BRPI0714152A2 - processo de reduÇço do potencial redox de um lÍquido por injeÇço de um gÁs evitando o fenâmeno de formaÇço de espuma - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE REDUÇçO DO POTENCIAL REDOX DE UM LÍQUIDO POR INJEÇÂO DE UM GÁS EVITANDO O FENâMENO DE FORMAÇAO DE ESPUMA. De acordo com a invençào, realiza-se o contato entre o líquido a ser tratado e a mistura gasosa em uma coluna, percorrida simultaneamente por cada um dos dois líquidos.
Description
PROCESSO DE REDUÇÃO DO POTENCIAL REDOX DE UM LÍQUIDO POR INJEÇÃO DE UM GÁS EVITANDO O FENÔMENO DE FORMAÇÃO DE ESPUMA
A invenção refere-se ao domínio do tratamento de líquidos alimentares, com a ajuda de misturas gasosas.
A título ilustrativo, os trabalhos efetuados pela
Requerente mostraram que pode ser interessante injetar uma mistura gasosa à base de um gás inerte ou ainda à base de um gás redutor como o hidrogênio em diferentes meios líquidos, especialmente alimentares, a fim de baixar o
potencial redox. Pode-se citar os exemplos seguintes:
• Injeção em um produto acabado como, por exemplo, o suco de laranja ou qualquer outro suco de frutas. Pode-se, assim melhorar a conservação do produto lutando contra as reações de oxidação (limitação do escurecimento,
preservação da vitamina C.)
• Injeção nos produtos líquidos intermediários durante do processo de fabricação. Pode-se, por exemplo, injetar a mistura gasosa em leite, enriquecido ou não em proteínas, que serve de base à fabricação de iogurtes, queijos e
2 0 outros produtos lácteos. As propriedades sensoriais do produto se encontram modificadas (aromas, textura...) .
• Injeção em um meio de fermentação destinado à produção de biomassa ou de moléculas de interesse. A fisiologia e o metabolismo dos microrganismos podem assim
ser controladas.
É obrigado a constatar que bem freqüentemente, a injeção direta de gases no líquido (borbulhação) gera sérios problemas de formação de espuma. Esse é, por exemplo, o caso para os sucos de laranja, as bebidas à base
de chá, bem como o leite. A presença de proteínas no meio é, de acordo com qualquer verossimilhança, responsável em parte pelo fenômeno.
É necessário saber que esse problema de forte formação de espuma provoca numerosos desagrados, como especialmente perdas de matéria, dificuldades de acondicionamento, assim como incrustação da instalação de produção.
Pode-se assinalar que a literatura existente propõe diversas soluções ao problema técnico acima evocado.
Uma das soluções atualmente proposta para evitar a formação de espuma durante a fabricação de produtos alimentares ou nos fermentadores (durante a agitação, por exemplo), é de acrescentar agentes antiespuma, tal como, por exemplo, polietilenoglicol ou polisorbatos (E 432 a E436), a fim de baixar a tensão superficial. Essa adição de aditivos apresenta vários inconvenientes. Deve especialmente constar sobre a etiquetagem do produto acabado, mesmo veiculando uma imagem negativa de produto não natural junto ao consumidor. Além disso, esses aditivos não são sempre sensorialmente neutros. Por último são simplesmente às vezes proibidos em certos produtos pela legislação. Assim, por exemplo, a legislação européia não autoriza a utilização de outros aditivos além de ácido ascórbico (E300) ou ácido cítrico (E330) nos sucos de frutas.
Outras soluções podem ser utilizadas, tal como, por exemplo, uma ação mecânica ou a pressão para quebrar a espuma que se forma em um tanque, mas essas técnicas não permitem tratar um líquido continuamente e encontram seu limite no quadro de líquidos a serem tratados, particularmente espumantes. Constata-se, por conseguinte uma real necessidade de poder dispor de uma solução melhorada de tratamento gasoso de líquidos alimentares em vista de fazer reduzir o potencial redox, que não provoca a formação de espumas, que seja sensorialmente neutro, e aceitável em termos de legislação. Tal solução para ser satisfatória deverá certamente permitir um tratamento continuo único, compatível com as aplicações industriais.
