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“Suero de leche, propiedades y usos”.
Innovación en la industria láctea.
O s c a r F r a n c h i M . 2 0 10
INDICE Introducción .................................................................................................................... 3
Tipos de suero de leche y sus componentes ............................................................ 4
Usos del suero de leche ............................................................................................... 6
El suero como alimento animal ................................................................................... 8
Suero líquido para los cerdos ...................................................................................... 8
Suero líquido para el ganado ....................................................................................... 9
El suero, como base para formulaciones infantiles.................................................. 9
Proteínas del suero de leche ..................................................................................... 12
El suero y su uso en productos dietéticos ............................................................... 13
Propiedades insulinotrópicas de las proteínas lácteas.......................................... 13
Las proteínas del suero y la regulación en la ingestión de alimentos................. 14
Las proteínas de suero como ingredientes esenciales en productos alimenticios ........................................................................................................................................ 16 El suero de leche y la elaboración de pan ............................................................... 16
Productos cárnicos ...................................................................................................... 17
Productos de carne triturada (emulsionada) y molido grueso .............................. 17
Aplicación en hamburguesas de carne de res bajas en grasa............................. 17
Salchichas/hot dogs/embutidos bajos en grasa ..................................................... 18
El suero de leche y su uso en la elaboración de quesos ...................................... 19
Elaboración de bebidas a base de suero de leche. ............................................... 22
Bebidas a base de suero de leche entero ............................................................... 22
Bebidas a partir de suero desproteinizado .............................................................. 24
Bebidas no fermentadas ............................................................................................. 24
Bebidas fermentadas .................................................................................................. 25
Bebidas proteicas ........................................................................................................ 25
Bebidas tipo-leche ....................................................................................................... 25
Bebidas tipo refresco................................................................................................... 26
El uso de suero de leche en confitería ..................................................................... 26
Uso del suero en productos farmacéuticos ............................................................. 28
Jarabe de lactosa de suero hidrolizada ................................................................... 28
Fermentación del suero .............................................................................................. 28
El suero y la producción de metano ......................................................................... 30
Fraccionamiento de los componentes del suero .................................................... 30
Diferentes tratamientos del suero ............................................................................. 31
Recuperación de finos de caseína y separación de grasa ................................... 31
Concentración del suero ............................................................................................. 33
Secado del suero ......................................................................................................... 33
Recuperación de proteínas ........................................................................................ 34
Recuperación de proteínas por medio de la ultrafiltración (UF)........................... 34
Desengrasado del concentrado de proteínas de suero......................................... 37
Recuperación de las proteínas desnaturalizadas del suero ................................. 37
Aislamiento cromatográfico de lactoperoxidasa y lactoferrina ............................. 39
Procesos de recuperación de proteínas no comerciales ...................................... 41
Recuperación de lactosa ............................................................................................ 41
Proceso de cristalización ............................................................................................ 41
Separación de la lactosa ............................................................................................ 42
Secado de la lactosa ................................................................................................... 43
Refinamiento de la lactosa ......................................................................................... 43
Desmineralización del suero (desalinización) ......................................................... 44
1
Principios de la desmineralización ............................................................................ 44
Desmineralización parcial por nanofiltración ........................................................... 44
Desmineralización de alto grado ............................................................................... 45
Principio de operación................................................................................................. 45
Factores limitantes en la electrodiálisis.................................................................... 46
Conversión de la lactosa ............................................................................................ 46
Hidrólisis enzimática de la lactosa ............................................................................ 47
Hidrólisis ácida ............................................................................................................. 48
Conclusiones y comentarios ...................................................................................... 48
Referencias................................................................................................................... 49
2
Introducción
En la industria quesera, el principal subproducto generado corresponde al
suero de leche. El suero de leche, puede ser definido como el líquido
remanente luego de la separación de la cuajada, al momento de hacer queso, o
también al separar la caseína luego de la coagulación de ésta. El queso,
retiene cerca del 80% de proteínas de la leche, dichas proteínas son
principalmente caseínas, y el 20% restante permanece en el suero, por lo cual
dichas proteínas, en su conjunto, son denominadas proteínas séricas o
comercialmente denominadas “whey proteins”. El queso, además de proteínas,
contiene entre un 20 a 30% de grasa dependiendo del tipo de queso elaborado,
sin embargo, aún queda grasa remanente en el suero de leche. Por último, la
concentración de lactosa que permanece en el suero de leche es igual o muy
similar a la concentración de lactosa presente en la leche de partida para la
elaboración del queso. Todo esto, nos lleva a pensar que el suero de leche en
vez de ser considerado como un desperdicio, debe ser considerado como
fuente rica en materias primas y cada uno de sus componentes debe ser
aprovechado de alguna forma, ya sea para la elaboración de nuevos productos
alimenticios como para su uso en áreas totalmente distintas, como por ejemplo,
la producción energética.
