Orientadores: Luiz Antonio Viotto, Lireny Aparecida Guaraldo Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:16:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araki_MarciadeSouza_D.pdf: 6998301 bytes, checksum: 53d26f26895e51aecda264fc78f2e301 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A aplicação da tecnologia de membranas em óleos vegetais ainda não está totalmente estabelecida, entretanto esta tecnologia mostra-se com grande potencial neste segmento, sendo que as principais vantagens em relação ao refino convencional são o uso de condições térmicas mais brandas de processamento, menor consumo energético e, maior retenção de compostos nutricionalmente desejáveis. Desta forma, a utilização de membranas permite a produção de óleos vegetais de qualidade superior, indo ao encontro dos anseios do mercado, de forma ecologicamente correta, com diminuição do impacto ambiental pela menor produção de efluentes e racionalização do uso da água, um recurso natural cada vez mais escasso. O presente trabalho teve como objetivo analisar o comportamento de seis membranas planas poliméricas comerciais (PVDF 30 e 50 kDa, CME 0,025 e 0,05 mm, PC 0,05 mm e PES 10 kDa) frente à permeação de três diferentes solventes (água, etanol e hexano), assim como avaliar a estabilidade estrutural e química das mesmas face à exposição e filtração com hexano. Os resultados mostraram que todas as membranas foram resistentes ao hexano. Foi selecionada uma membrana (PVDF 50kDa) para experimentos de degomagem de miscela de óleo bruto de milho em escala laboratorial, variando-se a pressão (1 a 3 bar) e temperatura (20 a 40 ºC), verificando-se o desempenho da referida membrana em relação à retenção de fosfolipídios e ao fluxo de permeado. O aumento da temperatura e da pressão exerceram efeito positivo sobre os fluxos de permeado, e negativo sobre a retenção de fósforo. Adicionalmente, esta membrana foi testada em escala piloto, onde verificou-se os efeitos da pressão (1 a 3 bar) e velocidade tangencial (1 a 6 m/s) sobre o fluxo de permeado e a retenção de fosfolipídios. A retenção de fosfolipídios manteve-se entre 84,7 e 97,1 %, com níveis residuais de fósforo dos produtos permeados, a 40ºC, permanecendo na faixa de 5¿ 28 mg.kg-1. O fluxo de permeado variou entre 20 a 130 kg.h-1m-2. A análise das resistências demonstrou que a camada polarizada controlou o processo de ultrafiltração. A maior eficiência na degomagem foi obtida através da filtração tangencial em módulo piloto de ultrafiltração, e os fluxos de permeado aumentaram significativamente com o aumento da pressão operacional e velocidade, sem prejuízo aos níveis de retenção de fósforo. O melhor ajuste para os dados em escala laboratorial e piloto foi com o modelo desenvolvido por Field et al. (1995) / Abstract: Membrane technology application in vegetable oils is still not completely developed, however, this technology shows a high potential in this segment, which main advantages in comparison to conventional refining are the usage of low temperature processing conditions, lower energetic consumption and higher desired nutritional value compounds retention. The utilization of membranes allows the production of a superior quality vegetable oil, going towards market trends in an environmental friendly way, since it produces less efluents and conscious usage of water, a resource that gets shorter day after day. This work had as its main purpose the analysis of six flat polimeric commercial membranes¿ behavior (PVDF 30 e 50 kDa, CME 0.025 e 0.05 mm, PC 0.05 mm e PES 10 kDa) regarding their permeation with three different solvents, water, ethanol and hexane, and the evaluation of their resistance through exposure and filtration with hexane. Results show that all membranes are resistant to hexane. One of them was selected (PVDF 50 kDa) to run crude corn oil miscella degumming experiments in laboratorial scale, changing pressure (1 a 3 bar) and temperature (20 a 40 ºC), observing the membrane performance regarding phospholipids retention and permeate flux. Temperature and pressure increase presented a positive effect over permeate flux and negative over phospholipids retention. In addition to that, the membrane was tested in a pilot scale skid, where it has been noticed pressure (from 1 to 3 bar) and tangential flow (from 1 to 6 m/s) effects over permeate flux and phospholipids retention. Residual phospholipids levels of permeate products at 40°C stayed in the range of 5-28 mg.kg -1 with 20-130 kg.h-1.m-2 flux. The resistance analysis showed that the polarized layer controlled the ultrafiltration process. The highest efficiency in degumming was obtained through tangential filtration in an ultrafiltration pilot scale skid and permeate flux increased significantly with the increase of operational pressure and tangential flow, without prejudicing phosphorus retention level. The best fit to the experiments data examined in laboratorial and pilot scale was obtained with the model developed previously by Field et al. (1995) / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Membranas à base de polímeros perfluorosulfonados, como a Nafion, vêm sendo extensivamente usadas como membrana de troca protônica em células a combustível (FC). O objetivo deste trabalho foi desenvolver membranas eletrólito à base de polindeno sulfonado (SPInd) e poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), para uso como membranas de troca