Deseja-se então, propor de acordo com a presente
invenção, um aparelho que permite de expor tal líquido à uma mistura gasosa contínua se livrando dos fenômenos de formação de espuma, a fim de melhorar as qualidades sensoriais do líquido assim tratado. Um outro objetivo da presente invenção é propor um aparelho que permite uma
injeção otimizada que reduz os consumos do gás associado ao tratamento.
Como se verá mais em detalhe no que segue, a invenção propõe alterar a superfície de troca entre o gás e o líquido em relação ao que é realizado tradicionalmente
2 0 durante um borbulhamento clássico.
Para isso, a troca entre o gás e o líquido a ser tratado é realizada em uma coluna que percorre pelo gás e o líquido, de acordo com diferentes configurações possíveis, entre as quais:
- o percurso de dois líquidos pode acontecer na coluna
em com ou contracorrente:
A título de exemplo, o líquido é injetado no alto da coluna e despejado para baixo por gravidade, enquanto a mistura de gases é injetada em baixo da coluna e sobe em
3 0 contracorrente do fluxo do líquido. - a coluna pode ser cheia de um material (por exemplo, um enchimento estruturado ou mesmo desordenado, tais como anéis, esferas, cilindros ou outras formas geométricas cuja dimensão será determinada em função do dimensionamento da coluna) ou ela pode ser vazia de qualquer material e a troca faz-se, então seja à superfície de gotinhas do líquido que caem em chuva fina na coluna, seja à superfície do filme fluido do alto para baixo por gravidade ao longo das paredes da coluna enquanto o gás ativo é injetado em
baixo da coluna e escoa contracorrente para cima ao interior do tubo.
É necessário notar que se pode tratar, com a coluna, um líquido em sua totalidade, poderia-se igualmente utilizar a invenção, tratando-se na coluna todo ou parte
dos constituintes do líquido, de maneira separada. Assim, no caso de um suco de frutas, pode-se, por exemplo, não tratar somente a água entrando na sua composição, ou também tratar, de acordo com a invenção a água, mas igualmente o concentrado separadamente, e acrescentar eventualmente a
2 0 polpa posteriormente.
De acordo com uma das aplicações vantajosas da invenção, utiliza-se um sistema de reciclagem do líquido (alça sobre o líquido) a fim de obter valores muito baixos do potencial redox do líquido tratado.
0 líquido é então recuperado em baixo da coluna e
reinjetado na entrada da coluna a fim de sofrer de novo o tratamento. Esse princípio permite aumentar a capacidade de tratamento tendo em conta a variabilidade do produto a ser tratado (valor redox inicial, viscosidade etc...).
3 0 De acordo com outras aplicações vantajosas da invenção, a fim de limitar o consumo de gases, é proposto associar ao processo de tratamento contínuo do líquido, um sistema de reciclagem e/ou separação dos gases que podem compreender os elementos seguintes: -Um compressor de gás (que pode ser um compressor ou
um ventilador) que permite criar uma recirculação do gás ativo entre a saída e a entrada da coluna de tratamento.
- O oxigênio podendo e acumular na alça, é proposto associar um sistema de oxigenação catalítica do fluxo recirculado de gás ativo (por exemplo, do tipo DEOXO baseado na combustão do oxigênio prejudicial em presença de hidrogênio catalisado por metais nobres).
Outros compostos prejudiciais ao tratamento que podem se acumular na alça de recirculação, é proposto acrescentar uma membrana polimérica de separação de gases. No caso da utilização de hidrogênio, o hidrogênio tendo uma permeabilidade superior aos outros compostos potencialmente gasosos presentes no fluxo de reciclagem, é separado ao lado permeado com uma grande pureza. Esse poderá
2 0 seguidamente ser misturado a um gás carreador inerte (N2,
Ar, He, CO2... ou uma mistura desses gases) a fim de manter um teor aceitável de hidrogênio (isto é, inferior ao limite inferior de inflamabilidade do hidrogênio no ar) à entrada do processo de tratamento dos líquidos contínuo. A força de adsorção do hidrogênio sendo tipicamente menor que a dos outros compostos presentes no fluxo de reciclagem, a separação do hidrogênio poderia igualmente ser realizada por adsorção.
