Procesamiento de jugos de frutas por membranas semipermeables

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 deOctubre- UruguayProcesamiento de jugos defrutas por membranassemipermeablesDepartamento de Operaciones Unitarias en Ingeniería Químicae Ingeniería de Alimentos, Instituto de Ingeniería Química,Facultad de Ingeniería-Universidad de la RepúblicaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Los Procesos con Membranas son ungrupo de tecnologías, mediante lascuales especies en solución seseparan, concentran o fraccionanmediante el uso de membranassemipermeables.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Estas membranas actúan como una barreraselectiva, permitiendo que algunas especies(moléculas, partículas, microorganismos),con ciertas características específicas lasatraviesen, mientras que otras sonrechazadasIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• algunas de las características específicasson el tamaño de las especies, la velocidadde difusión, la carga eléctrica• para realizar la operación de separación serequiere un potencial aplicado a través de lamembrana, que dependiendo del proceso ydel producto podrá ser de presión hidráulica,presión de vapor, voltaje, etc.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-AntecedentesOperaciónMicrofiltraciónUltrafiltraciónNanofiltraciónÓsmosis InversaElectrodiálisisÓsmosis DirectaDestilación por MembranaDestilación OsmóticaPotencialPresión HidráulicaPresión HidráulicaPresión HidráulicaPresión HidráulicaVoltajePresión OsmóticaPresión de VaporPresión de VaporIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Las membranas están disponiblesempaquetadas en módulos dediferentes geometrías (planas,tubulares, fibra hueca, espiral) y sonfabricadas a partir de diferentesmateriales: cerámica, polímerosnaturales y sintéticos.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Industrialmentela filtración seconduce casiexclusivamenteen el modotangencial paraminimizar lasresistencias ala filtración.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-Uruguay• la propia de la membranaMembranas Semipermeables-AntecedentesResistencias a la filtración:• la de ensuciamiento o “fouling”, que puede ircreciendo con el tiempo de operación• la originada por la polarización de la concentración(solutos que por su tamaño no atraviesan lamembrana forman una capa próxima a ella que actúaen serie con la resistencia de la membrana).• Si esta resistencia no se controla la capa de solutospróxima a la membrana, puede depositarse sobreella aumentando el fouling.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Fouling: interacciones fisicoquímicasentre membrana y solutos y NO sepuede revertir durante la operación.• Polarización de la concentración: sepuede controlar aumentando lavelocidad de recirculación.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Las aplicaciones de los procesos conmembranas aumentan día a día en lasindustrias alimentaria, farmacéutica ybiotecnológica así como en eltratamiento de efluentes.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• La Industria Biotecnológica la ha utilizadohace años, acortando o evitando los “Down-Stream Process”, responsable de la partemayor del costo de sus productos,purificando enzimas, y otros biológicos apartir de caldos de fermentación, etcIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• En la industria láctea se las ha empleadodesde hace años para la recuperación deproteínas de sueros lácteos y parapreconcentración de leche entera,descremada y sueros, así como en lafabricación de helados, yogurts y quesos.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Se emplea para la elaboración, concentración ypretratado de jugos de frutas (OR, UF, NF, MF;DO, DM).• En la fabricación de vinos, la OR se utiliza paraeliminar excesos de etanol y aromasindeseables, y combinada con intercambioiónico permite remover en un sistema cerradoexcesos de acidez volátil en el vino.La UF se emplea para remoción de materialproteico, colorantes y material tánico.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Productos de valiosas propiedadesfuncionales y nutricionales para laindustria alimentaria y antioxidantesnaturales son recuperados ypurificados por tecnología demembranas.