UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

TECNOLOGAS DE LAS PRODUCTOS LCTEOS

Seminario

Procesamiento de Suero Lcteo

Integrantes:

Introduccin

De acuerdo al Cdigo Alimentario Argentino, con la denominacin de sueros de lechera se entiende a los lquidos formados por parte de los componentes de la leche, que resultan de diversos procesos de elaboracin de productos lcteos, por ejemplo de quesos, de manteca, de casena o de ricotta. Pero en forma prctica podemos definirlo como el residuo lquido que se obtiene mayoritariamente despus de la separacin de la cuajada en la elaboracin de quesos. En trminos promedio, contiene ms de la mitad de los slidos presentes en la leche original, incluyendo alrededor del 20 % de las protenas (el resto, la casena pasa a integrar la cuajada- as como la mayor parte de la lactosa, minerales y vitaminas solubles en agua de la leche. El 90% del volumen de leche utilizada en la fabricacin de quesos es suero, Este efluente representa un serio inconveniente desde el punto de vista ambiental, debido a que tiene una alta demanda biolgica de oxgeno para biodegradarse lo cual descarta desde el punto de vista ecolgico el derrame de este en cursos de agua o vertientes. Una prctica histrica menos perjudicial y de uso muy frecuente es el suministro de este a los terneros o cerdos para complementar su alimentacin aunque con los volmenes de produccin actual no es suficiente.Por tal motivo el desafo de las empresas lcteas es desarrollar mtodos de conversin de este efluente en materia prima para la obtencin de productos de alto valor agregado considerando que en el mismo se compone de Lactosa, Protenas del Suero, minerales, Vitaminas, Casena, etc. los cuales no son aprovechados. En referencia a la calidad de las protenas del suero, hay que consignar que se halla ntimamente relacionada con dos de sus propiedades: las nutricionales y las funcionales. Las propiedades nutricionales son aquellas determinadas por la composicin en aminocidos; mientras que las propiedades funcionales son las que confieren a los alimentos que las utilizan como ingredientes, algunas caractersticas distintivas de apariencia, textura, sabor, etc..

Composicin y tipos delactosuero

Hay diferentes tipos de suero dependiendo del proceso utilizado en la remocin de las casenas desde la leche fluida.El principal tipo de suero encontrado es el que se obtiene en la fabricacin de quesos. Este proceso se basa en la coagulacin de la casena utilizando quimosina u otra enzima similar. Desde que se induce la coagulacin hasta que se produce el drenaje del suero el ph desciende a un valor 6-6,5. Esto es lo que se conoce como suero Dulce.El segundo tipo de suero, el suero cido, resulta de procesos fermentativos o en los cuales se adiciona cidos orgnicos o minerales para coagular la casena.Los principales componentes de ambos sueros son (Luego del agua), lactosa, protenas del suero, y minerales. Las principales diferencias entre los dos tipos de suero son los contenidos de minerales, la acidez, y la composicin de la fraccin proteica. Aunque estas diferencias no parecen muy importantes hay que tenerlas en cuenta a las hora de elegir la tecnologa para tratar el suero. Por ejemplo, cuando se produce la coagulacin utilizando quimosina se produce la ruptura de las molculas de kappa casena y estos restos pasan al suero. Esto se produce solo en el suero dulce y no en el cido. Estas protenas representan el 20% de la fraccin total de protenas presentes en el suero dulce. En la Tabla 1 se muestran las diferencias en composiciones de ambos sueros en general.

Tabla 1.Composicin delactosuerodulce y cido

En cualquiera de los dos tipos delactosueroobtenidos, se estima que por cada kg de queso se producen 9 kg delactosuero, esto representa cerca del 85-90% del volumen de la leche y contiene aproximadamente el 55% de sus nutrientes. Entre los ms abundantes de estos nutrientes estnla lactosa (4,6-5% p/v), protenas solubles (0,6-0,8% p/v), lpidos (0,4-0,5% p/v) y sales minerales (8-10% de extracto seco. Presenta una cantidad rica de minerales donde sobresale el potasio, seguido del calcio, fsforo, sodio y magnesio. Cuenta tambin con vitaminas del grupo B (tiamina, cidopantotnico,riboflavina,piridoxina, cido nicotnico,cobalamina) y cido ascrbico. En laTabla 2se registran los contenidos de vitaminas, su concentracin y necesidades diarias, encontrndose con que el cidopantotnicopresenta la mayor concentracin con 3,4 mg/ml seguidode cido ascrbico con 2,2 mg/ml.