Outras características e vantagens da invenção
3 0 aparecerão com a leitura da descrição que se segue. As formas e modos de realização da invenção são dados à título de exemplos não limitativos, ilustrados pelos desenhos anexos nos quais:
- a Figura 1 fornece dois exemplos de colunas que convém para a aplicação na invenção (respectivamente cheia e vazio de qualquer material)
a Figura 2 fornece um exemplo de instalação de aplicação da invenção para tratar suco de laranja e integrando uma reciclagem do gás.
A parte esquerda da figura 1 ("A") ilustra o caso de uma coluna preenchida de um enchimento estruturado (enchimento de Sulzer, ref. 2118458 ALDX-Wo5 186C, inox 316L) na qual faz-se circular os dois fluidos em contracorrente: o líquido a ser tratado (por exemplo, um suco de laranja) circula do alto para baixo.
O percurso de dois fluidos pode acontecer na coluna em com ou contracorrente, a título de exemplo, para o modo da figura IA, o líquido é injetado no alto da coluna e despejado para baixo por gravidade, enquanto a mistura de gases é injetada em baixo da coluna e colocado em contracorrente do fluxo do líquido.
A coluna pode ser preenchida de um material (por exemplo, um enchimento estruturado ou mesmo desordenado como anéis, esferas, cilindros ou outras formas geométricas de pequenas dimensões) ou pode ser vazia de qualquer material e a troca líquido/gás se faz pelo escoamento do líquido em filme do alto para baixo por gravidade ao longo das paredes da coluna enquanto o gás ativo é injetado em baixo da coluna e escoa em contracorrente para cima ao interior do tubo, ou ainda à superfície de gotinhas que caem em chuva fina na coluna.
Descreve-se no que segue os resultados de um primeiro exemplo de aplicação da invenção sobre suco de laranja.
O suco de laranja é de fato, um meio que espuma imensamente quando é varrido por um gás de acordo com meios tradicionalmente utilizados (fluxo com a ajuda de uma sinterização), mesmo com pouca vazão de gás (por exemplo, 0,03 volume de gases por volume de liquido e por minuto).
Utilizou-se aqui uma coluna em vidro de laboratório cujo interior foi equipado de elementos em vidro na forma de ressaltos (forma do tipo "rabos de porco" ou "anel roscado") foram utilizados.
A mistura gasosa de tratamento utilizada foi a seguinte: N2/H2 (96% - 4%). 0 potencial redox (Eh) inicial do suco de laranja foi
de 215 mV.
A colocação em contato do suco de laranja com a mistura gasosa na coluna foi efetuada em contracorrente.
Em tais condições de aplicação, foi possível baixar o 2 0 potencial redox do suco de laranja com valores de cerca de -300 mV sem formação de espuma (ver Tabela 1 abaixo) , o que não é absolutamente possível de acordo com uma injeção tradicional com a ajuda de uma sinterização.
Vazão de gás (ml/min) Vazão de suco de laranja máximo (min) Eh final (mV) 142 162 -270 340 112 -327
Tabela 1: Resultados de modificação do potencial redox de um suco de laranja de acordo com o exemplo 1. Pode-se pensar que graças à aplicação da invenção, o líquido é colocado em contato com o gás sob a forma de um filme. Não há, por conseguinte a intrusão de bolhas de gás no líquido a ser tratado.
A Figura 2 fornece um exemplo de instalação da
aplicação da invenção para tratar o suco de laranja e integrando uma reciclagem do gás.
O suco de laranja contido em um recipiente de armazenamento é bombeado até a coluna de absorção líquido gás que funciona aqui em contracorrente. 0 fluxo 1 contendo o suco de laranja (naturalmente oxigenado) é tratado na coluna pelo fluxo de gás 11 (4% H2 - 96% N2) e sai (2) em baixo da coluna assim tratado e especialmente desoxigenado.
O gás (10) sai pelo alto da coluna (3) seguidamente é comprimido a uma pressão inferior a 500 kPa (4). Esse fluxo 4 é tratado por um reator de desoxigenação que permite eliminar dessa mistura gasosa o oxigênio dissolvido na coluna, desoxigenação de acordo com a reação H2 + l/202 --> H2O.