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Son crecientes sus aplicaciones en el reciclode las aguas de lavado de industrias quemanejan grandes volúmenes de agua ygeneran efluentes con alto contenido demateria orgánica.Se pueden obtener filtrados con tenores deBOD muy bajos y utilizarlos como sustitutosde agua de calidad para limpiezaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentesv Esta tecnología trabaja tan bien o mejor que las existentes enlo que concierne a calidad de producto, consumo de energía yrequerimientos ambientales.• son procesos que no requieren calor para producir cambios defase.• menores requerimientos energéticos que procesos deconcentración convencionales (evaporación o congelado) yeliminan el uso de grandes volúmenes de agua deenfriamiento.• minimizan el riesgo de daño a los alimentos termolábiles asícomo la pérdida de aromas que acompaña a la eliminación desustancias volátilesIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Hay creciente demanda de mejoressoluciones ambientales y tecnologías máslimpias y necesidad de tecnologías que en loposible combinen operaciones unitarias.• Estos equipos son modulares y no requierenpara su utilización de un tamaño mínimo deplanta.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Los procesos de concentración alternativosa la evaporación por calor y basados en lasoperaciones con membranassemipermeables más difundidas al día dehoy, tienen a altas concentraciones delproducto, limitaciones que obligan a unaetapa de evaporación por calor o a reiteradasetapas de ósmosis inversa con exigencias dealtas presiones de operación.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• Recientemente han surgido trabajos deinvestigación señalando las ventajas deconcentrar alimentos líquidos utilizandovariedades emergentes dentro de losprocesos con membranas semipermeables,Destilación Osmótica (DO), Destilación porMembranas (DM) con costos de inversiónapreciablemente menores a los requeridospor la evaporación, la evaporación a vacío ola ósmosis inversa.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-AntecedentesLas Membranas Semipermeables ylos Jugos de FrutasIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentes• La tendencia en la producción n de jugosde frutas a nivel internacional, es suplirproductos cada vez más m s saludables, debuen sabor y aroma y a precioscompetitivosIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentesusando principios de procesamientoque MAXIMICEN PRESERVACIÓN delas características sensoriales ynutricionales y posibiliten RÁPIDAPRODUCCIÓN N + RENDIMIENTOÓPTIMOIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-Antecedentesmenor requerimiento de energíamenores costosevitar el polvo y los barros de los mediosfiltrantes y los concomitantes riesgos desaludtemperaturas de procesos más m s bajas(reduciendo el daño o térmico tal alimento)diseño o más m s simple del proceso.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayMembranas Semipermeables-AntecedentesŁ Nuestros trabajos en el procesamientode jugos de frutas por membranassemipermeables• Clarificación• ConcentraciónIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas semipermeables• Obtención De Concentrados De Jugos De ManzanaDe Alta Calidad Utilizando Procesos No Térmicos.Proyecto PDT 66/05.• Concentración de Jugo de Naranja por DestilaciónOsmótica.Proyecto CSIC, 2005-2007.• Estudio de la aplicación de la Tecnología deMembranas a la Producción de Cítricos en elUruguay.Proyecto CSIC, 2002-2004.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas semipermeablesIntegrantes del Equipo:Ing. Quím. Lucía XavierIng. Quím. Leonardo ClavijoDr. Q.F. Eduardo DellacassaIng. Quím. Diego MorenoIng. Quím. Camilia CascardoIng. Quím. César MichelottiDra. Ing. Quím. Patricia GerlaMSc. Ing. Quím. Beatriz CastroIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas semipermeablesCLARIFICACIÓN DE JUGOS DE FRUTAS PORFILTRACIÓN CON MEMBRANAS• Tradicionalmente la clarificación se realiza contierras filtrantes utilizando filtros a vacío y filtrosprensa.• La filtración por membranas presenta ventajas sobrelos procesos tradicionales de clarificación eneconomía de producción, calidad del producto,condiciones de trabajo y residuos a disponer.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutaspor membranas /Metodología detrabajoEn todos los casos los jugosfueron suministrados porempresas de plaza, lo quepermitió trabajar con lamateria prima que ingresa a laetapa de filtración en lasplantas procesadoras dejugos de frutas. Se procesójugo de limón, mandarina ymanzana.