PT103595B

PT103595B - Processo integrado para concentração e rectificação simultânea de mosto de uva por nanofiltração e electrodiálise

Info

Publication number: PT103595B
Application number: PT10359506A
Authority: PT
Inventors: Maria Norberta Correia De Pinho; Vitor Manuel Geralde Fernandes; Isabel Margarida M Lopes Catarino
Original assignee: Inst Superior Tecnico
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2007-07-10
Also published as: AR063383A1; WO2008051100A3; EP2084257A2; CL2007003026A1; WO2008051100A2; ZA200902802B; US20100092628A1; EP2084257B1; PT103595A; US8945645B2; AU2007309819A1

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM PROCESSO PARA CONCENTRAÇÃO E RECTIFICAÇÃO SIMULTÂNEA DE MOSTOS, NOMEADAMENTE DE MOSTO DE UVA COM RETENÇÃO DE PERCURSORES VOLÁTEIS DOS AROMAS. O PROCESSO CONSISTE NA INTEGRAÇÃO DE NANOFILTRAÇÃO EM MODO DE CONCENTRAÇÃO/DIAFILTRAÇÃO, OPCIONALMENTE COM OUTRAS OPERAÇÕES DE MEMBRANAS NOMEADAMENTE DE ELECTRODIÁLISE. AS MEMBRANAS DE NANOFILTRAÇÃO EXIBEM PERMEAÇÃO SELECTIVA DE ACORDO COM MECANISMOS DE IMPEDIMENTOS ESTEREOQUÍMICOS E/OU INTERACÇÕES ELECTROSTÁTICAS.

Description

A presente invenção refere-se a um processo para concentração e rectificação simultânea de mostos, nomeadamente de mosto de uva com retenção de percursores voláteis dos aromas.

processo consiste na integração de nanofiltração em modo de concentração/diafiltração, opcionalmente com outras operações de membranas nomeadamente de electrodiálise.

As membranas de nanofiltração exibem permeação selectiva de acordo com mecanismos de impedimentos estereoquímicos e/ou interacções electrostáticas.

«COSO níTEGOO w MCSTOtóO ® sxw&tíMá e® &i uva for wBóFiWíÃÇfeD ® g^crwsxMxss

1. Enquadramento da invenção mosto de uva concentrado é um produto com interesse tanto para a indústria vitivinícola como para a indústria alimentar. No sector vitivinícola, a adição de mosto concentrado ao mosto de uva é efectuada quando o teor natural de açucares do mosto de uva é insuficiente para produzir vinhos de qualidade, devido a falta de maturação das uvas. A falta de maturação pode resultar tanto da prevalência de condições climáticas adversas como do procedimento cada vez mais habitual de colheita prematura das uvas. Este último procedimento, aliado a utilização de mosto concentrado para aumentar o teor de açucares, permite contornar o problema da deterioração da qualidade do mosto devido a ocorrência de chuva durante as vindimas.

Na produção de vinho de qualidade, pode-se usar mosto de uva concentrado com diferentes especificações de composição. Quando se pretende aumentar apenas o teor de açucares totais no mosto de uva sem alterar as características organolépticas deste, usa-se mosto concentrado rectificado (MCR) com uma concentração de sólidos dissolvidos entre 65 e 70 °Brix, que praticamente só contém açucares da uva. O MCR é, por isso, um produto que pode ser usado na produção de qualquer tipo de vinho.

A utilização de mosto concentrado para aumentar o teor alcoólico de vinho de qualidade é inevitável em países da União Europeia em que a chaptalização (adição de sacarose) é proibida. Este é o caso de Portugal. Mesmo em países onde é permitida a chaptalização, há forte recomendação por parte da União Europeia de utilização de mosto de uva. Por outro lado, em regiões de origem demarcada há toda a conveniência em utilizar mosto concentrado de uvas da região no processo de produção de vinho, por forma a realçar as características organolépticas desse vinho e manter as suas características físicas que o permitem associar, em termos legais, à região.