2 0 O fluxo 5 isento de oxigênio é tratado por uma
membrana polimérica que permite obter um fluxo 7 contendo essencialmente o hidrogênio e um fluxo 6 contendo o gás de purga do processo.
0 nitrogênio "fresco" (fluxos 8), proveniente de preferência de um armazenamento criogênico, é acrescentado ao fluxo 7 para conduzir o teor do fluxo em hidrogênio a 4%.
A fim de evitar as diminuições de vazão de gás a ser tratado, um fluxo 10 contendo uma mistura H2-N2 é
3 0 adicionado ao fluxo 9 para formar o fluxo 11 contendo H2 (4%) - N2 (QS) .
No que segue é dada uma descrição relativa a um segundo exemplo de aplicação.
Cinco líquidos (tratando-se de água, sucos de laranja à base de concentrado, puro suco de laranja, sucos de toranja à base de concentrado, e uma bebida à base de chá) foram tratados com uma coluna conforme a invenção nas condições seguintes:
- um enchimento a granel do tipo anéis Raschig e, inox
316,
- vazão de líquido: 200 l/h,
- passagem de uma mistura N2/H2 (96/4) na coluna em co-corrente, razão Gás/Líquido de l/l.
Os valores de redox medidos (Ehm) com a ajuda de uma sonda Mettler Toledo antes e após do tratamento de acordo com a invenção são apresentados na Tabela 2 abaixo.
Em tais condições de aplicação, foi possível de baixar o potencial redox dos líquidos tratados aos valores de potencial redox desejados, sem formação de espuma, o que 2 0 aqui ainda não é absolutamente possível de acordo com uma injeção tradicional com a ajuda de uma sinterização.
Líquido tratado Ehm inicial Ehm final Água +310 mV -450 mV Suco de laranja à base de concentrado +23 0 mV -385 mV Suco de laranja puro +235 mV -360 mV Suco de toranja à abase de +250 mV -350 mV concentrado Bebida à base de chá +370 mV -3 50 mV
Tabela 2: Resultados da modificação do potencial redox de diferentes líquidos
Claims (13)
1. Processo de tratamento de um liquido alimentar com a ajuda de uma mistura gasosa que visa injetar a mistura gasosa no líquido a fim de baixar o potencial redox evitando o fenômeno formação de espuma, caracterizado pelo fato de que realiza-se o contato entre o líquido a ser tratado e a mistura gasosa em uma coluna, percorrida simultaneamente por cada um dos dois líquidos.
2. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o líquido e a mistura gasosos percorrem a coluna em co- corrente.
3. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o líquido e a mistura gasosa percorrem a coluna em contracorrente.
4. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a coluna é uma estrutura vazia de qualquer material e pelo fato de que a troca líquido/gás faz-se então, de acordo com um ou cada um dos modos seguintes: à superfície de gotinhas do referido líquido que cai em chuva na coluna, ou pelo escoamento do líquido em filme do alto para baixo por gravidade ao longo das paredes da coluna enquanto a mistura gasosa é injetada em baixo da coluna e escoa em contracorrente para cima ao interior da coluna.
5. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a coluna é pelo menos parcialmente cheia de um material de enchimento, estruturado ou desordenado, e pelo fato de que a troca líquido/gás se faz no enchimento.
6. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o líquido alimentar tratado é um suco de fruta.
7. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o líquido alimentar tratado é a água, entrando na composição de um suco de fruto.
8. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a mistura gasosa de tratamento é de hidrogênio ou uma mistura que comporta o hidrogênio.
9. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a mistura gasosa de tratamento é uma mistura de hidrogênio e de dióxido de carbono.
10. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a mistura gasosa de tratamento compreende o hidrogênio e um gás complementar aceitável do ponto de vista do referido líquido a ser tratado.
11. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o gás complementar é escolhido entre os gases inertes, especialmente argônio, hélio, e entre o dióxido de carbono e protóxido de nitrogênio e suas misturas em todas as proporções.
12. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o valor do potencial redox atingido após tratamento é negativo.
13. Processo de tratamento de um líquido alimentar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o valor do potencial redox atingido após tratamento é inferior a pelo menos 100 mV do valor inicial do líquido antes do tratamento.
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