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas/Metodología de trabajoMetodología de trabajo• Todos los jugos de frutas se prefiltraron por5 micras antes de su filtración pormembranas.• Se utilizaron membranas de fibra hueca yespiral y cortes/poros de micro yultrafiltración: 0.1 y 0.2 micras, 500, 300 y 30kDaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas/Metodología de trabajo• La temperatura de operación fue de 20 ºC yse utilizó un esquema de filtracióntangencial.• Durante la experiencia de filtración semidieron los flujos de la alimentación y delfiltrado y la presión transmembránica deoperación, datos que permitieron modelar elflujo de filtradoIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas/Metodología de trabajoProcesamiento de las muestrasobtenidas.Se realizó en los clarificados finales y en lamateria prima determinación de sólidossolubles totales (ºBrix) y en el caso delimón y mandarina también vitamina C ypH.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas/Metodología de trabajo• La Vitamina C se determinó por HPLCen un equipo SHIMADZU. Se utilizó unacolumna SPHEREX 10 NH2 (150*4.6 mm,10 micron)• Las determinaciones de Sólidos Totalesse realizaron por secado conmicroondas, en un equipo marca CEM,modelo LabWave 9000Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas/Metodología de trabajo• Se realizaron análisis sensoriales y estudios deestabilidad en los jugos clarificados a través detierras y en los clarificados por micro yultrafiltración.• Los análisis sensoriales se realizaron con un panelde 10 personas, a las que se entrenó para compararlas cualidades del jugo clarificado con membranascon las de jugos comerciales filtrados a través detierras.• La estabilidad de los productos se estudió durantedos meses, a una temperatura de 8ºC.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosResultadosJUGO DE MANZANA• El flujo de filtrado promedio obtenido encada uno de los módulos filtrantes utilizadosfue del orden de los consideradosadecuados para aplicaciones industrialessimilares (45 l/hm 2 a 0.4 atm).Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosJUGO DE MANZANA• En el caso de las membranas de configuración espiral losflujos de filtrado se pueden aumentar, aumentando la velocidadtangencial de alimentación.• Un aumento de esta velocidad puede también permitir unaumento de la presión aplicada, sin ocasionar un incrementode la resistencia controlante que es la debida a la polarizaciónde la concentración.• En el caso del módulo de fibra hueca la resistencia controlantees la de ensuciamiento.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosJUGO DE MANZANAFc v P T JFactor de concentración(Vinicia/Vretenido)Velocidad deAlimentación (l/h)Presión de operación(psia)Flujo de filtrado( l/hm 2 )1 210 5.5 52.21.04 210 5.5 52.21.18 210 5.5 20.91.45 240 5.5 40.41.89 240 5.5 40.42.72 240 5.5 40.44.46 270 5.5 47.05.32 270 5.5 45.710.20 270 5.5 45.715.63 270 5.5 44.3Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosJUGO DE MANZANA• Los jugos de manzana obtenidos pormembranas evidenciaron en todos los casoscalidad superior a la del jugo comercial,calidad considerada desde el punto de vistade las propiedades sensoriales y de la vidaútil del producto.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosJUGO DE MANZANA• Alos de 2 meses de almacenadosel jugo de manzana obtenido porultrafiltración fue juzgado por elpanel sensorial como límpido y desabor agradable mientras que elclarificado con tierras fue juzgadocomo muy turbio y de sabor ácidofermentado.• La Figura muestra el aspecto de losjugos clarificados por tierras y porultrafiltración luego de dos mesesde almacenamiento a 8 ºC.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosJUGO DE MANZANA• La calidad del producto aumentó con la disminucióndel poro /corte de la membrana usada.• Los resultados también indican una superioridad delas membranas de ultrafiltración en espiral frente alas de microfiltración de fibra hueca, tanto enrelación a la operación de filtración como a lacalidad del producto.