No sector alimentar, o mosto de uva concentrado é um adoçante natural de glucose e fructose que é uma alternativa a sacarose na formulação de produtos de maior qualidade alimentar.

processo convencional para concentrar mosto de uva recorre a evaporadores de vácuo. Este processo é precedido de uma sequência complexa de resinas permutadoras de iões quando se pretende obter MCR. 0 processo de evaporação permite concentrar o mosto até cerca de 70 °Brix, mas não preserva os constituintes mais delicados do mosto de uva como os precursores aromáticos do vinho - os quais se deterioram termicamente ou por oxidação. Para além disso, o processo consome muita energia devido a ocorrência de mudança de fase.

No caso da	produção	de	MCR,	o processo	de	resinas
permutadoras	de	iões	também	altera as	propriedades
organolépticas	do	mosto,	é	muito	complexo, é	caro	e gera

efluentes industriais e resíduos sólidos.

A presente invenção utiliza a nanofiltração para numa só

operação	efectuar	em simultâneo a	concentração	e a
rectificação	parcial	do mosto. Ao	contrário	da	osmose
inversa,	que	apenas	separa água pura	do mosto	de	uva, a

nanofiltração permite fraccionar a mistura que constitui o mosto de uva através da permeação selectiva de espécies iónicas. A invenção permite fraccionar o mosto de uva recorrendo a três factores: 1) selecção do tipo de membrana a usar, 2) controlo do modo de operação da nanofiltração e 3) hibridização da nanofiltração com a electrodiálise.

A selecção do tipo de membrana em termos de material e morfologia em associação com a composição físico-química dos

concentrados,	determinado pelo modo de operação em
concentração,	permite o fraccionamento açucares /ácidos
orgânicos do	mosto, devido a permeação preferencial dos

ácidos, e que levam a subsequente obtenção de mostos concentrados com diferentes graus de acidez. Na presente invenção, a nanofiltração é predominantemente controlada pelas interacções soluto(s)/solventes na solução dos concentrados e pelas interacções membrana/soluto(s).

A nanofiltração em modo de diafiltração permite o controlo adicional do grau de acidez dos mostos. A água utilizada na diafiltração é produzida por osmose inversa dos permeados da nanofiltração.

A electrodiálise a montante da nanofiltração permite remover entre 10% e 40% dos iões e quando usada a jusante da nanofiltração regula o teor final de ácidos orgânicos no concentrado produzido. A utilização da electrodiálise a montante da nanofiltração é usada para mostos de uva com um elevado teor em bi-tartarato de potássio para evitar a precipitação deste composto e a colmatação das membranas.

Diferentes tipos de processos têm sido propostos para produzir mosto concentrado ou MCR. O mosto concentrado é habitualmente produzido com recurso a evaporadores de múltiplos andares sob vácuo [1,2]. No caso do MCR, todos os outros compostos do mosto para além da glucose e da fructose são removidos antes da evaporação com recurso a uma sequência complexa envolvendo resinas permutadoras de iões [3,4]. As

desvantagens	do processo de evaporação são: a alteração
irreversível	da composição do mosto devido ao aumento de
temperatura,	a perda de fragrâncias voláteis e o consumo

energético elevado associado à necessidade de haver mudança de fase na separação. No caso da produção do MCR, tem-se não só a perda de propriedades organolépticas do mosto como a grande a desvantagem da descarga de grandes quantidades de efluentes resultante da regeneração das resinas permutadoras de iões.

A osmose inversa foi proposta para produzir mosto de uva concentrado destinado a produção de vinho [5] usando membranas com coeficiente de rejeição ao cloreto de sódio superior a 97.5% e módulos de pratos planos. Estudos mais recentes [6,7] mostram, no entanto, que a produtividade deste processo pode ser muito limitada devido à colmatação das membranas, resultante da precipitação de ácido tartárico.

A nanofiltração como operação controlada por mecanismos esteroquímicos associados simplesmente ao limite de exclusão molecular das membranas tem sido investigada na sua capacidade simples de concentração em alternativa a osmose inversa para operar a menores pressões [7-9]. Na presente invenção a nanofiltração é predominantemente controlada por mecanismos de interacções electrostáticas conducentes ao transporte preferencial de espécies iónicas e fraccionamento de misturas de solutos neutros (açucares) e ácidos orgânicos que viabilizam a rectificação do mosto em simultâneo com a sua concentração.

