Especialistas e empresas analisam os métodos de filtração das bebidas e os avanços do processo
Fevereiro de 2013
Por Nani Soares
Quando a AmBev lançou a Antarctica Sub Zero no mercado, informando que o principal diferencial da cerveja era a dupla filtração, muitos consumidores perguntavam-se qual seria, na prática, a diferença entre a novidade e as cervejas tradicionais. Embora a função dos sistemas de filtração na indústria de bebidas esteja intrínseca no conceito – eliminar as partículas turvadoras da bebida – o processo é complexo e vai além, melhorando aspectos como viscosidade e brilho, e ainda garantindo a estabilização do sabor e aumento do shelf life do produto.
Todas as bebidas precisam passar pelo processo de filtração, com a diferença ocorrendo basicamente no tempo demandado, nos equipamentos e na técnica empregada.
A retirada das partículas turvadoras depende essencialmente das características de cada bebida, o que varia conforme sua composição, fabricação e matérias-primas utilizadas. Em bebidas que utilizam sucos de fruta, por exemplo, nem sempre essas são filtradas diretamente e sim o suco, que deve ser clarificado. Já no caso da cerveja, além de eliminar substâncias como levedura e resinas de lúpulo, a filtração atua como um mecanismo de esterilização antes do envase.
A cor da bebida e a embalagem a ser utilizada também são fatores que influenciam na escolha do mecanismo de filtração. Quanto mais claras forem as bebidas e transparentes as garrafas, mais rigoroso será o processo. Isso porque ao contrário do que ocorre na Europa, em países como o Brasil o consumidor tende a rejeitar bebidas mais turvas, como alguns tipos de cerveja, presumindo erroneamente tratar-se de um produto com sujidades. Ironicamente, esse comportamento é mais frequente em países onde a carência nutricional é maior.
Uma divisão clássica das etapas de filtração inclui os pré-filtros e os meios filtrantes (também chamados de auxiliares de filtração), intermediários e finais. Com poros mais abertos, os pré-filtros são responsáveis pela retenção dos contaminantes sólidos em suspensão, com partículas maiores. Os meios filtrantes intermediários são aplicados conforme o processo e a finalidade da filtração, enquanto os meios filtrantes finais têm os poros mais fechados (nominais ou absolutos, dependendo do processo), sendo aplicados para clarificação, polimento e esterilização.
Em geral, o monitoramento de cada uma dessas etapas é feito pela perda de carga ou aumento da pressão no filtro. O mesmo parâmetro é utilizado para definir a vida útil do filtro ou determinar o período em que deve ocorrer a troca. Se o objetivo for a clarificação, opta-se por turbidímetros ou colorímetros com padrões.
Como são as características de cada bebida e os resultados pretendidos que determinam como o processo será executado, cada segmento realiza a filtração conforme suas peculiaridades.
A que mais utiliza sistemas diferentes é a indústria de lácteos, que durante décadas desenhou mecanismos especiais para cada tipo de usuário, com aplicações na filtração do leite, do soro e da água diluída no leite. Técnicas como a pasteurização e esterilização costumam alterar algumas propriedades do leite, como o sabor, o que fez da microfiltração uma das melhores alternativas das indústrias, já que aumenta a segurança microbiológica e ainda preserva o sabor. O leite microfiltrado fresco, por exemplo, mantém-se durante mais tempo que o tradicional leite fresco pasteurizado.
Na produção de sucos há pré-filtros usados na separação de polpa bruta (como laranja, abacaxi, goiaba, caju), filtros autolimpantes ou laváveis e filtros de carvão ativado, especialmente desenvolvidos não só para remover as impurezas como para controlar as cores dos sucos, tornando-os mais cristalinos. Por fim, há os filtros finais, usados antes do envase, geralmente quando o suco está diluído, fase que exige uma maior segurança.
Na produção de vinhos são muito utilizados os carvões ativados, que servem para controlar a qualidade final do produto, embora na etapa inicial o mais comum sejam os cartuchos descartáveis nominais e bags. Na etapa final de filtração, os fabricantes têm utilizado em sua maioria os filtros absolutos descartáveis e membranas de ultrafiltração, em substituição aos meios filtrantes descartáveis de celulose e auxiliares filtrantes inorgânicos.
A terra diatomácea também é utilizada para clarificação ou polimento antes do engarrafamento, aplicação muito usada por grandes engarrafadores de cachaça que a utilizam como pré-filtro e filtros finais de cartuchos. Para produtos destinados a exportação, utilizam-se meios filtrantes absolutos.