protônica em condições semelhantes às da membrana Nafion. As membranas foram preparadas por casting em diferentes composições utilizando PVDF como reforço mecânico e PVDF sulfonado (SPVDF) como agente compatibilizante. Todas as membranas foram avaliadas por análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico mecânica, microscopia eletrônica de varredura, grau de inchamento, capacidade de troca iônica e espectroscopia de impedância eletroquímica. As membranas com características semelhantes à membrana Nafion foram avaliadas em protótipo de FC a 80 °C. A membrana SPInd50/PVDF e as membranas com agente compatibilizante apresentaram condutividades iônicas na ordem de 10-2 S/cm, comparáveis àquela da membrana Nafion. A membrana com melhor desempenho em protótipo de FC foi o SPInd/PVDFC12, preparado com 50% de SPInd, 47,5% de PVDF e 2,5% de SPVDF (p/p), cujos valores de potencial de circuito aberto e densidade de potência máximo foram de 1,02 V e 74,54 mW/cm2, respectivamente. Apesar da densidade de potência máxima ser inferior à da membrana Nafion (603 mW/cm2), a membrana SPInd/PVDFC12 apresenta potencial para uso como eletrólito em célula a combustível. / Perfluorosulfonic acid ionomer membranes, e.g. Nafion, have been extensively used as proton exchange membranes in fuel cells (FC) due to their high proton conductivity and good mechanical properties. The aim of this work was to develop electrolyte membranes based on sulfonated polyindene (SPInd) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) to be used in the same conditions as Nafion. Membranes were prepared by casting with different compositions using PVDF as mechanical reinforcement and sulfonated PVDF (SPVDF) as coupling agent. The produced membranes were evaluated by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis, scanning electron microscopy, water uptake, ion exchange capacity and electrochemical impedance spectroscopy. The membranes with similar results to Nafion, were evaluated in a FC prototype at 80 °C. The membrane SPInd50/PVDF and all the membranes with coupling agent had ionic conductivity in the order of 10-2 S/cm, comparable to the Nafion´s. The polyelectrolyte with the best performance was the SPInd/PVDFC12 which was prepared with 50 wt% SPInd, 47.5 wt% PVDF and 2.5 wt% SPVDF, that reached an open circuit voltage of 1.02 V and maximum power density of 74.54 mW/cm2. Even though Nafion´s maximum power density was higher (603 mW/cm2), the SPInd/PVDFC12 membrane showed potential to be used as electrolyte in fuel cells.

Membranas à base de polímeros perfluorosulfonados, como a Nafion, vêm sendo extensivamente usadas como membrana de troca protônica em células a combustível (FC). O objetivo deste trabalho foi desenvolver membranas eletrólito à base de polindeno sulfonado (SPInd) e poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), para uso como membranas de troca protônica em condições semelhantes às da membrana Nafion. As membranas foram preparadas por casting em diferentes composições utilizando PVDF como reforço mecânico e PVDF sulfonado (SPVDF) como agente compatibilizante. Todas as membranas foram avaliadas por análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico mecânica, microscopia eletrônica de varredura, grau de inchamento, capacidade de troca iônica e espectroscopia de impedância eletroquímica. As membranas com características semelhantes à membrana Nafion foram avaliadas em protótipo de FC a 80 °C. A membrana SPInd50/PVDF e as membranas com agente compatibilizante apresentaram condutividades iônicas na ordem de 10-2 S/cm, comparáveis àquela da membrana Nafion. A membrana com melhor desempenho em protótipo de FC foi o SPInd/PVDFC12, preparado com 50% de SPInd, 47,5% de PVDF e 2,5% de SPVDF (p/p), cujos valores de potencial de circuito aberto e densidade de potência máximo foram de 1,02 V e 74,54 mW/cm2, respectivamente. Apesar da densidade de potência máxima ser inferior à da membrana Nafion (603 mW/cm2), a membrana SPInd/PVDFC12 apresenta potencial para uso como eletrólito em célula a combustível. / Perfluorosulfonic acid ionomer membranes, e.g. Nafion, have been extensively used as proton exchange membranes in fuel cells (FC) due to their high proton conductivity and good mechanical properties. The aim of this work was to develop electrolyte membranes based on sulfonated polyindene (SPInd) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) to be used in the same conditions as Nafion. Membranes were prepared by casting with different compositions using PVDF as mechanical reinforcement and sulfonated PVDF (SPVDF) as coupling agent. The produced membranes were evaluated by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis, scanning electron microscopy, water uptake, ion exchange capacity and electrochemical impedance spectroscopy. The membranes with similar results to Nafion, were evaluated in a FC prototype at 80 °C. The membrane SPInd50/PVDF and all the membranes with coupling agent had ionic conductivity in the order of 10-2 S/cm, comparable to the Nafion´s. The polyelectrolyte with the best performance was the SPInd/PVDFC12 which was prepared with 50 wt% SPInd, 47.5 wt% PVDF and 2.5 wt% SPVDF, that reached an open circuit voltage of 1.02 V and maximum power density of 74.54 mW/cm2. Even though Nafion´s maximum power density was higher (603 mW/cm2), the SPInd/PVDFC12 membrane showed potential to be used as electrolyte in fuel cells.