3. Descrição da invenção.

A presente invenção tem por objectivo um processo de concentração e rectificação parcial de mosto de uva baseado na utilização de membranas de nanofiltração, as quais retêm os açúcares do mosto e permeiam preferencialmente os ácidos orgânicos do mosto, sendo a permeação preferencial controlada pelo factor de concentração do mosto. 0 mosto de uva previamente clarificado e a temperatura ambiente é processado por nanofiltração usando módulos de membranas compactos em que o mosto de uva circula tangencialmente as membranas, por forma a remover continuamente os compostos que são retidos pelas membranas. Aplicando uma pressão superior a pressão osmótica do mosto, dá-se a permeação de água e de ácidos orgânicos através da membrana, enquanto que os açucares e os compostos precursores aromáticos do vinho são concentrados. São usadas membranas de nanofiltração com limites de exclusão molecular na gama de 150 a 300 Daltons e com uma camada activa com carga eléctrica, e em que a permeação selectiva se deve a mecanismos de impedimentos estereoquimicos e de interacções electrostáticas. A membrana de nanofiltração permite obter uma rejeição açucares superiores a 95% e aos ácidos orgânicos (ácidos málico e tartárico) inferiores a

40%. Como a permeação preferencial de ácidos orgânicos por este tipo de membranas de nanofiltração é mais acentuada a factores de concentração mais elevados, pode-se controlar o grau de rectificação do mosto através da especificação do factor de concentração final.

Para obter uma maior redução do grau de acidez do mosto concentrado, opera-se a nanofiltração em modo de diafiltração. Neste caso, o mosto é primeiro concentrado até um dado factor de concentração óptimo e a partir deste ponto efectua-se a nanofiltração do com adição simultânea de água até se atingir o grau de acidez pretendido. Por forma a evitar que se introduza no processo matéria alheia ao mosto de uva inicial, a água usada na diafiltração é produzida por osmose inversa dos permeados da nanofiltração.

Outro método proposto nesta invenção para afinar o grau final de acidez do mosto concentrado consiste na desmineralização do mosto por electrodiálise com a concentração por nanofiltração. Neste processo híbrido, a electrodiálise do mosto pode ser efectuada antes da nanofiltração, depois da nanofiltração ou antes e depois da nanofiltração. A electrodiálise antes da nanofiltração é recomendada para processar mostos com elevados valores de bi-tartarato de potássio. Neste caso a electrodiálise é usada para reduzir a condutividade eléctrica do mosto entre 10% a 40% do seu valor inicial . Deste modo, reduz-se o teor de bi-tartarato de potássio, evitando-se que este precipite durante o processo de concentração por nanofiltração e colmate as membranas. No caso de mostos de uvas com níveis baixos de bi-tartarato de potássio, é mais vantajoso concentrar primeiro o mosto de uva por nanof iltração e só depois é que se efectua a electrodiálise para atingir os teores pretendidos de ácidos orgânicos e de outros iões.

Os processos propostos, i.e. nanofitração, nanofiltração/diafiltração e nanofiltração/electrodiálise podem operar em contínuo ou em descontínuo.

Exemplos de aplicação da invenção

Exemplo 1. Um volume de 5.5 1 de mosto de uva contendo um teor total em açúcares de 123 g l' e em ácido láctico de 2.8 g Γ''\ foi tratado por nanof iltração usando uma membrana compósita de poliamida com limite de exclusão molecular de 260 Dalton e com uma área útil de 0.102 m², usando um módulo pratos planos. O mosto pressurizado a 40 bar e a temperatura de circulou tangencialmente a membrana com retorno ao tanque de alimentação até se atingir um factor de concentração de 1.4 o que correspondeu, na corrente de alimentação, a um teor total em açúcares de 165 g I·¹ e em ácido láctico de 3.1 g i¹.. Foi recolhida uma amostra da corrente de permeado, com um fluxo de 13.4 1 h'¹ obtendose um teor total em açúcares de 3.1 g l'¹ e em ácido láctico de 2.5 g .1' o que corresponde a um factor de rejeição aos açúcares 98% de e ao ácido láctico de 18%.