Bajo este contexto, a continuación se dan a conocer las propiedades del suero
de leche y el uso que actualmente se da a cada uno de sus componentes,
incluyendo detalles técnicos de los procesos, equipos o maquinarias utilizadas,
procesos alternativos y estudios recientes de procesos aún no incorporados en
la industria.
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Tipos de suero de leche y sus componentes
El suero de leche como se mencionó anteriormente, es el residuo líquido de la
producción de queso y caseína y es uno de los más grandes reservorios de
proteína alimenticia que actualmente no ha alcanzado su punto máximo
de aprovechamiento.
Este suero comprende entre un 80 a 90% del volumen total de leche
procesada para la fabricación de queso o caseína y contiene cerca del 50% de
los nutrientes originales de la leche: proteínas solubles, lactosa, vitaminas y
minerales.
Existen principalmente 2 tipos de suero: el suero “dulce” y el suero “ácido”. El
suero dulce, se genera al elaborar el queso mediante el uso de enzimas
proteolíticas o “cuajo”, las cuales actúan sobre las caseínas de la leche y las
“cortan” o “rompen”, haciendo que estas se desestabilicen y precipiten, todo
esto bajo condiciones específicas de temperatura (15-50ºC), ph levemente
ácido (5,9-6,6) producto de la incorporación de cultivos lácteos y iones calcio.
La principal enzima utilizada para realizar esto, es la quimosina o renina. Esta
enzima es propia del aparato digestivo de los rumiantes, por eso, antiguamente
esta enzima se obtenía a partir del estómago de estos animales. Actualmente
esta enzima es producida a partir de síntesis bioquímica evitando usar el
estómago de terneros como materia prima.
Por otro lado como se mencionó anteriormente, está el suero “ácido”. Este
suero se genera mediante la precipitación ácida de la caseína. Esta
precipitación se realiza disminuyendo el ph de la leche a un valor de 4,5 a 4,6.
A este ph, se alcanza el punto isoeléctrico de la mayoría de las caseínas
presentes; en este punto, la carga eléctrica neta de la proteína es igual a cero,
lo cual produce que la micela de caseína se desestabilice y precipite, dejando
en solución solamente las proteínas de tipo séricas.
De acuerdo a esto, a continuación se muestra una tabla con la composición
típica del suero de leche “dulce” y “ácido”.
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TABLA 1. Composición porcentual del suero dulce y el suero ácido.
Constituyente Suero dulce Suero ácido
Sólidos totales 6,4 6,5
Agua 93,6 93,5
Grasa 0,05 - 0,37 0,04-0,27
Proteína 0,6-1,0 0,6-0,8
Lactosa 4,6 - 5,2 4,4-4,6
Minerales 0,5 0,8
Calcio 0,043 0,12
Fósforo 0,040 0,065
Sodio 0,05 0,05
Potasio 0,16 0,16
Cloro 0,11 0,11
Ácido láctico 0,05 0,4
Como se puede observar, los macro nutrientes permanecen casi en las mismas
proporciones en ambos sueros. Las principales diferencias se observan al
comparar las cantidades de calcio y ácido láctico, estando en mayor proporción
en el suero ácido, lo cual indica en el caso del calcio, que el queso “ácido”
posee menos calcio que el queso “dulce”. Por otro lado, la mayor cantidad de
ácido láctico en el suero “ácido” tiene que ver con la forma de acidificación de
la leche para la precipitación de la caseína ya que una forma de alcanzar el pH
4,6 es agregando ácidos orgánicos como por ejemplo, ácido láctico. El
aumento de ácido láctico también se ve favorecido por el aumento de los
cultivos lácteos presentes en la leche que a pH ácido, se ve incrementado su
crecimiento y por ende una mayor producción de ácido láctico por parte de
estos microorganismos.