Membranas à base de polímeros perfluorosulfonados, como a Nafion, vêm sendo extensivamente usadas como membrana de troca protônica em células a combustível (FC). O objetivo deste trabalho foi desenvolver membranas eletrólito à base de polindeno sulfonado (SPInd) e poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), para uso como membranas de troca protônica em condições semelhantes às da membrana Nafion. As membranas foram preparadas por casting em diferentes composições utilizando PVDF como reforço mecânico e PVDF sulfonado (SPVDF) como agente compatibilizante. Todas as membranas foram avaliadas por análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico mecânica, microscopia eletrônica de varredura, grau de inchamento, capacidade de troca iônica e espectroscopia de impedância eletroquímica. As membranas com características semelhantes à membrana Nafion foram avaliadas em protótipo de FC a 80 °C. A membrana SPInd50/PVDF e as membranas com agente compatibilizante apresentaram condutividades iônicas na ordem de 10-2 S/cm, comparáveis àquela da membrana Nafion. A membrana com melhor desempenho em protótipo de FC foi o SPInd/PVDFC12, preparado com 50% de SPInd, 47,5% de PVDF e 2,5% de SPVDF (p/p), cujos valores de potencial de circuito aberto e densidade de potência máximo foram de 1,02 V e 74,54 mW/cm2, respectivamente. Apesar da densidade de potência máxima ser inferior à da membrana Nafion (603 mW/cm2), a membrana SPInd/PVDFC12 apresenta potencial para uso como eletrólito em célula a combustível. / Perfluorosulfonic acid ionomer membranes, e.g. Nafion, have been extensively used as proton exchange membranes in fuel cells (FC) due to their high proton conductivity and good mechanical properties. The aim of this work was to develop electrolyte membranes based on sulfonated polyindene (SPInd) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) to be used in the same conditions as Nafion. Membranes were prepared by casting with different compositions using PVDF as mechanical reinforcement and sulfonated PVDF (SPVDF) as coupling agent. The produced membranes were evaluated by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis, scanning electron microscopy, water uptake, ion exchange capacity and electrochemical impedance spectroscopy. The membranes with similar results to Nafion, were evaluated in a FC prototype at 80 °C. The membrane SPInd50/PVDF and all the membranes with coupling agent had ionic conductivity in the order of 10-2 S/cm, comparable to the Nafion´s. The polyelectrolyte with the best performance was the SPInd/PVDFC12 which was prepared with 50 wt% SPInd, 47.5 wt% PVDF and 2.5 wt% SPVDF, that reached an open circuit voltage of 1.02 V and maximum power density of 74.54 mW/cm2. Even though Nafion´s maximum power density was higher (603 mW/cm2), the SPInd/PVDFC12 membrane showed potential to be used as electrolyte in fuel cells.

Orientador: Luiz Antonio Viotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T07:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borovik_CarolinaPavanBagagli_M.pdf: 1682432 bytes, checksum: c579964aeeff51f681a76bd49d7236e5 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O açaí é um fruto nativo da região Amazônica de grande interesse nacional e internacional devido não somente ao seu sabor mas, principalmente, por ser um alimento nutricionalmente completo e rico em compostos antioxidantes, entre eles as antocianinas, que estão relacionados à prevenção de doenças. As antocianinas são pigmentos naturais de interesse na indústria de alimentos por sua coloração atraente e funcionalidade, sendo o açaí uma fonte potencial de sua obtenção. A tecnologia de membranas apresenta-se como uma alternativa para a obtenção de compostos bioativos presentes em frutas, uma vez que permite a concentração de compostos sem mudança de fase, a redução do uso de produtos químicos e a proteção de compostos termicamente sensíveis. Neste trabalho, a polpa de açaí foi tratada enzimaticamente para que passasse, em seguida, pelo processo sequencial de micro, ultra e nanofiltração. Foram utilizadas membranas poliméricas planas de diferentes materiais e massa molecular de corte variando entre 0,3 e 150 kDa, e também uma membrana tubular com tamanho de poro igual a 0,2mm. Para o tratamento enzimático foram usadas as enzimas celulase e pectinase e, para que fosse estudada a melhor combinação dos parâmetros de concentração de cada enzima e o tempo de atividade enzimática que resultasse em bom fluxo de permeado na microfiltração em escala de laboratório, realizou-se um planejamento fatorial completo 23. Concluiu-se que o uso de 0,02 % (m/m) das enzimas celulase e pectinase e o tempo de 77,8 minutos de atividade resultou no mais elevado fluxo de permeado, atingindo-se 17,4 kg/m2.h, sendo tal condição aplicada para a realização da microfiltração em escala piloto. Da microfiltração realizada em planta piloto utilizando-se a membrana tubular de polipropileno (0,2mm) obteve-se fluxo de permeado a Fc=1,5 igual a 300 kg/m2.h e coeficiente de retenção de antocianinas igual a 34,5%. O processo de ultrafiltração, que utilizou como alimentação o permeado da microfiltração, resultou em um coeficiente de retenção de antocianinas igual a 94,5%. Nas nanofiltrações foi utilizado como alimentação tanto o permeado do processo de microfiltração como aquele resultante da ultrafiltração, e foram obtidas altas retenções de antocianinas, com valores de coeficientes iguais as 92,2 e 98,6%. Analisando-se os processos sequenciais realizados, concluiu-se que, considerando o