Para águas envasadas (mineral ou adicionada de sais) o processo de filtração inclui elementos filtrantes (polidores) do tipo cartucho com abertura máxima de 20 micra. “O tempo de vida útil dos filtros é função direta da presença de materiais sólidos não dissolvidos e do volume de água a ser filtrada”, reitera Juan Carlos Ortiz Santillan, consultor técnico especializado em águas.
O processo de filtração ocorre normalmente entre a etapa de captação e armazenamento da água a ser envasada, filtração e operação de enchimento em envasadoras automáticas. A quantidade de elementos filtrantes no sistema de filtração vai depender de dois fatores: modo de transferência da água armazenada (bombeamento ou por gravidade) e vazão desejada.
Entre as tecnologias desenvolvidas, a filtração por membrana é considerada a mais moderna empregada atualmente na indústria de bebidas, em virtude de sua eficiência na clarificação, concentração , fracionamento, dessanilização e purificação de diversas bebidas, além de melhorar a segurança alimentar.
Segurança microbiológica
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Pedro Paulo Moretzsohn de Mello, especialista em Alimentos e Bebidas, do Centro de Tecnologia do SENAI/RJ, explica que toda filtração é baseada em pressão diferencial, podendo a pressão secundária ser negativa, como na filtração a vácuo, indicada para bebidas mais viscosas e descarbonatadas. No caso de águas, cervejas, vinhos e outras bebidas fermentadas a recomendação é pela filtração tangencial por membrana de fibra oca.
“No tratamento de água, ela também se constitui em alternativa importante pela possibilidade de eliminar a cloração (e a decloração) das águas destinadas a processos em geral (produção das bebidas e águas minerais, geração de vapor, água de refrigeração etc). Pode até ser usada no tratamento de efluentes industriais. Para a recuperação de cerveja de levedura e na produção de levedura prensada, pode ser usado tanto o conhecido filtro prensa quanto um filtro de cerâmica porosa”, esclarece.
Se bem conduzida, a filtração convencional retira uma parcela significativa de partículas turvadoras como proteínas, polifenóis e leveduras, mas não está diretamente relacionada à segurança microbiológica. Para garanti-la é necessário um processo físico adicional, que pode ser por meio da pasteurização ou filtração estéril.
Mello afirma que é possível uma filtração de polimento ou filtração fina, a partir da utilização de placas celulose. Também é possível uma filtração adicional de estabilização com PVPP e filtração estéril, na qual são utilizadas membranas poliméricas ou cerâmicas. Tudo vai depender do grau de polimento (brilho) que se quer obter. “A filtração estéril é interessante para pequenos volumes e dispensa a pasteurização da bebida”, diz.
No caso específico da cerveja, o processo de clarificação pode começar pela maturação da cerveja lager, em que já ocorre uma pré-clarificação, seguida de centrifugação ou mesmo utilizando uma pré-filtração com perlita ou terra diatomácea grossa.
No que tange à pasteurização, o grande problema das indústrias é que ela estabiliza as bebidas do ponto de vista microbiológico, mas altera a estabilidade do paladar, aroma e cor dos produtos. Além disso, consome mais espaço, água e energia, sendo classificada pelo especialista como um “cobertor curto”. Neste contexto, a filtração por membranas acaba sendo uma boa alternativa para as cervejarias, embora seja limitada a pequenos volumes, em virtude da necessidade de uma área de filtração maior que a tradicional.
“O ideal seria alimentar o filtro de membranas com cerveja pré-clarificada, pelo menos para melhorar seu desempenho, seja em termos de ganho de fluxo, seja pela redução de frequência de retro lavagens, exigidas pelo processo de filtração por membranas. Pode ser incluído nesse rol, o emprego de membranas para a diálise para produção de cerveja sem álcool”, ressalta.
Filtração por membranas
Para a produção em larga escala, como na indústria de refrigerantes, utiliza-se equipamentos mais adequados ao volume de bebida. Celise Ritto, gerente de Qualidade e Meio Ambiente da Coca-Cola FEMSA Brasil, explica que nesse caso a filtração é utilizada em diversos processos como tratamento do ar ambiente de salas produtivas, de água potável e residuária, do açúcar, gases, sucos e o refrigerante propriamente dito.
Os métodos e processos envolvidos são continuamente aperfeiçoados, segundo ela, embora os sistemas tradicionais ainda utilizem como base um equipamento e um meio filtrante. Celise também destaca que cada método depende do meio que se deseja filtrar, considerando o estado em que ele se encontra. “Para filtrar água, por exemplo, temos alguns tipos de filtros próprios para este fluído, porém a escolha do tipo de filtro específico depende também das condições desta água. Para águas superficiais, como rios e represas, são usados filtros com determinada característica, enquanto para águas subterrâneas (poços artesianos) as características são outras.