El suero de leche entonces, independiente del tipo que sea, posee valiosos
componentes desde el punto de vista nutricional. Por otro lado, dichos
componentes, si no son aprovechados o tratados adecuadamente pueden
significar un gran foco de contaminación ambiental, debido a la gran materia
orgánica presente en ésta. En ese sentido, la lactosa es el principal agente
contaminante del suero de leche, ya que se encuentra a una concentración de
aproximadamente 50 gramos por litro y su poder contaminante, se establece
mediante dos parámetros principalmente: la demanda biológica de oxígeno
(DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO). En síntesis, el primer
parámetro mide el grado de contaminación del efluente (en este caso suero)
cuantificando el oxígeno requerido por determinados microorganismos para
poder oxidar el efluente en cuestión, mientras mayor sea el oxígeno requerido
por los microorganismos, mayor será el nivel de contaminación del residuo.
Asimismo, la DQO hace referencia a la cantidad de materia orgánica
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susceptible a ser oxidada por medios químicos, al igual que la DBO, a mayor
oxígeno utilizado en la oxidación del residuo, mayor es su nivel de
contaminación. Usualmente la DQO tiende a ser el doble del valor de la DBO.
De acuerdo a lo anterior, se hace aún más necesario poder aprovechar el
suero de leche.
Usos del suero de leche
A continuación, en la tabla 2 se muestran algunos ejemplos de utilización de
este subproducto, en base a los distintos tratamientos previos que pueden
realizarse para su utilización como materia prima.
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Uso
Suero
Concentrado de suero o polvo.
Concentrado proteico de suero o en polvo
Lactosa
Líquido Natural
Endulzado
Desmi-
neralizado
Despro- teinizado
Delac- tosado
Desmi- neralizado
Delac- tosado
Desminerali-zado y
delactosado
Cruda Refinada
Alimento animal X X
X
X
X
Consumo humano:
Alimento bebés
X
X
X
X
X
Alimento dietético
X X X X X X
Salchichas
X X
Sopas
X
X
X
Panadería
X
X
X X
Aderezo ensaladas
X
X X
Quesos
X
X
Bebidas
X
X X
Productos farmacéuticos
X
Productos de levadura
X
Productos industriales
X
X
TABLA 2. Usos del suero de leche.
Como se puede observar, el suero de leche, dependiendo del proceso al cual se ha sometido previamente puede ser utilizado en diversas áreas. Pero cabe destacar el gran campo en el ámbito del consumo humano. Respecto a esto, es muy importante evaluar qué tipo de procesamiento del suero es más factible para la planta generadora de suero, ya que algunos de estos procesos sólo son rentables si la planta en cuestión posee una masa crítica de producción debido a que las maquinarias en sí, están diseñadas para procesar una cierta cantidad de suero y si esta cantidad es insuficiente, los costos operacionales (dejando de lado el costo capital asociado a la compra del equipamiento), hacen imposible la rentabilidad del proyecto. Otro factor importante a evaluar, además de los gastos operacionales, es por supuesto el producto final a elaborar. No es lo mismo vender suero en polvo solo, que vender un producto elaborado, utilizando como materia prima suero en polvo.
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Teniendo esto en cuenta, se detallará a continuación, cada uno de los usos del
suero presentados en la tabla anterior.