objetivo de obter um composto com elevada concentração de antocianinas e com baixo teor de outros compostos, o retentado resultante da ultrafiltração (posterior à microfiltração em escala piloto) foi o que apresentou maior concentração de antocianinas, de aproximadamente 50 mg/100g, e, ao mesmo tempo, houve considerável redução dos demais componentes presentes na polpa, tais como sólidos, proteínas e gordura / Abstract: The açaí fruit is a native fruit from the Amazon region with a great national and international interest due not only to the good and exotic taste, but mainly because it is a nutritionally complete food, rich in antioxidant compounds, including anthocyanins, which are related to the prevention of diseases. Anthocyanins are natural pigments of interest in the food industry for its attractive color and functionality, and the açai fruit is a potential source from we can obtain it. The technology of membrane is presented as an alternative for obtaining bioactive compounds present in fruits, since it allows the concentration of compounds without phase change, reduces the use of chemicals and protects the thermally sensitive compounds. In this study, the açai fruit pulp was enzymatically treated to pass, then, to a sequencial process of micro, ultra and nanofiltration. It was done by using flat membranes of different materials, and molecular weight cut off ranging from 0.3 to 150kDa, and also a tubular membrane with pore size equal to 0.2mm. For the enzymatic treatment were used pectinase and cellulose enzymes, and it was studied the best combination of the parameters enzyme concentration and time of activity of the enzyme that resulted in a high permeate flux in the microfiltration on a laboratory scale using an experimental design 23. It was concluded that the use of 0.02% (w/w) of the cellulose and pectinase enzymes and 77.8 minutes of activity resulted in the higher permeate flux, reaching 17.4 kg/m2.h, for this reason this condition was applied to the pilot-scale microfiltration. In the pilot-scale microfiltration (using a tubular polypropylene membrane with 0,2mm of the pore size) it was obtained a permeate flux at Fc=1.5 equal to 300 kg/m2.h, and retention coefficient of anthocyanins equal to 34,5%. The ultrafiltration process, that used the permeate of the microfiltration as feed, resulted in a retention coefficient of anthocyanins equal to 94.5%. As feed of the nanofiltration processes it was used the permeate of the microfiltration and also the permeate of the ultrafiltration, and it was obtained high retention coefficient of anthocyanins, which values were equal to 92.2 and 98.6%. Analyzing the sequencial processes, it was concluded that, considering the purpose of obtaining a compound with high anthocyanin content and low content of other compounds, the retentate of the ultrafiltration (after pilot-scale microfiltration) was that showed the higher anthocyanin content (approcimately 50mg/100g) and, at the same time, there was a considerable reduction in the other components present in the pulp, such as solids, protein and fat / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Lireny Aparecida Guaraldo Gonçalves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:31:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_LucieneAra_M.pdf: 5181818 bytes, checksum: ba8a0b13f89dd6cb8e19f67be74e2cda (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este estudo teve como objetivo a degomagem do óleo de canola por ultrafiltração com membrana polimérica em sistema semi-tangencial com intuito de determinar a melhor membrana (PES, CME, PVDF 30 kDa e PVDF 50 kDa) e condição de pressão em função dos parâmetros de fluxos de permeado (J) e retenção de fosfolipídio (Rc). Quatro abordagens diferentes de degomagem foram avaliadas: ultrafiltração do óleo bruto, ultrafiltração de miscela (óleo + hexano), microfiltração de óleo pré-tratado e degomagem convencional. Após a escolha da membrana e do tipo de degomagem foi realizado um estudo da ultrafiltração em escala piloto através de planejamento experimental, na qual foi avaliada a influência da pressão e a velocidade tangencial de escoamento nas respostas de fluxo e retenção de fosfolipídio. Os resultados mostraram que a membrana e o tipo de degomagem com melhor desempenho foi a ultrafiltração de miscela com PVDF 30 kDa, apresentando um fluxo de 36 L m-2 h-1 e Rc 86% em unidade de laboratório. Através do planejamento experimental realizado para ensaios na unidade piloto de filtração tangencial com membrana PVDF 30 kDa em miscela foram determinadas as condições ótimas de operação. Em 1,6 bar e 3,24 m s-1 foi obtido fluxo de 162 L m-2 h-1 e retenção de 88%. O estudo do comportamento de compostos minoritários frente à ultrafiltração em membranas de vários materiais demonstrou que para a membrana PVDF 30 kDa ocorreu a remoção de 79% de umidade; redução de 37% em pigmentos vermelhos e 27% de redução de clorofila. Em estudo comparativo de quatro métodos diferentes de degomagem foi observado que aquele realizado por ultrafiltração de miscela promove completa conservação de tocoferóis naturalmente presentes no óleo, enquanto que na degomagem convencional ocorre uma perda de 3,4%, induzindo a menores valores de Estabilidade oxidativa. Análise da membrana incrustada através da técnica de MEV revelou a presença de depósitos em toda superfície e a análise através da técnica de EDS evidenciou que além de compostos de carbono, elementos tais como Fe, Ca, K, Na e S estavam presentes em maior quantidade. A análise destes elementos por