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas /ResultadosJUGO DE MANZANA• Los sólidos eliminados por la filtración con membranasconstituyen sólo el 6% de los sólidos totales, sinembargo entre ellos se encuentran los responsables delenturbiamiento del jugo de manzana y probablementetambién, según lo indican los resultados, de losprocesos de acidificación y fermentación que ocurrendurante el almacenamiento.• Las membranas de menor corte mostraron unaeliminación mayor de estos factores de estropeamiento yvelocidades de filtración similares a las de corte másalto.(¿pasteurización?)Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de jugos de frutas pormembranas/ResultadosJUGO DE LIMÓN• Se utilizaron sólo membranas configuradasen espiral• Se obtuvieron velocidades de filtraciónadecuadas a los estándares industriales(prefiltración por 0.2 micras).• Los análisis sensoriales mostraron unacalidad general del jugo filtrado pormembranas, superior al filtrado por tierraspero expresaron disconformidad en lo queconcierne al color del jugo obtenido.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.comUniversidad de la República

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/ResultadosJUGO DE LIMÓN• A pesar de la limpidez de los jugosobtenidos, el tenor en sólidos solublestotales es mayor en los jugos filtrados pormembranas que en el jugo comercialclarificado con tierras.• No se aprecian diferencias significativasentre la calidad sensorial de jugos filtrados através de membranas de ultrafiltración dediferentes cortes.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/ResultadosJUGO DE LIMÓN• Con respecto a la comparación entremembranas de ultra y microfiltración, eljugo filtrado a través de estas últimasmostró en los inicios del período dealmacenamiento mayor aceptación queel obtenido por ultrafiltración (sucolor), sin embargo mostró menos vidaútil que el ultrafiltrado.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/ResultadosJUGO DE LIMÓN• Similarmente a lo ocurrido en lafiltración de jugo de manzana, estoindica que a medida que decrece elporo o corte de la membrana, éstaretiene mayor cantidad de las especiesque contribuyen a la inestabilidad deljugo.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayJUGO DE LIMÓNClarificación de de jugos de frutas pormembranas/Resultados30 kDa% Aceptación GeneralFigura 58060402000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-20-40-60-8030 kDa, 8 ºC 30 kDa 40 ºC Comercial 8 ºCIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/ResultadosJUGO DE LIMÓN• El pH del jugo comercial fue sólo muylevemente mayor durante elalmacenamiento a pesar de que escomercializado con conservadores(vida útil sensorial a 8ºC, aprox. 1 mes)Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/ResultadosJUGO DE LIMÓN• La filtración del jugo a través de lacombinación 0.5 micras+30 espiral kDamostró una preservación de la vitaminaC, mayor a la correspondiente alfiltrado a través de tierras y conconservantes.• Membranas de mayor corte nomostraron igual desempeño.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/Resultados• JUGO DE LIMÓNLa sola clarificación pormembranas no alcanzapara proteger el ácidoascórbico durante sualmacenamiento a 8 ºC.La filtración por 300 kDano mostró diferenciacon el crudo en esteítem.ácido ascórbico (ppm)4003002001000Vitamina CComercial 0.2 micras +30 kDa Crudo0 10 20 30 40 50días a 8ºCIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayJUGO DE MANDARINAClarificación de de jugos defrutas pormembranas/Resultados• La resistencia a la filtración del jugo de mandarinacrudo es superior al del jugo de limón.• Sin embargo el modelo de flujo es muy similar• Prefiltrado por 0.2 micras, la ultrafiltracióntranscurre a velocidades adecuadas para losestándares industriales y similares para membranascon cortes de 30 a 300 kDa.• Fue posible evidenciar junto a la resistencia debidaal ensuciamiento una resistencia debida a lapolarización de la concentraciónIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutas pormembranas/Resultados• JUGO DEMANDARINAMandarina 30 kDa prefiltrado por 0.2micrasJ=45(1+θ)^(-2)Limón 30kDa prefiltrado por 0.2micrasJ=45(1+0,04*θ)^(-1)43Filtrate Flux (lh -1 m -2 )40302010experimental 0.2mm+30kDaexperimental 300 kDa+30kDaR (kPa l -1 h m 2 )21v =100 l/h00,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2Time (h)0v =160 l/h1 3 5 7 9 11FCIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayClarificación de de jugos de frutaspor membranas/ResultadosJUGO DE MANDARINA• El panel sensorial prefirió desde el día 0 al jugo demandarina comercial (pulpa).