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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2010.tde-27122010-102018
Document
Author
Full name
Renata Natsumi Haneda
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2010
Supervisor
Committee
Fontes, Sergio Rodrigues (President)
Catanozi, Maria da Penha Longo Mortatti
Machado, Rita Margarete Donato
Pessoa, Jose Dalton Cruz
Viotto, Luiz Antonio
Title in Portuguese
Estudo do desempenho do processo de microfiltração tangencial com membranas cerâmicas aplicado à retenção de bactérias e redução de sólidos suspensos de uma bebida à base de açaí
Keywords in Portuguese
Bebida à base de açaí
Camada polarizada
Membrana cerâmica
Microfiltração
Prata
Abstract in Portuguese
Nesta pesquisa de doutorado, o processo de microfiltração tangencial com membranas cerâmicas é investigado visando à retenção de bactérias (Escherichia coli CCT 0549) e redução de sólidos suspensos de uma bebida à base de açaí (Euterpe oleracea Mart.). As membranas comerciais selecionadas foram manufaturadas com 'alfa'-alumina ('AL IND.2'O IND.3') e possuem tamanho nominal de poro, fornecido pelo fabricante no valor de 0,8'mü'm e 1,2'mü'm. O valor nominal da membrana de 1,2'mü'm é maior que a largura da Escherichia coli (0,8'mü'm). Como, a princípio, o microrganismo está fisicamente sujeito a passagem pela membrana de 1,2'mü'm, esta estrutura micro-porosa foi submetida à impregnação de prata. Este procedimento visou verificar a influência da prata como material bactericida para auxiliar na redução/eliminação das bactérias inoculadas na bebida à base de açaí. Para tanto, a estrutura cerâmica micro-porosa foi tratada quimicamente com solução de citrato de prata e submetida à queima até a temperatura de 600 graus Celsius para eliminação dos compostos orgânicos e conseqüente impregnação de nanopartículas de prata metálica nos poros da membrana. Este processo de impregnação proporcionou um discreto aumento no índice de retenção microbiana em regime de escoamento turbulento (Re=20000). A caracterização morfológica, a composição e a impregnação de prata nas membranas foram realizadas com o auxílio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e do Detector de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX). Estas mesmas técnicas foram utilizadas para caracterizar o fenômeno físico-químico de formação da camada polarizada sobre a superfície da membrana. A análise da retenção de bactérias foi realizada através da contagem de unidades formadoras de colônia (UFC/mL) em placas Petrifilm 'EC POT.TM'. O desempenho das membranas na retenção de material particulado suspenso foi analisado pela técnica de espectroscopia de ultra-som e por comparação qualitativa, entre concentrado e permeado, via microscopia ótica. A redução de antocianina (cianidina-3-glicosídeo) e o conteúdo de polifenóis totais foram investigados via espectrofotometria, apresentando relação direta com o tamanho dos poros da membrana e com o regime de escoamento. Desta forma, parâmetros fluido-dinâmicos do processo, tais como: número de Reynolds, pressão transmembrana e fluxo transmembrana foram caracterizados para uma ampla faixa do escoamento turbulento e analisados com o modelo de resistência em série. Os resultados experimentais obtidos neste trabalho indicaram que o processo de microfiltração tangencial é uma boa alternativa à retenção de microrganismos e simultânea redução de sólidos suspensos da bebida à base de açaí.
Title in English
Performance study of the crossflow microfiltration process with ceramic membranes applied to the bacteria retention and suspended solids reduction of the beverage based on açai
Keywords in English
Beverage based on açaí
Cake layer
Ceramic membrane
Microfiltration
Silver
Abstract in English
In this doctoral research, the crossflow microfiltration process utilizing ceramic membranes was investigated aiming at the bacteria retention (Escherichia coli) and reduction of suspended solids of beverage based on açai (Euterpe oleracea Mart.). The selected commercial membranes of 'alfa'-alumina ('AL IND.2'O IND.3') had nominal pore sizes of 0.8 and 1.2 'mü'm and were manufactured by Andritz Group from Austria. The membrane nominal value of 1.2'mü'm is larger than the width of the Escherichia coli (0.8'mü'm). Therefore, as the microrganisms are subjected to pass through the pores of this membrane, it was submitted to silver impregnation. This procedure aimed to verify the silver influence as a bactericide material to assist in retention or elimination of bacteria during the microfiltration process. In this way, the microporous structure was chemically treated with a silver citrate solution and then, subjected to burning until 600 Celsius degrees to eliminate organic compounds and consequent impregnation of nanoparticles of metallic silver in the membrane pores. The morphology characterization, composition, and impregnation of silver in membranes were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray fluorescence (EDX) spectrometer. The same techniques were utilized to characterize the physicochemical phenomenon of polarization layer formation on the membrane surface. The analysis of bacteria retention was performed by the counting of colony forming units (CFU/mL) in Petrifilm Plates 'EC POT.TM'. The performance of the membranes in the retention of solids in suspension was analyzed by Ultrasound Spectroscopy - APS100 and Optical Microscopy. The variations of the anthocyanin concentration and the total polyphenol content were investigated by spectrophotometry, showing direct relationship with the membrane pore size and flow regime. Therefore, fluid-dynamical parameters, such as Reynolds number, transmembrane pressure, and permeate flux were characterized for a large range of turbulent flow and analyzed with the resistance-in-series model. The experimental results of this research indicated that the microfiltration process is a suitable alternative to retain microrganisms and simultaneously decrease suspended solids of the beverage based on açai.
 
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RenataHaneda.pdf (15.82 Mbytes)
Publishing Date
2011-01-11
 
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