Espectrometria de Emissão Ótica com Acoplamento de Plasma Induzido (ICP-OES) nas amostras de óleo e na membrana evidenciou que ocorreu a concentração destes elementos no retentado e na membrana incrustada, bem como a redução de teores destes compostos no permeado, indicando que estes elementos são um dos componentes responsáveis pela incrustação / Abstract: This study focused on degumming of canola oil by ultrafiltration using polymeric membrane at semi-tangential system with intention of determining the best membrane material (PES, CME, PVDF 30 kDa e PVDF 50 kDa), condition of pressure to obtain better flux of permeate (J) and phospholipids retention (Rc). Four different degumming approaches were applied: ultrafiltration of crude oil, miscela ultrafiltration, microfiltration of pre-treated oil and conventional degumming. The results showed that the membrane and degumming approach with best results were the miscella ultrafiltration and PVDF 30 kDa membrane which presented 36 L m2 h-1 of flux and 86% of phospholipids retention at laboratory unit, semi-tangential system. After choosing the membrane and better degumming approach a study of ultrafiltration through an experimental design was performed to evaluate the influence of pressure and tangential velocity on the flux and retention of phospholipids responses. It was determined the optimized conditions and at 1.6 bar and 3.24 m s-1 it was obtained 162 m-2 h-1 of flux and 88% retention of phospholipids. The study of the behavior of minor compounds using ultrafiltration with different membranes demonstrated that the PVDF 30 kDa presented a reduction of 79% moisture, 37% on red pigments and 27% on chlorophyll. In a comparative study of four different degumming methods was observed that miscella ultrafiltration preserves total tocopherol naturally present on oil, while the conventional degumming looses 3.4% of this compound, which implies at lower value of oxidative stability.The SEM analysis performed on fouled membrane reveled presence of deposit on the whole surface membrane. EDS analysis evidenced that, besides carbon-based compounds, elements such as Fe, Ca, K, Na and S were present at higher amounts than others. The analysis of these elements by ICP-OES on the samples of oil and membranes showed that membrane processes concentrate these elements on the retentate and on the fouled membrane, leaving the permeate less concentrated than the feed. This indicates that the presence of those elements is one of the responsible for the fouling phenomenon / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientadores: Lireny Aparecida Guaraldo Gonçalves, Luiz Antonio Viotto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-09T22:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coutinho_CesardeMorais_D.pdf: 7072281 bytes, checksum: 272165bc7f6a8624d3b02dcebb324f53 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A aplicação da tecnologia de membranas como método de separação, concentração e purificação de componentes está largamente difundida nos processos industriais de um modo geral, incluindo a indústria de alimentos. Em tecnologia de óleos, o uso de membranas como método de separação ainda não está totalmente estabelecido, entretanto esta tecnologia mostra-se com grande potencial no refino de óleos vegetais, cujas principais vantagens em relação ao refino convencional são o uso de condições térmicas mais brandas de processamento, menor consumo energético, maior retenção de compostos nutricionalmente desejáveis e diminuição da geração de efluentes. Desta forma, a utilização de membranas permite a produção de óleos vegetais de qualidade superior, indo de encontro aos anseios do mercado, e de forma ecologicamente correta, com diminuição do impacto ambiental pela menor produção de efluentes e racionalização da água, um recurso natural cada vez mais escasso. O presente trabalho teve como objetivos a análise do comportamento de seis membranas poliméricas planas frente à permeação com três diferentes solventes, água, etanol e hexano, assim como avaliar a resistência das mesmas face à exposição e filtração com hexano. Adicionalmente, foram selecionadas duas membranas para experimentos de degomagem de óleo bruto de girassol e de soja, variando-se a concentração de solutos na alimentação, pressão, temperatura e modo de filtração, verificando-se o desempenho das referidas membranas em relação à retenção de fosfolipídeos e ao fluxo de permeado. Os resultados mostraram que todas as membranas são resistentes ao hexano e que a maior eficiência na degomagem de ambas as matérias-primas foi obtida através da filtração tangencial em módulo piloto de ultrafiltração, e os fluxos de permeado aumentaram significativamente com o aumento da pressão operacional, sem prejuízo nos niveis de retenção de fósforo. Em ultrafiltração frontal de bancada, o aumento da temperatura e da pressão exerceram efeito positivo sobre os fluxos de permeado, sem mudança significativa sobre os níveis de retenção de fósforo / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Luiz Antonio Viotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-15T10:13:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FlavioCaldeira_M.pdf: 1910362 bytes, checksum: 0e725d07f6db7cbf2d68ff0292a1fd58 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O licopeno é um importante carotenóide que vem se destacando após vários estudos epidemiológicos que demonstram uma relação inversa entre o consumo de alimentos fontes de licopeno e o risco de câncer, doenças cardiovasculares e outras