Em geral, os filtros e elementos filtrantes mais utilizados pela indústria de refrigerantes são filtro de leito poroso, filtro prensa e centrífuga, filtros de folhas, filtros de placas e bolsas e cartuchos. Considerado o mais simples, o filtro de leito poroso costuma ser usado para o tratamento de água potável, além do tratamento de açúcar para a fabricação de xaropes. Para a fabricação de xaropes no qual são usados carvão ativado nas etapas do tratamento, a melhor indicação são os filtros de placa. Os filtros prensa e centrífugas são utilizados na etapa final do tratamento de água e os filtros de folhas são projetados para grandes volumes de líquido, bem como no tratamento de água residuária. Já as bolsas e cartuchos são utilizados nas etapas de polimento (uma das últimas), geralmente utilizadas para a filtração de gases, água potável e xarope.
“Algumas variáveis do controle do processo de filtração são vazão, temperatura, pressão, velocidade e o produto propriamente dito, separado do material o qual o processo de filtração foi inserido para tal fim. Todo processo de filtração requer controles específicos de acordo com o tipo utilizado e com as características finais dos fluídos”, pontua a executiva.
A globalização possibilitou aos fornecedores oferecerem tecnologias tão avançadas quanto as utilizadas em outros países e se não atuam no País os principais fornecedores têm ao menos representantes, o que facilitou muito para os engarrafadores. Mas mesmo com o mercado nacional já contando com soluções similares às importadas, especialmente no caso de filtros tradicionais, os importados ainda têm qualidade superior, na opinião de Celise.
Segundo ela, a maior evolução nos processos de filtração foi justamente o desenvolvimento do sistemas por membranas, que tem como principal vantagem possuir um meio filtrante renovável: a própria membrana é o meio filtrante, sendo renovada após cada ciclo de filtração. Em relação à qualidade final da filtração, no entanto, os sistemas tradicionais e os de membranas são equivalentes. “As principais vantagens dos sistemas por membranas são o aumento de produtividade devido a redução do número e tempo de setups entre uma filtração e outra, e a diminuição na geração de resíduos”, salienta Celise.
De olho nas questões sustentáveis, ela garante que a opção da empresa é por equipamentos com tecnologias que proporcionem o melhor aproveitamento dos recursos naturais, como menor consumo de energia, água e com o mínimo possível de geração de resíduos.
Custos & fornecedores
No caso da cerveja, a filtração consiste em um diferencial que pode ser determinante na hora de agradar o consumidor. Responsável pela remoção de resíduos sólidos provenientes da fermentação, o processo de filtração ocorre no final do processo produtivo e deve ser bem calculado e executado para que não ocorra o comprometimento da qualidade mesmo depois do envase, com reflexos na espuma e resultando até na oxidação da bebida. Bem realizada, contribui para um melhor aspecto visual e garante uma cerveja mais límpida, característica priorizada pelo consumidor brasileiro.
O processo envolve meios filtrantes que atuam em combinação com equipamentos de filtração principal, como filtros de placa horizontais e filtros de velas. Apesar dos avanços tecnológicos e da sofisticação dos métodos empregados, a utilização de terra diatomácea ou perlita como auxiliar filtrante também é muito comum, em virtude do baixo custo e eficiência na retenção de partículas, embora as discussões em torno da técnica sejam muitas, por conta dos impactos ambientais.
Homero Guercia, diretor Industrial da Brasil Kirin, reforça a importância da filtração para uma cerveja de qualidade, em virtude da estabilidade microbiológica (por meio da retenção de células de levedura), coloidal (remoção de substâncias coloidais para garantir baixa turbidez) e organoléptica.
A Brasil Kirin optou pelo uso de filtro de velas pelo baixo custo de manutenção associado ao alto rendimento e baixas perdas de processo. As perdas, aliás, são apontadas por Guercia como o grande avanço do processo, em conjunto com rendimentos maiores de filtração e garantia de qualidade dos produtos.
O monitoramento de cada etapa do processo é feito a cada hora pela operação e equipe de qualidade, que acompanha desde o CIP (limpeza) até a desaeração do sistema, preparação da camada filtrante, filtração da cerveja e despejo de resíduos da filtração para descarte apropriado, explica o diretor.
