| dc.description | La tecnología de membranas ha sido utilizada en la industria láctea para concentrar caseínas yproteínas de suero, durante la producción de quesos, así como para remover esporas y bacterias. Sin embargo, la separación de caseínas y proteínas de suero por tecnología de membranas como una primera etapa de fraccionamiento, es un aspecto aún en estudio. La microfiltración de leche descremada es muy interesante, ya que a través de ella, es posible producir suero nativo de leche que es el mejor punto de partida para una posterior purificación de proteínas de suero. También permite la formulación de leches humanizadas a partir de leches de rumiantes. Para establecer las condiciones de operación de una etapa de microfiltración, se deben conocer parámetros como el flux (J), el cual depende entre otros factores de la presión transmembrana (?PT) aplicada. Entonces, si se conoce el comportamiento del J=f(?PT) será posible establecer a priori las mejores condiciones de operación. Actualmente es aceptada la teoría del flux crítico, la cual plantea que bajo una operación crítica o subcrítica no debería existir ensuciamiento (fouling) o al menos no debería dar a lugar la formación de queque. Una operación subcrítica genera un efecto positivo en términos de productividad, porque disminuye la necesidad en frecuencia e intensidad de los ciclos de restauración de las membranas y favorece la selectividad del proceso, permitiendo una mayor transmisión de proteínas de suero durante la microfiltración de leche. Por lo tanto, al conocer el comportamiento de J vs. ?PT, es posible, por ejemplo definir, la presión transmembrana límite (valor donde el flux es máximo)como máxima ?PT de operación y así no correr el riesgo de aumentar ?PT más allá de dicho valor,evitando así un aumento innecesario del fouling sobre la membrana y sus indeseadas consecuencias.Es por esto que el objetivo de este trabajo fue realizar un estudio sistemático de lamicrofiltración de leche en estado estacionario utilizando membranas cerámicas, para establecer elcomportamiento del proceso en función de la presión transmembrana, flux, velocidad tangencial, temperatura y factor de concentración al interior del módulo, que permitan realizar posteriormente la predicción del comportamiento de un módulo de membranas que presente el doble del largo original en que se realizaron las pruebas en estado estacionario. Para cumplir con el objetivo, en una primera etapase estableció un parámetro para cuantificar el efecto de la de limpieza de la membrana. Luego seestableció y validó un modelo matemático simple del tipo J=a·(1-exp(-b·?PT)), que permitió determinar parámetros típicos de operación durante una microfiltración como lo son la presión transmembrana crítica y límite, además del flux crítico y límite. Dicho modelo se utilizó para describir y cuantificar lamicrofiltración de leche de descremada con membranas cerámicas de 0.14 y 0.2 ?m. Al realizar lacomparación entre ambas membranas, se determinó que no existen diferencias significativas para el flux límite cuando se realiza la microfiltración de leche en polvo reconstituida con micelas de caseína con un diámetro promedio de 0.41 ?M. Donde sí existieron diferencias significativas fue en relación a la presióntransmembrana crítica, lo que en la práctica significa que el flux límite será alcanzado a una ?PT diferente, según cual sea el tamaño de poro que se utilice durante la microfiltración. Normalmente para la concentración de micelas de caseína se utilizan membranas cerámicas 0.05 a 0.2 ?m, dado que se considera que el rango típico de la distribución del tamaño de partícula de las micelas es de unos 25 a 200 nm. Sin embargo, esta investigación mostró que la eficacia del proceso de microfiltración depende del tamaño real de las micelas de caseína presentes en la leche. En nuestro país, este aspecto no ha sido estudiado, por lo tanto, es muy riesgoso suponer que la distribución del tamaño de partícula de las micelas de caseína en leche producidas en nuestro país sean idénticas a las producidas en otros lugares del mundo.Los resultados obtenidos en estado estacionario fueron validados mediante pruebas de concentración de micelas de caseína, donde se observó que fue posible predecir el comportamiento durante una concentración a partir de los resultados en estado estacionario. Esto valida la metodología utilizada para formular concentrados de leche a partir de leche en polvo, dado que es la concentráción de las micelas de caseína la que controla el proceso y no la concentración de sólidos totales.Por último, se realizó el escalamiento del largo de un módulo de membranas durantemicrofiltración de leche en estado estacionario, consiguiendo proyectar el comportamiento de un módulo de 50 cm de largo a partir de los resultados generados en un módulo de 25 cm de largo, siendo este resultado validado experimentalmente. A la luz de estos resultados fue posible predecir el comportamiento de un módulo de largo L=1.25 m, que corresponde a un múltiplo del largo original analizado, que durante esta investigación correspondió a 25 cm. | |