doenças crônicas. Visando a obtenção de licopeno foi avaliado o desempenho de 8 membranas de microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF), membranas de polifluoreto de vinilideno (PVDF) de 500 kDa e de 150 kDa, polisulfona (PS) de 100 kDa, polietersulfona (PES) de 10, 30 50 kDa, de 100 kDa e celulose (CEL) de 30 kDa. Para obtenção de concentrado de licopeno a polpa de mamão foi hidrolisada, com a enzima Pectinex Ultra SP - L com concentração 0,1% (m/m) em shaker com 150 RPM, 35º C por 60 minutos. O processo de concentração na unidade de laboratório foi conduzido após a hidrólise a 50ºC, 300 RPM e sob pressões que variaram de 0,5 a 6 bar, até fator de concentração (FC) 2. Já o ensaio realizado na planta piloto utilizou-se membrana de material de PS 100 kDa e pressão transmembrana de 2 bar, sendo que a escolha destas condições foi obtida após identificar o melhor fluxo de permeado alcançado em escala laboratorial. O permeado obtido apresentou-se levemente amarelado, límpido e sem presença de carotenóides, enquanto o retentado mostrou-se opaco e de cor vermelha mais intensa que o produto inicial. A retenção de licopeno foi de 100%. Foram observados fluxos de permeado estabilizados de 4,3 a 34,5 kg.m-2.h-1 na célula laboratorial com FC = 2, e o melhor fluxo de permeado foi alcançado na membrana de PES 50 kDa e sob pressão de 6 bar. A maioria das curvas de fluxo permeado obtidas nos processos de MF e UF em escala laboratorial apresentou curvas típicas de permeação, e verificou-se que na maioria dos processos, o aumento da pressão transmembrana ocasionou aumento do fluxo. O ensaio realizado na unidade piloto alcançou fluxo estabilizado de 350 kg.m-2.h-1, também com FC = 2. A maior parte dos dados experimentais obtidos nas curvas de fluxo permeado em escala laboratorial se ajustaram bem ao modelo matemático da teoria de renovação da superfície, nos quais obteve-se valores de R2 superior a 0,90. Observou-se que os valores da constante de declínio de fluxo foram maiores nos ensaios nos quais se utilizou altas pressões, quando houve maior queda de fluxo no início do experimento. Foram identificados, na fração volátil do permeado de mamão, compostos pertencentes às várias classes químicas / Abstract: Lycopene is an important carotenoid that has been high lighted after several epidemiological studies showing an inverse relationship between the consumption of foods rich in lycopene and the risk of cancer, cardiovascular disease and other chronic diseases. The performance of 8 microfiltration membranes (MF) and ultrafiltration (UF) membranes of polyvinylidene fluoride (PVDF) of 500 kDa and 150 kDa, polysulfone (PS) of 100 kDa polyethersulfone (PES) 10, 30 50 kDa, 100 kDa and cellulose (CEL) of 30 kDa. In order to obtain concentrated lycopene papaya pulp was hydrolyzed with Pectinex Ultra SP ¿ L enzyme in a 0.1% (m/m) concentration in a shaker at 150 rpm, 35 ° C for 60 minutes. The concentration process into the laboratory was carried out by hydrolysis at 50 ° C, 300 rpm and under pressures varying from 0.5 to 6 bar up to concentration factor (CF) 2. However during pilot plant tests it was used PS 100 kDa membrane and a 2 bar pressure. These conditions choice was made after identifying the best permeate flux achieved in laboratory scale. The obtained permeate was slightly yellowish, clear and without carotenoids presence of, while retentate was shown to be opaque and to have a more intensive red color than the original. Lycopene retention was 100%. There were observed stabilized permeate flows from 4.3 to 34.5 kg.m-2.h-1 in cell laboratory with FC = 2, and permeate flux was achieved with PES 50 kDa membrane and 6 bar pressure. Most of the permeate flux curves obtained in MF and UF processes of in laboratory scale showed typical permeation curves, and it was found that in most cases, transmembrane pressure increase resulted in increased flow. The test conducted in the pilot plant reached a steady flow of 350 kg.m-2.h- 1, also with FC = 2. Most of the experimental data obtained in the permeate flux curves at laboratory scale have adjusted well to the mathematical model of the renewal theory surface, in wich R2 values exceeding 0.90 were obtained. It was observed flow decline constant values were higher in trials in which high pressure is used when there was a greater flow drop in the beginning of the experiment. There were identified papaya permeate volatile fraction, compounds wich belong to the following chemical classes / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Luiz Antonio Viotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T13:58:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paes_Juliana_M.pdf: 2604997 bytes, checksum: d7ef0b20d4fe9e008ad2bf97ee008848 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O licopeno, um dos mais importantes carotenóides, tem sido crescentemente estudado devido a resultados positivos em pesquisas relacionadas à redução de riscos de alguns cânceres e doenças cardíacas. Os processos de separação com membranas destacam-se como uma alternativa aos processos convencionais de tratamento térmico, agindo como uma barreira permeável seletiva para separar um ou mais solutos de um fluido inclusive microrganismos. Dentre estes, a ultrafiltração pode ser um atrativo para a concentração de alguns componentes funcionais. A concentração de licopeno por membranas é um processo viável, pois este carotenóide fica na porção retida mesmo possuindo baixa massa molecular, já que se liga a outras moléculas como as proteínas, pectina e