Tabla 2.Contenidos en vitaminas dellactosuero(Linden yLorient, 1996).

Este gran contenido de nutrientes genera aproximadamente3,5 kg de demanda biolgica de oxgeno (DBO) y 6,8 kg de demanda qumica de oxgeno (DQO) por cada 100 kg delactosuerolquido, siendo la lactosa, el principal componente de slidos que contribuye a la alta DBO y DQO.

Importancia de las protenas delactosuero

No constituyen la fraccin ms abundante, pero es la ms interesante en los terrenos econmico y nutricional.Representa una rica y variada mezcla de protenas secretadas que poseen amplio rango de propiedades qumicas, fsicas y funcionales. Concretamente, suponen alrededor del 20% de las protenas de la leche de bovino, siendo su principal componente la -lactoglobulina (-LG) con cerca de 10% y -lactoalbminacon 4% de toda la protena lctea, adems, contiene otras protenas como,lactoferrina,lactoperoxidasa, inmunoglobulinas, yglicomacropptidos. La -LG es secretada en leches de rumiantes con alta resistencia a la digestin gstrica, lo que origina intolerancia y/oalergenicidaden seres humanos, sin embargo, tratamientos industriales como esterilizacin, calentamiento o presin hidrosttica alta y la hidrlisis mejoran la digestibilidad de la -LG presente en ellactosuero.Las protenas de este subproducto de la industria quesera desempean un importante papel nutritivo como una rica y balanceada fuente de aminocidos esenciales~26%, adems, son de alto valor biolgico (por su contenido en leucina, triptfano, lisina y aminocidos azufrados), tienen una calidad igual a las del huevo y no son deficientes en ningn aminocido, esto puede ser observado en laTabla 3donde se relaciona el contenido de aminocidos que contiene

Tabla 3.Composicin en aminocidos esenciales (g/100 g de protena)

Adems existen numerosos estudios en animales han mostrado el efectoanticarcinognicode las protenas dellactosueroLa fuente de protena ha sido evaluada para estos efectos sobre seguridad y consumo de alimentos en humanos. Una posible explicacin de los efectos de las protenas delactosuerosobre el consumo de alimentos puede basarse en los pptidos presentes y sus acciones fisiolgicas relevantes al consumirlos regularmente.La mayora de las protenas delactosuero, -lactoglobulina y -lactoalbmina, contribuyen a las propiedades funcionales de los ingredientes de protenas y en las formulaciones de alimentos, dentro de estas propiedades se tienen la solubilidad, hidratacin,emulsificacin, textura y consistencia, formacin de espuma, y propiedades degelificacinentre otras.Los factores decisivos en las propiedades funcionales de las protenas relacionadas con los tratamientos trmicos, son su habilidad de absorber e inmovilizar agua en estructuras proteicas, esta cantidad de agua retenida puede ser incrementada por la desnaturalizacin trmica la cual conduce a una estructura porosa y como resultado se presenta capacidad de retencin de agua incrementada.

Tecnologas industriales para el procesamiento de Lactosuero

No hay dudas de que este proceso de continua valorizacin del suero lquido ha sido posible gracias a la evolucin permanente de la aplicacin de las tecnologas de membranas en la industria lctea. El gran avance de esta rama de la ingeniera se produjo en la dcada de los 60, cuando la aparicin de nuevos materiales de membrana permiti lograr una elevada selectividad y conseguir as la separacin de una sustancia especfica an con altos flujos de permeado.El paso ms reciente en esta notable evolucin fue la nano-filtracin, que comenz a aplicarse en el mercado industrial en los 90 y que desde entonces ha tenido un gran auge.Las posibilidades tecnolgicas para el aprovechamiento del suero lquido como materia prima son amplsimas.

En este trabajo nos enfocaremos sobre las principales tecnologas que utilizan el lactosuero como materia prima:

Deshidratacin-Secado Spray( WPC) Concentracin de protenas de suero (WPI) Purificacin y concentrado de lactosa Produccin de Quesos de SueroLas cuales de desarrollan a continuacin:

Deshidratacin-Secado Spray (WPC)