• Similarmente a lo ocurrido con el jugo de limón, elpanel prefirió los jugos filtrados por membranas decorte menor.• La recuperación y preservación de vitamina C en elfiltrado fue similar a la obtenida durante laclarificación de jugo de limón.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayProcesamiento de jugos de frutas pormembranas semipermeablesConcentración de Jugos de Frutas• La concentración por membranas con potencial depresión hidráulica tienen a altas concentraciones delproducto, limitaciones que obligan a una etapa deevaporación por calor o a etapas de ósmosis inversacon exigencias de altas presiones de operación.• Recientemente han surgido trabajos señalando lasventajas de concentrar alimentos líquidos utilizandoDestilación Osmótica (DO) con costos de inversiónmuy menores a los requeridos por la evaporación, laevaporación a vacío o la ósmosis inversa.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticavLa DO está basada en la pérdida pde agua dela solución n a concentrar cuando, atemperaturas cercanas a la ambiente y apresión n atmosférica, se la pone en contactoa través s de una membrana hidrofóbicaconuna solución n hipertónica salinavEl agua se evapora del jugo, atraviesa lamembrana y condensa en la solución n salinaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaSe sostiene en la literatura que por OD se puedeconcentrar jugos de frutas a valores mayores a 75ºBrix,Concentrados de alta calidad, ya que el producto no essometido a condiciones térmicas tdesfavorables enninguna etapa del proceso de concentraciónSe ha publicado muy poca información n sobrecondiciones óptimas de operación n que posibilitenaplicaciones industriales.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticavEl tamaño o del equipo o el tiempo deoperación n (para una concentracióndada) depende de la membrana,temperatura de operación n y flujos,concentraciones y propiedades físicas fde la alimentación n y de la solución n destrippingIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaPresentamos resultados obtenidos al concentrar jugos de naranjay manzana por destilación n osmótica a escala banco:• La materia prima fueron exprimidos antes de ingresar a lasetapas de clarificación n o jugos comerciales y se estudiarondeferentes opciones de pretratamiento para el exprimido queingresa a la operación n de destilación n osmótica• La OD se realizó con membranas hidrofóbicas y se estudiarondistintos esquemas para la circulación n del jugo a concentrar yde la solución n hipertónicaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaJugoSolución deCaCl 2BalanzaPCIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaLa membranas utilizada fueron de fibra hueca ypolipropileno:v Fiber Capsule (Fiberflo(Fiberflo), MV-C-3030-L, 0.03 µm/ 2.5 ft 2 .v Liqui Cell (Celgard),Microporosa, , 1.4 ft 2 .• Las operaciones se condujeron en forma isotérmica atemperaturas en el rango de la ambiente.• El jugo se bombeó a la membrana a velocidades entre 5.4y 10 l/h.• Se estudió la variación n del flujo de filtrado con lavariación n de la temperatura de operación n en un rangocercano a la ambiente y con la velocidad de la soluciónhipertónicanica.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaResultados y Conclusionesv Con la membrana MV-C-3030-L L de 0.03 µm m seobtuvieron concentrados de jugo de naranja con untenor de sólidos sde aproximadamente 45 ºBrix.v Con la membrana CELGARD se obtuvieronconcentrados de jugo de naranja con un tenor desólidos de aproximadamente 65 ºBrix.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaRuptura de la membrana MV-C-3030-L2.932.92Concentracion de sobrenadante de jugo comercial (B)ConcentraciónDiluciónMasa (Kg)2.912.902.89J=0,42 KHMR 2 = 0,9918J=0,19 KHMR 2 = 0,98612.882.870.0 0.5 1.0 1.5 2.0Tiempo (h)Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmótica• La membrana deber ser suficientemente hidrofóbicapara asegurar un ángulo de contacto que evite suhumidificación n y tener un punto de burbujasuficiente para lograr tenores de solutos mayores al45 % sin que se produzca su ruptura.• La recuperación n de los sólidos stotales en losconcentrados fue superior al 65% cuando serecirculó el jugo por las fibras y la soluciónhipertónica por la carcasa del módulo mfiltrante ydescendió al 60% cuando se revirtió estadisposición n de corrientes.