lipídio. Visando a concentração do licopeno, foi avaliado o desempenho de duas membranas de ultrafiltração (UF), polissulfona (PS) 100 kDa e polieterssulfona (PES) 50 kDa em diferentes condições de pressão e velocidade. Foi realizado a comparação dos experimentos com polpa tratada enzimaticamente e in natura e pode-se concluir que os resultados foram semelhantes. O permeado obtido apresentou-se levemente amarelado, límpido e sem a presença de carotenóides, enquanto o retentado mostrou-se opaco e de cor vermelha mais intensa que o produto inicial. A retenção do licopeno foi de quase 100%. Foram observados melhores fluxos de permeado em relação ao tempo de processo na membrana de PES 50 kDa e sob pressão de 1,5 bar e velocidade de escoamento de 6m/s e com esta membrana foram realizados dois experimentos utilizando o processo de diafiltração: diafiltração com posterior concentração e concentração com posterior diafiltração, o que resultou em retentado com 68 µg/g de licopeno. A maior parte dos dados experimentais obtidos nas curvas de fluxo de permeado se ajustaram bem aos modelos de Cheryan (1998) nos quais obteve-se valores de R2 de 0,90 a 0,98 / Abstract: Lycopene, one of the most important carotenoids, has been increasingly studied due to positive results in research related to reduced risk of some cancers and heart disease. The membrane separation processes stand out as an alternative to traditional heat treatment, acting as a selectively permeable barrier to separate one or more solutes from a fluid including microorganisms. Among these, the ultrafiltration can be attractive for the concentration of some functional components. The lycopene concentration on membranes is a viable process, since this carotenoid is retained even in the portion having low molecular weight, since it binds to other molecules such as proteins, lipids and pectin. Aiming at the concentration of lycopene, was evaluated the performance of two membrane ultrafiltration (UF), polysulfone (PS) 100 kDa and polieterssulfona (PES) 50 kDa in different conditions of pressure and speed. Was conducted to compare the experiments with enzymatically treated pulp and pulp in nature and can conclude that the experiment with the enzyme treatment showed similar results to the pulp in natura. The permeate obtained was slightly yellow, clear and without the presence of carotenoids, while the retentate was shown to be opaque and red color more intense than the original. The retention of lycopene was almost 100%. Was observed better flow in relation to the process time in 50 kDa PES membrane and pressure of 1,5 bar and flow rate of 6 m/s, and with this membrane, it was two experiments using the process of diafiltration: diafiltration with subsequent concentration and concentration with subsequent diafiltration, resulting in a retentate of 68 µg / g of lycopene. Most of the experimental data obtained in the permeate flow curves adjusted well to models Cheryan (1998) in which was obtained R2 values from 0,90 to 0,98 / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

[EN] In order to improve the permselective and antifouling properties, in the present work the synthesis and development of low fouling flat-sheet polymeric ultrafiltration membranes by the incorporation of nano-sized additives with different nature (organic and inorganic) and hydrophilicity were studied. For this purpose, two different processes to modify membranes were investigated: by blending the additives in the polymer solution during the membrane synthesis (non-solvent induced phase separation or immersion-precipitation phase inversion) and by changing the surface properties of a formed membrane using UV-induced modification. In both methods, the influence of additives at different concentrations in the membrane morphology and in the permselective properties (permeability and selectivity) was studied using different analytic and microscopic techniques, such as IR spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, water contact angle and porosity measurements. The additives used to modify the polymeric structure were: an organic polymer (polyethylene glycol with a molecular weight of 400 Da), two metal oxides (aluminium oxide and zinc oxide), and a metal dichalcogenide (tungsten disulphide). Experiments were carried out in a standard ultrafiltration pilot plant using membranes based on different polymers (polyetherimide, polysulphone, polyethersulphone) synthesised in our laboratory and commercial membranes (all these membranes were synthesised by phase-inversion method). Each experiment was divided into three stages: determination of water permeability and intrinsic membrane resistance, molecular weight cut-off determination by using model solutions consisting of polyethylene glycols with different molecular weights, and fouling/rinsing cycles using different feed solutions. Results demonstrated that the additives at specific concentrations were able to greatly improve the characteristics and permselective properties of the pristine membranes. In the same way, a higher improvement in these properties were observed using the UV-induced modification technique compared to the presence of additives in the polymer solution during the phase-inversion method, which not only allowed the preservation of the main characteristics of the pristine membrane, but also allowed the incorporation of the advantages from the additives used. Furthermore, the optimal compositions of the membranes during the different modifications to obtain a membrane with higher fouling