Esta tecnologa es la operacin tpica de secado la cual consiste en una evaporacin multietapa en evaporadores que operan a vaco seguido de un secado spray. Este equipamiento no difiere en gran medida de los utilizados comnmente en la industria, pero las condiciones de evaporacin y secado deben ser ajustadas a las propiedades especficas de la materia prima en este caso suero. La diferencia entre evaporacin o secado spray de la leche y del suero de leche es que este ltimo tiene la necesidad de pre-cristalizar la lactosa en el suero antes de la etapa de secado para minimizar los problemas higroscpicos. El secado en rodillos tanto para suero como leche es posible pero comparten el mismo el problema de la baja calidad del producto obtenido.Tambin es necesario un especial cuidado en las condiciones de temperatura para evitar problemas relacionados con la sensibilidad trmica de las protenas, adems de problemas de ensuciamiento en los equipos.Los polvos de protenas difieren en composicin y propiedades tecnolgicas dependiendo de los pre-tratamientos que sufri la leche que dio origen al suero, por lo cual este proceso tiene como desventaja es la heterogeneidad del producto obtenido lo cual influye en la cotizacin del mismo. Igualmente entre las aplicaciones se destacan el agregado en: postres, sopas y salsas, alimentos para bebs, quesos, helados, productos fermentados, alimentos y bebidas para deportistas, carnes, productos de panadera y pastelera, chocolate y sus confecciones, etc.

Concentracin de protenas de suero (WPI)

Esta tecnologa ya ms compleja pero igualmente econmicamente viable es el proceso se filtracin selectiva a travs de membranas. La cual consiste bsicamente en hacer circular el suero lquido previamente tratado para evitar que aquellas se ensucien y obstruyan- por tubos de presin, donde se produce el fraccionamiento de los componentes que lo integran.El flujo se desdobla en dos corrientes: el retenido que contiene las principales sustancias aprovechables; y el permeado, que puede ser desechado, pero que en muchos casos es reprocesado para la recuperacin de otros componentes valiosos (el ms importante es la lactosa, pero tambin se elaboran distintos productos de fermentacin, como vitaminas, antibiticos, cido lctico, metano, entre otros). El fraccionamiento logrado depender del tipo de membrana que se utilice.Un ejemplo de la tecnologa es el siguiente:Partiendo de suero {1} se realiza un centrifugado y una posterior microfiltracin para reducir la contaminacin microbiana con una temperatura de trabajo de 40C {2}. Luego se realiza una ultrafiltracin en un equipo bach que posee una membrana orgnica de tamao de poro 20kdaMW obtenindose el primer concentrado de protenas (WPC1) {3} como retenido y un permeado rico en lactosa, el cual luego es concentrado por osmosis inversa para despus ser procesado para su comercializacin {4}.

El WPC1 es sometido a una Diafiltracion[*] (20kdaMW) con el adicin de aprox. el 800% de agua con respecto al volumen de trabajo. En este paso se incrementa la concentracin de protenas y al mismo tiempo se reducen los contenidos de lactosa y sales (WPC2). Este producto vuelve a sufrir una microfiltracin igual al paso {2} para obtener MWPC2 {5}. Luego a este se le practica una hidrolisis utilizando una enzima proteoltica la cual hidroliza el 87% de la -lactalbumina presente {H}. Posterior a este paso se realiza una ultrafiltracin para separar protenas NO hidrolizadas (NYPF) {6} de la fraccin total de pptidos (TPepF) {7}. Ambos extractos son concentrados por osmosis inversa. Para concluir el permeado rico en pptidos es fraccionado por una nanofiltracin que se realza en un sistema de filtracin tangencial de 3kdaMW, esto produce un retenido compuesto por pptidos mayores a 3kdaMW y un permeado con pptidos menores a 3kdaMW {8}. Con esto procedimiento logramos obtener 4 fracciones de alto valor agregado: {5}, {6}, {7} y {8}, adems de la lactosa. Los cuales son utilizados para procesos especficos por tratarse de productos altamente concentrados como por ejemplo en la industria farmacutica.Desde el punto de vista de econmico existen diferencias en los costos de instalacin y operativos entre ambos tecnologas pero el proceso de membrana lo puede justificar por la marcada diferencia de cotizacin entre los productos obtenidos. A modo de ejemplo en el ao 2008 el suero en polvo tena un valor promedio de U$S 1.600/tn mientras que concentrado de protenas U$S 6.500/tn.

[*] Proceso en el cual se adiciona de agua a la corriente de rechazo a fin de continuar con la eliminacin de las especies que permean a travs de la membrana conjuntamente con el agua.

