase compared to the permeation of unsalted whey was observed. The magnetic field application in UF of protein solutions proved to be an attractive alternative to improve the process performance.