resistance were determined. / [ES] Con el fin de mejorar las propiedades permeselectivas y la resistencia al ensuciamiento, en el presente trabajo de investigación se estudió la síntesis y desarrollo de membranas poliméricas planas de ultrafiltración de bajo ensuciamiento mediante la incorporación de diversos aditivos de diferente naturaleza (orgánica e inorgánica) e hidrofilicidad a escala nanoscópica. Para ello, se investigaron dos tipos diferentes de modificación de membranas: mediante la introducción de aditivos en la disolución polimérica durante el proceso de fabricación de la membrana (método de inversión de fase vía precipitación por inmersión), y mediante la modificación superficial de membranas ya fabricadas inducida por radiación ultravioleta. En ambos métodos, la influencia de los aditivos a distintas concentraciones en la morfología y en las propiedades permeselectivas (permeabilidad y selectividad) de las membranas poliméricas fue estudiada mediante distintas técnicas analíticas y microscópicas (espectroscopia infrarroja, microscopia electrónica de barrido, microscopía de fuerza atómica, medidas de mojabilidad, mediante ángulo de contacto, y determinación de porosidad, entre otros). Los aditivos seleccionados para modificar la estructura polimérica fueron un compuesto orgánico (polietilenglicol con un peso molecular de 400 Da), dos óxidos metálicos (óxido de aluminio y óxido de zinc) y un calcogenuro (disulfuro de tungsteno). Los ensayos se realizaron a escala de laboratorio en una planta de ultrafiltración convencional con membranas de distinto material polimérico (poliéterimida, polisulfona y poliétersulfona) y con membranas comerciales (todas ellas de poliétersulfona fabricadas por el método de inversión de fase). Cada ensayo fue dividido en tres etapas: determinación de permeabilidad hidráulica y resistencia intrínseca de membrana, determinación de umbral de corte molecular (molecular weight cut-off) con disoluciones modelo de distintos pesos moleculares de polietilenglicol y ciclos de ensuciamiento/aclarado con distintas disoluciones alimento. Los resultados obtenidos mostraron que los aditivos a ciertas concentraciones fueron capaces de mejorar enormemente las propiedades intrínsecas y permeselectivas de las membranas originales. Del mismo modo, se observó la mayor eficiencia de la modificación inducida por radiación ultravioleta para preservar las características de la membrana original y, además, añadir las ventajas de los aditivos utilizados. Con todo ello, se determinaron las composiciones óptimas de los aditivos durante las modificaciones tanto internas como superficiales de las membranas para obtener membranas resistentes al ensuciamiento. / [CAT] Amb la finalitat de millorar les propietats permselectives i la resistència a l'embrutament, en el present treball d'investigació es va estudiar la síntesi i el desenvolupament de membranes polimèriques planes d'ultrafiltració de baix embrutament mitjançant la incorporació de diversos additius de diferent naturalesa (orgánica i inorgánica) i hidrofilicitat a escala nanoscòpica. Per a això, s'investigaren dos tipus diferents de modificació de membranes: mitjançant la introducció d'additius en la dissolució polimèrica durant el procés de fabricació de la membrana (mètode d'inversió de fase via precipitació per immersió), i mitjançant la modificació superficial de membranes ja fabricades induïda per radiació ultraviolada. En ambdós mètodes, la influència dels additius a diferents concentracions en la morfologia i en les propietats permselectives (permeabilitat i selectivitat) de les membranes polimèriques va estudiar-se mitjançant diferents tècniques analítiques i microscòpiques (com espectroscòpia infraroja, microscòpia electrònica de rastreig, microscòpia de força atòmica, mesures de mullabilitat per mitjà d'àngul de contacte, determinació de porositat). Els additius seleccionats per a modificar la estructura polimèrica van ser un compost orgànic (polietilenglicol amb un pes molecular de 400 Da), dos òxids metàl·lics (òxid d'alumini i òxid de zinc) i un calcogenur (disulfur de tungstèn). Els assaigs es varen realitzar a escala de laboratori en una planta d'ultrafiltració convencional amb membranes de diferent material polimèric (poliéterimida, polisulfona i poliétersufona) i amb membranes comercials (totes elles fabricades pel mètode d'inversió de fase). Cada assaig va dividir-se en tres etapes: determinació de permeabilitat hidràulica i resistència intrínseca de membrana, determinació d'umbral de tall molecular amb dissolucions models de diferents pesos moleculars de polietilenglicol i cicles d'embrutament/aclarat amb diferents dissolucions aliment. Els resultats obtinguts mostraren que els additius a determinades concentracions van ser capaços de millorar enormement les característiques i propietats permselectives de les membranes originals. De la mateixa manera, es va observar la major eficiència de la modificació induïda per radiació ultraviolada per a preservar les característiques de la membrana original i a més, afegir els avantatges dels additius utilitzats. Amb tot això, les composicions òptimes dels additius durant les modificacions tant internes com superficial de les membranes per a obtenir membranes resistents a l'embrutament van ser determinades. / García Ivars, J. (2015). OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MEMBRANAS POLIMÉRICAS DE ULTRAFILTRACIÓN DE BAJO ENSUCIAMIENTO Y ESTUDIO DE CONDICIONES DE FABRICACIÓN [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54125 / TESIS