Os critérios de sustentabilidade norteiam todos os processos e são monitorados através de KPI’s (indicadores chave de desempenho), gerenciados por meio de ferramentas do sistema de gestão TPM visando a melhoria contínua e responsáveis pela medição de todas as perdas de processos como do produto em si e consumo de água.
Apesar do método utilizado atualmente, a Brasil Kirin estuda o emprego de novas tecnologias e realiza estudos de viabilidade onde são considerados itens como produtividade, qualidade, custo, delivery, segurança e sustentabilidade. “Os novos sistemas têm oportunidades nos custos operacionais e custos de investimento, sendo este um ponto de necessidade de melhoria por parte dos fornecedores”, destaca Guercia.
Nas cervejarias
De acordo com Michael Trommer, mestre-cervejeiro e especialista no assunto, nem todas as cervejas vendidas no Brasil são filtradas, inclusive a popular Pilsen. Para as cervejarias que optam pelo sistema, o processo é rigoroso. Nas de grande porte são instaladas centrífugas de alta eficiência que podem retirar até 95% da levedura antes mesmo de a cerveja iniciar o processo de filtração.
No entanto, uma cerveja filtrada necessita de muito mais cuidados em todos os sentidos. Com a retirada da levedura, por exemplo, a cerveja fica desprotegida e necessita de pasteurização imediata. Uma cerveja filtrada também deve estar muito bem estabilizada na parte protéica, devido a fácil visualização dos microgrumos no copo. Há vários produtos no mercado que auxiliam na estabilização protéica, garante Trommer, e no caso da Antarctica Sub Zero, com dupla filtragem, a característica mais marcante é justamente sua estabilidade protéica.
Nas cervejarias, o processo é relativamente simples: antes de entrar no filtro de terra diatomácea, a temperatura da cerveja é corrigida para abaixo de 0oC, visando melhorar e evitar futuras turvações protéicas quando o produto já estiver no mercado. É durante essa etapa, quando sai do filtro de terra diatomácea, que muitas cervejarias analisam a turbidez da bebida. Se estiver acima do esperado, volta para o filtro de terra diatomácea – embora a filtração por terra diatomácea seja a mais usada em todo o mundo, algumas cervejarias utilizam outros métodos, inclusive certas microcervejarias, que realizam o processo por sedimentação da levedura, utilizando auxiliares para acelerar o processo. Por fim, a cerveja passa por um filtro de polimento, cuja finalidade é reter qualquer impureza que passou pelo filtro de terra diatomácea. Só então é feita a correção do gás carbônico.
Nas microcervejarias, o processo é diferente. A maior parte não utiliza filtros em virtude das características e estilo diferenciado das cervejas produzidas. Assim, acabam atendendo um nicho de consumidores muito específico, que prefere bebidas não filtradas por considerá-las mais completas, como as cervejas de trigo e escuras, Porter, Stout, IPA, Trapistas, Biere de Garden, Barley Wine, além de quase todas as cervejas belgas.
As microcervejarias que filtram geralmente o fazem por meio de métodos mais simples do que os das cervejarias maiores, e que nem sempre são seguros em relação a aspectos como incorporação de oxigênio do ar, o que por vezes acarreta problemas de envelhecimento precoce, comprometendo principalmente as propriedades organolépticas, explica Trommer.
“Não é aconselhável comercializar cerveja mal filtrada, porque até o consumidor leigo em cervejas percebe – visualmente e no paladar – e ocorrerá na certa devolução do lote, ocorrendo prejuízo financeiro e da imagem do produto”, diz.
Em relação ao custo e eficiência, o filtro de velas é o mais recomendado, seguido das placas horizontais, segundo o especialista. Como resultado da preocupação com as questões ambientais, o setor cervejeiro está mais criterioso quanto ao Ciclo de Vida do Produto (LCA), que nada mais é que compilação e avaliação das entradas (MP, insumos etc), saídas (deposição dos subprodutos) e potenciais impactos ambientais de um produto ao longo do seu ciclo de vida. Quanto ao processo de filtração, novos caminhos também estão sendo avaliados. “Há muitas alternativas sendo discutidas em todo o mundo. Acredito que no Brasil tenhamos logo um produto que substitui a terra diatomácea que é regenerável e não é necessário a utilização do PVPP”.
Preocupação ambiental
Com um faturamento em torno de US$ 8 bilhões, a fabricante de equipamentos Pentair está presente em quase todas as áreas de bebidas no mundo, com linhas que envolvem desde a filtração até processos completos de produção. A empresa também se rendeu à filtração por membranas e lançou o BMF, sistema de filtração por membranas compacto, indicado para cervejarias que produzem entre 0,5 e 1,5 milhão de hl por ano.
