Efeito de campo magnético sobre as características físico-químicas de uma solução de albumina de soro bovino (BSA) e seu desempenho na ultrafiltração

Abstract

Os processos de separação por membranas têm uma vasta aplicação na indústria química e de alimentos, dentre elas a concentração de proteínas e a recuperação de pigmentos e óleos. A principal limitação dessa tecnologia são os fenômenos de polarização por concentração e fouling que reduzem o fluxo durante a permeação. Os métodos atuais de redução das incrustações químicos e físicos podem causar danos nas membranas além de representar aumento de gasto energético. Nesse sentido, o pré-tratamento simples com o uso de campo magnético na solução de alimentação foi proposto no presente trabalho como estratégia para melhorar o desempenho dos processos de ultrafiltração (UF) e a recuperação da permeabilidade da membrana após a UF. Os ensaios de permeação foram realizados em duplicata com soluções modelos de albumina de soro bovino (BSA) em pH 6,5 e concentração de 2,5g/L. As permeações foram realizada em uma célula de fluxo tangencial com uma membrana de 50 kDa, confeccionada de polietersulfona hidrófila. As permeações utilizando amostras de soluções proteicas que não sofreram indução magnética foram denominadas ensaios controle. Soluções de alimentação foram pré-tratadas magneticamente com um campo de intensidade de 0,7 T para diferentes tempos de indução (de 0,5 a 24 horas). Os cálculos de permeabilidade hidráulica inicial e após a UF mostraram que o campo magnético influenciou os parâmetros de desempenho do processo, uma vez que houve o aumento de até 100 % do fluxo de permeado em relação ao controle. Na recuperação da permeabilidade notaram-se diferenças significativas entre ensaios de indução e ensaio controle. Quanto à analise das resistências ao fluxo de permeado foi observada uma redução significativa da resistência pelo fouling (RF) e um aumento da resistência pela polarização por concentração (RCP) nos ensaios de indução magnética. Nas análises físico-químicas realizadas não foram observadas alterações das propriedades de pH, condutividade, viscosidade e tensão superficial, à exceção do potencial zeta da solução de BSA, para o qual foi observado o aumento da repulsão eletrostática entre as moléculas de proteína. Em resumo, a exposição da corrente de alimentação a um campo magnético antes da ultrafiltração foi um modo eficaz para controlar a incrustação de membrana, sem comprometer a estabilidade da membrana através da utilização de produtos químicos, e sem aumento de demanda energética.<br>

Abstract : Membrane separation processes have been extensively used in food and chemical industry, including protein concentration and recovery of pigments and oils. The main limitations of membrane technology are the concentration polarization and fouling phenomena, which decrease flux and membrane performance. Most chemical and physical methods for fouling control may cause damage to membranes, and also can increase energy demand. Thus, the use of magnetic field in feed stream was proposed in the present study, as a strategy for increasing performance of ultrafitration (UF) of a bovine serum albumin (BSA) solution. Permeation runs were carried out in a tangential flow cell with a hydrophilic 50 kDa polyethersulfone membrane. Feed consisted of 2.5 g/L BSA solution at pH 6.5. Feed solutions were treated with a 0.7 T magnetic field for different times (0.5 to 24 h). Control runs were carried out with solutions that were not treated with the field. The results showed that the magnetic field influenced process performance, showing an increase in permeate flux by 100%. The recovery of membrane hydraulic permeability after membrane cleaning was also determined, and the use of the field was effective in increasing the water flux after cleaning. The magnetic field was able to decrease the fouling resistance (RF) in relation to the concentration polarization (Rp) resistance. The field did not cause changes in physic-chemical properties (pH, conductivity, viscosity and surface tension), except for the zeta potential of solution, which decreased after exposure of the solution to the field, suggesting that the protein solution has become more stable. In summary, the exposure of feed stream to a magnetic field prior to ultrafiltration was an effective way to control membrane fouling, without compromising membrane stability by the use of chemicals, and with no increase in energy demand.