Exemplo 2. Um volume de 5.5 1 de mosto de uva contendo um teor total em açúcares de 123 g .13¹ e em ácido málico de 5.2 g 13 ^a, foi tratado por nanof iltração usando uma membrana compósita de poliamida com limite de exclusão molecular de 260 Dalton e com uma área útil de 0.102 m², usando um módulo de pratos planos. O mosto pressurizado a 50 bar e a temperatura de circulou tangencialmente a membrana com retorno ao tanque de alimentação até se atingir um factor de concentração de 2.2, o que correspondeu, na corrente de alimentação, a um teor total em açúcares de 232 g l· e em ácido málico de 7.23 g Γ'1 A este factor de concentração, foi recolhida uma amostra da corrente de permeado, com um fluxo de 2.3 1 íú' obtendo-se um teor total em açúcares de 13.8 g l''^v e em ácido málico de 5.4 g i. ^: _f o que corresponde a um factor de rejeição aos açúcares de 95% e ao ácido málico de 27%.

Referências Bibliográficas [1] Dimitriu M.H. Method of concentrating grape juice 1986,

United Stated Patent 4,597,978 [2] Thumm H. Grape juice concentrate and drink 1990, United Stated Patent 4,976,974 [3] Chu, Osvaldo A.; Chung, Yongsoo; Pepper, Mark A.; JUICE

PROCESSING INCORPORATING RESIN TREATMENT , 2006, United

Stated Patent 7,108,887

Johnson and Chandler, Ion Exchange and Absorbent Resins for Removal of Acids and Bitter Principies from Citrus Juices, J. Sei. Food Agric. 1985, 36, 480-484. cited by other .

[5] Rud Frik Madsen Method of concentrating grape juice for using in the production of wines Patent no. 1454 792, London

Patent Office [6] M. Mietton-Peuchot, V. Milisic, P. Noilet Grape must concentration by using reverse osmosis: Comparison with chaptalization Desalination 148 (2002) 125-1 29 [7] Ferrarini R, Versari A, Galassi S A preliminary comparison between nanofiltration and reverse osmosis membranes for grape juice treatment Journal of Food Engineering 50 (2001) 113-116 [8] Versari A, Ferrarini R, Parpinello GP, Galassi S Concentration of grape must by nanofiltration membranes FOOD AND BIOPRODUCTS PROCESSING 81 (C3): 275-278 SEP 2003 [9] I. Kiss, Gy. Vatai, E. Bekassy-Molnar Must concentrate using membrane technology Desalination 162 (2004) 295-300

Claims

1. Processo de concentração e rectificação simultânea de mosto de uva, caracterizado pela hibridização de operações de membranas, nomeadamente nanofiltração e electrodiálise.

2. Processo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por as membranas de nanofiltração configurarem o fraccionamento da mistura que constitui o mosto de uva através da permeação selectiva de espécies iónicas.

3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por as membranas de nanofiltração apresentarem limites de exclusão molecular na gama de 150 a 300 Daltons, e em que a permeação selectiva se deve a mecanismos de impedimentos estereoquimicos e de interacções electrostáticas.

4. Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por a nanofiltração dos mosto de uva em modo de recirculação total apresentar coeficientes de rejeição aos açucares superiores a 95% e aos ácidos inferiores a 40%.

5. Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a concentração por nanofiltração poder configurar parametricamente as taxas de fraccionamento açucares/ácidos, sendo a fracção do retentado rica em açucares e a do permeado rica em ácidos.

6. Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a corrente de permeado de nanofiltração ser submetida a osmose inversa para remoção de ácidos.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela purificação dos concentrados de nanofiltração através de diafiltração com os permeados da osmose inversa.

8. Processo de acordo com as reivindicação 1, caracterizado por o mosto de uva ser sujeito a operação de electrodiálise para desmineralização na gama de 10% a 40%. 9. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por os concentrados de nanofiltração

serem processados electrodiálise para desmineralização parcial.

10. Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por não requerer processos térmico e ser conduzido a temperatura ambiente ou a temperaturas que assegurem a conservação de compostos voláteis percursores de aromas.

11. Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado pela utilização em concentração e rectificação de sumos e polpas.