Purificacin y concentrado de lactosa

Esta tecnologa recupera y concentra lactosa mediante procesos que incluyen microfiltracin, ultrafiltracin, intercambio inico, smosis inversa y secado spray la lactosa presente en el mismo. La ultrafiltracin es usada principalmente para remover las grasas y protenas, mientras que el intercambio inico y la smosis inversa se utilizan para concentrar y purificar la lactosa. El secado permite obtener polvos de lactosa de alta pureza.El proceso bsico est representado en P1. El suero de queso se centrifuga para eliminar las partculas suspendidas indeseables y luego se hace una ultrafiltracin paro eliminar las grasas y protenas. La solucin ultrafiltrada es sometida a un intercambio inico para removerle el color y los minerales, previo a la concentracin por smosis inversa. Finalmente la solucin concentrada en lactosa se seca en un secadero spray para lograr un polvo de un tamao medio de partcula de 4,54 micrones. P2 y P4 presentan modificaciones con respecto a P1, ya que tienen una segunda etapa de ultrafiltracin o una microfiltracin adicional para mejorar la pureza y el rendimiento. Esto se debe a que se trabaja con filtros que separan partculas de menor peso molecular.

Estas son tecnologas de membranas utilizadas para recuperar y purificar lactosa, que es un co-producto de las protenas presentes en el suero, por lo que se debe complementar con un tratamiento que permita recuperar estas tambin.El proceso P1 que es el ms simple, produce menores rendimientos y pureza en los polvos de lactosa concentrados (88,5 %). P2, que incorpora una segunda etapa de ultrafiltracin con membranas de menor tamao molecular genera un polvo con un 97,7 % de pureza. P3 tiene rendimientos muy similares a P2; mientras que el proceso P4, que incluye una etapa de microfiltracin, presenta un rendimiento y una pureza de la lactosa del 99,8 % incluyendo una recuperacin del 74% de lactosa.La lactosa puede ser utilizada como materia prima para diversas industrias entre las que podemos destacar la alimenticia (produccin de glucosa y galactosa por hidrlisis para luego ser usada en reemplazo de otros carbohidratos ya que tiene bajo poder calrico), la farmacutica ( por sus buenas caractersticas de plasticidad, compresin, lubricacin y un suave sabor, lo que la convierte en un buen componente para la fabricacin de pldoras y tabletas) , la energtica (produccin de bioetanol) entre otras.

Produccin de Quesos de Suero

Este es uno de los alimentos mas tradicionales e importantes a partir de lactosuero.Se reconocen dos tipos de quesos de suero, siendo el itliano el mas importante, el cual se denomina Ricotta. Para el mismo el suero es acidificado y calentado hasta obtener una pasta de protena de suero coagulada.El proceso tecnolgico es bastante simple, consiste en calentar el suero por debajo del punto de ebullicin por unos minutos, produciendo la coagulacin de protenas y de las casenas presentes. Este coagulo es apartado para un posterior salado. Finalizado este la ricotta es prensada y envasada.La fabricacin tradicional por lotes demandaba mucha mano de obra, adems del inconveniente de la separacin del coagulo caliente en forma manual. En la actualidad los sistemas automatizados de produccin continua no solo superaron este inconveniente sino que adems mejoraron el producto y el proceso desde el punto de vista de la rentabilidad.En este procedimiento se aprovechan solamente las propiedades nutricionales de las protenas, ya que el procedimiento las desnaturaliza, es decir que las protenas se despliegan, pierden su estructura y por lo tanto tambin sus propiedades funcionales.

Conclusin

En resumen, aunque en el pas se procese el 20% del suero generado queda claro que el proceso de valorizacin de los sueros de lechera se encuentra en pleno auge y que la senda de permanente innovacin en tecnologa de procesos y productos seguir siendo transitada por aquellas industrias lderes que adems de buscar la mejora de la eficiencia y una mayor rentabilidad, generan divisas genuinas a travs de la exportacin de productos de alto valor agregado, a la vez que dan cumplimiento a las normativas ambientales.

Biblografia consultada: ENCICLOPEDIA OF DIARY SCIENCES SECOND EDITION John W. Fuquay Journal of food Engineering MANUFACTURE OF BIOACTIVE PEPTIDE-RICH CONCENTTRATES FROM WHEY Chemical Engineerring and Processing: Process Intensification; Recovery and Purification of lactose from whey http://www.elsevier.com/lacota/cep sueros de lechera Ing. Anibal Schaller http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/revista/ediciones/44/cadenas/r44_06_SueroLacteo.pdf Tratamiento y reutilizacin del suero de leche Ing. Jos Luis Carrillo Aguado http://www.lactodata.com/lactodata/docs/lib/jose_luis_carrillo_tratamiento_reutilizacion_2002.pdf Diafiltracion http://www.ecoionics.com/diafiltracion.doc