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmótica• Las condiciones muy favorables de temperatura ypresión n de operación n permitieron la recuperacióncuantitativa de la actividad antioxidante• Se comprobó un apreciable aumento de laprotección n del poder antioxidante en el tiempo, paralos jugos de naranja prefiltrados y/o concentradospor membranas.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaDescripción del Producto Contenidoen Á..Ascórbico(ppm)Jugo Comercial con conservante 414,4Jugo Comercial con conservante(32 días a-15ºC)201,9Jugo Pretratado (32 días a-15ºC) 409,3Concentrado 1.6 veces (32 días a-15ºC)445,3Exprimido fresco 368,2Exprimido fresco (30 días a -15ºC) 102,3Jugo Pretratado (30 días a -15ºC) 297,4Concentrado 5.1 veces (30 días a -15ºC)1133,9Exprimido fresco 352Exprimido fresco (15 días a -15ºC) 252,4Jugo Pretratado (15 días a -15ºC) 306,5Concentrado 7.7 veces (15 días a -15ºC)1913,6Exprimido fresco 421,6Exprimido fresco (4 días a -15ºC) 402,9Jugo Pretratado (4 días a -15ºC) 361,4Concentrado 6 veces (4 días a -15ºC)1536,6RecuperaciónSólidosSolubles, (ST)%RecuperaciónA. Ascórbicoen ST%66 10066 9867 9460 98Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmóticav El flujo de filtrado, en función n del contenido ensólidos del jugo, siguió hasta los 45ºBrixun modelolineal de pendiente muy próxima al eje horizontal ysu valor aumentó con el incremento de la velocidadde recirculación n de la solución n hipertónicav Pasados los 45 ºBrixse observó decrecimiento en elflujo de filtradoIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmótica700Jugo de Manzana pretratado (filtro debanda+clarificación+centrifugación+clarificación 0.1 m), PTM=3.5 kPa,Concentración de 10 a 25 Brix3.2Concentración de sobrenadante de jugo comercial (A)gramos600500400300200100J=0.3KHMR 2 = 0,9998Masa (Kg)3.13.13.03.0J = 0.13 KHMR 2 = 0.9991J = 0.14 KHMR 2 = 0.9994J = 0.19 KHMR 2 = 0.999vCaCl2 = 32 l/hvCaCl2 = 45 l/hvCaCl2 = 54 l/hLineal (vCaCl200 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6horas2.90 1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo (h)Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaConcentración de Jugo de Manzana con Liqui Cell0,450,400,350,30KHM0,250,200,150,100,050,0030 35 40 45 50 55 60 65Brix30 a 40 Brix 40 a 50 Brix 50 a 65 BrixIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmótica• Los flujos fueron del orden de los informados en laliteraturapara la membrana MV-C-3030-L y aumentaronlinealmente con el incremento de la temperatura deoperación, en un rango de 5ºC5alrededor de la t ambiente• Los flujos obtenidos con la Liqui Cell fueron menores alos informados en la literaturaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaTermocuplascolocadas enlas entradas ysalidas de lascorrientes delprocesoconfirmaron elesquemaisotérmico deoperación:ºCºC2726252423220 50 100 150 200 250 300salida de cloruro de Ca entrada de jugo2726252423220 50 100 150 200 250 300entrada de cloruro de Casalida de jugoIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmótica• Se evidenció al aire como factor fundamental en elaumento de la resistencia a la filtración n y unadisposición n vertical de la membrana con circulacióncocorriente hacia arriba de las soluciones resultóexitosa para su eliminación.n.• El pretratamiento más m s adecuado para el exprimidode naranja resultó ser una combinación n de micro yultrafiltración (0.2 micras +300 o 500 kDa) y para elexprimido de manzana microfiltación por 0.1 micras.Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-Uruguay1.2Concentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaVelocidad de Concentración1.0jugo comercial+0.2micras+300 kDaexprimido fresco+0.2micras+300/500 kDaMasa (Kg)0.80.60.40.2Fc=7.7J=0.34 KHMR 2 = 0,9965Fc=5.1J=0.5 KHMR 2 = 0,99920.00.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0Tiempo (h)Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación OsmóticaLos resultados obtenidos avalan el potencia de estatecnología emergente para:‣ La Industria Alimentaria‣ La Industria Biotecnológica‣ La Industria FarmacéuticaIng.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Alimentos para el Bienestar30 de Setiembre, 1 y 2 de Octubre-UruguayConcentración de Jugos de Frutas porDestilación Osmótica¡Gracias!Ing.Quím.BeatrizCastro,MSc.Universidad de la RepúblicaPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com