El suero como alimento animal
Alimentar a los cerdos con suero líquido data desde la antigua Roma. Antes
de la segunda guerra mundial, las mayores salidas de suero desde la granja en
Europa y los Estados Unidos eran para alimentar a los porcinos. Esto tiene
lógica, debido a que ya en esos tiempos la mayoría de las granjas queseras
también criaban cerdos. A partir de ese momento ambas industrias, la quesera
y la porcina, se volvieron más especializadas y comenzaron a distanciarse
físicamente de tal forma, que ya no era factible utilizar el suero para la
alimentación de porcinos debido a los costos de transporte de este líquido.
En la actualidad, se ha renovado el interés en cuanto al uso del suero para este
propósito y no sólo para la alimentación de los cerdos, sino también para la
alimentación del ganado vacuno, principalmente por las presiones en cuanto a
la prevención de la contaminación ambiental causada al verter el suero en
caudales de ríos o lugares donde esto no está permitido o está mal visto por la
opinión pública. Para las plantas pequeñas, secar el suero puede resultar
costoso debido a las bajas cantidades producidas. En este caso venderlo, o
incluso regalarlo puede resultar favorable para la planta quesera.
Suero líquido para los cerdos
Estudios en Winsconsin, Illinois y California (Estados Unidos), indican que los
cerdos que pesan sobre 45 Kg. tienen excelentes ganancias de peso cuando
son alimentados solamente con suero y cebada o trigo. El promedio de suero
consumido promedia los 8,4 Kg/día, mientras que el consumo de trigo
promedio es de 3,5 Kg/día. Para los cerdos jóvenes, se requiere de un
suplemento protéico adicional para balancear la ración alimenticia. Los
granjeros europeos, a menudo engordan a sus cerdos con suero y papas
cocidas con pequeñas cantidades de granos y suplementos proteicos. Las
tasas de crecimiento son usualmente aceptables para el consumo de hasta un
20% de materia seca en suero. Un mayor consumo de suero a veces, podría
causar diarrea. Sin embargo, rara vez los cerdos consumen mas del 20% en
peso seco de su alimento en suero, incluso cuando este sea su única fuente de
líquido.
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Suero líquido para el ganado
En las universidades de Utah, Vermont y USDA, Estados Unidos, los
investigadores han logrado exitosamente alimentar con suero a las vacas en
período de lactancia. La producción de leche no se vio afectada cuando se
reemplazó toda o parte del agua de alimentación por suero. Las vacas que
recibieron el suero como su única fuente de líquido, incorporaron un 29% de su
masa seca en forma de suero. Se estimó que una vaca en lactancia puede
consumir el suero promedio producido por 3 a 5 vacas.
Cuando el suero es la única fuente de líquido, las vacas consumen cerca de
90 kg/día de suero versus los 64-78 Kg/día cuando el agua es proporcionado
“ad libitum” (hasta saciedad).
Estudios en Utah y Vermont, Estados Unidos, mostraron que el consumo de
heno se reduce en un 0,7 a 1 kg/día por cada kilogramo de sólidos de suero
consumido.
El consumo de suero por lo tanto, reduce significativamente el consumo de
agua u otros nutrientes tanto para el ganado como para los cerdos. De esta
forma, reduciendo los gastos en alimentación de estos animales y por ende,
aumentando las utilidades al momento de comercializar sus derivados.
El suero, como base para formulaciones infantiles
Durante las pasadas décadas, ha crecido un enorme interés en cuanto al
mejoramiento del rendimiento biológico y nutricional de la leche que es
modificada para asemejarse a la humana y así, ser usada en formulaciones
infantiles. Para esto, los ingredientes de la leche bovina son aislados y
adaptados usando la leche humana como referencia. La composición de la
leche bovina, aunque difiere en muchos aspectos en relación a la leche
humana, todavía es la principal fuente nutritiva para las fórmulas infantiles.