“Trata-se de um sistema plug & play, pré-testado, que traz uma enorme quantidade de vantagens para o cliente e que já nasceu fazendo sucesso, com 18 unidades vendidas antes de um ano de seu lançamento”, conta Roberto Freire, diretor da Pentair.
A principal exigência dos clientes atualmente é quanto às soluções serem sustentáveis, além de trazerem vantagens econômicas, o que levou a empresa a investir em tecnologias baseadas neste conceito que, aliás, Freire acredita ser a definição ideal de sustentabilidade.
Por conta dessa preocupação, muitas empresas estão controlando ou mesmo banindo o uso da terra diatomácea em diversas aplicações, em razão de suas várias desvantagens. Entre elas estão a necessidade de espaço para manuseio e descarte, o que aumenta o custo das instalações. A terra diatomácea também é composta por elementos como o ferro (a concentração varia de 1% a 4%) que, quando combinado com o oxigênio, acelera a oxidação dos radicais livres causando o envelhecimento precoce das bebidas.
Também é um meio filtrante variável, de difícil controle de qualidade na filtração, com variações que podem afetar o produto a cada lote produzido. Os filtros de terra diatomácea ainda requerem procedimentos complexos de preparação para uso, retardando as paradas e retomadas da produção. Por fim, têm uma perfomance muito inferior a métodos como as membranas, além de causar danos à saúde dos operadores que inalam sua poeira.
“As poucas vantagens da utilização dos filtros de terra diatomácea estão se desfazendo rapidamente com o passar do tempo. Por tratar-se de um sistema antigo, o público usuário conhece suas aplicações e como lidar com suas limitações e perigos. O custo era até há pouco tempo visto como uma vantagem também, porém as tecnologias modernas de filtração já apresentam custos totais de propriedade (investimento + operação) menores”, esclarece o executivo.
O diretor indica outras alternativas eficientes, como os filtros microbiológicos e os sistemas regeneráveis. Os primeiros são meios filtrantes descartáveis de porosidade submicronica absoluta, inertes e construídos em polipropileno (PP), polietileno (PE), poliamidas (PA), politetrafluoretileno (PTFE) ou nylon, eficientes na filtração final de bebidas, alimentos, fluidos para produtos eletrônicos, de química fina, farmacêuticos e biotecnologia. Já os sistemas regeneráveis são filtros compostos por meios filtrantes a quartzo, metálicos, de lonas ou cerâmicos, autolimpantes ou não. De eficiência regular, a performance destes sistemas depende muito da aplicação, sendo comprovadamente eficazes no caso de fluidos com alta carga contaminantes de macromicragens.
Os filtros de placas e velas têm muitas vantagens num primeiro momento, já que todas as suas versões (filtros de placas horizontais ou verticais e filtros de velas metálicas ou cerâmicas) são laváveis e podem ser reutilizadas, o que em tese leva à redução dos custos. Entretanto, dependendo do caso, são soluções que podem apresentar custos operacionais muitas vezes não contabilizados pelas empresas, podendo elevar os cálculos sobremaneira e causar impacto no custo final da produção, o que exige uma avaliação econômica cuidadosa.
“A maioria dos fabricantes de bebidas ainda usa sistemas não sustentáveis, como cartuchos descartáveis ou terra diatomácea, pois são sistemas antigos e estabelecidos no mercado. Apesar de haver a possibilidade de incineração destes meios filtrantes, uma pequena parcela dos usuários descarta seus produtos e os envia a empresas especializadas em incineração. Os sistemas mais modernos estão ganhando espaço a uma velocidade impressionante pois passaram a apresentar vantagens de operação e custos sobre os sistemas antigos. Os clientes perceberam isto e estão mudando suas fábricas”, relata Freire.
Além do processo de filtração tradicional, o executivo destaca a microfiltração, muito utilizada em processos intermediários ou finais, na etapa de produção de líquidos ou ar. A denominação está relacionada ao tamanho do poro do filtro, que pode ser descartável ou não, nominal ou absoluto.
A semi-filtração (ou pré-filtração), por sua vez, é usada em processos que requerem filtração com porosidades mais abertas (acima de 1 micron). Em geral, trata-se de meios filtrantes em profundidade ou de superfície, nominais e produzidos com vários tipos de manta (fibras ou termoplásticos). Podem ser apresentados sob a forma de membranas, cartuchos, telas, rotativos, autolimpantes e bags.