Comparaciones entre la composición de la leche humana y la bovina revelan
que la leche bovina tiene una mayor cantidad de caseína y minerales que la
humana. Una de las primeras implementaciones fue entonces, suplementar la
leche bovina con suero de leche desalinizado o con concentrado proteico de
suero de leche desalinizado para producir fórmulas infantiles que estén
basadas principalmente en proteínas de suero de leche. La razón o proporción
entre caseína y proteínas séricas es entonces reducida de 80:20 en la leche
bovina a 40:60, en las fórmulas infantiles. En estas fórmulas, la caseína puede
estar presente ya sea como micelas de caseína o como caseinato,
dependiendo de los requerimientos de calcio o fósforo. En la leche bovina,
cerca de un 44% del fosfato inorgánico está asociado con las micelas de
caseína como fosfato de calcio. Un consumo excesivo de fósforo puede causar
9
hipocalcemia (baja concentración de calcio en la sangre) en bebés recién
nacidos. En estos casos por lo tanto, se aconseja reemplazar la leche bovina
por formulas basadas en caseinato de calcio y proteínas séricas.
La manipulación en las proporciones de caseína, a proteínas de suero, diluye
los sólidos remanentes en la leche, por lo tanto esos nutrientes específicos
esenciales deben ser agregados. El contenido de nitrógeno no proteico debe
ser adaptado, especialmente cuando el concentrado proteico de suero o WPC
(whey protein concentrate) ha sido utilizado como fuente de proteína. La
lactosa debe ser añadida y la composición de ácidos grasos tiene que ser
alterada para alcanzar el máximo contenido de grasas no saturadas. También,
el contenido mineral requiere de adaptaciones para poseer una carga osmolar
indicada. Algunos elementos trazas (hierro, cobre, y manganeso) son
suplementados, y las vitaminas tienen que ser añadidas.
En cuanto a la composición de la leche humana y bovina, las diferencias más
notables, a pesar de que los contenidos en sólidos totales sean similares, la
leche bovina tiene cerca de 7 veces más caseína y 3 veces más de contenido
mineral que la leche humana. La remoción del superávit de contenido de
caseína y minerales de la leche bovina incrementa el contenido en lactosa
desde un 50% por sobre el 75% en cuanto a sólidos libres de grasa, lo cual se
aproxima al de la leche humana.
El siguiente recuadro, muestra con más detalle las diferencias en cuanto a la
composición entre la leche de vaca y la leche humana:
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Recuadro 1
Como se puede observar en el recuadro, las mayores diferencias entre ambos
tipos de leche se encuentran, como se mencionó anteriormente, en cuanto al
porcentaje de caseína, lactosa, sales minerales, y específicamente, diferencias
en la proporción de proteínas encontradas. Hay que destacar, que la proteína
beta-lactoglobulina no se encuentra en la leche materna, por lo tanto, sería de
gran utilidad extraer esta proteína, de las proteínas totales del suero de leche,
para una posterior formulación infantil en base a este.
A modo de introducción al tema de la extracción de proteínas del suero de
leche (que se verá más adelante) y aprovechando que se ha mencionado que
existen diferencias en cuanto a las proporciones encontradas en la leche
humana y la bovina, es necesario describir entonces en estos momentos, las
principales propiedades de las proteínas presentes en el lacto- suero, para
luego continuar en el contexto de los usos del suero de leche.
11
Proteínas del suero de leche
Las proteínas del suero de leche pertenecen al grupo de proteínas de más
alta calidad disponible para uso comercial. La calidad de la proteína del suero
de leche se debe a que contiene una mayor concentración de aminoácidos de
cadena ramificada (BCAA por sus siglas en inglés) y de aminoácidos
esenciales que otras fuentes de proteína. Además, la proteína del suero de
leche contiene varios péptidos (cadenas de aminoácidos más pequeñas que
una proteína) y fragmentos de proteína que pueden fomentar el bienestar y la
salud en general.
A continuación se muestran las principales propiedades de cada una de las
proteínas que componen en su conjunto a las proteínas del suero de leche:
TABLA 3. Proteínas del suero de leche y sus propiedades
Proteína de suero de leche
Porcentaje Propiedades
Beta-lactoglobulina 50-55% Proteina con un peso molecular de aproximadamente 18.000 Daltons. Fuente rica en aminoácidos esenciales y cadena ramificada.
Alfa-lactalbúmina 20-25% Con un peso de aproximadamente 14.000 Daltons. Principal proteína encontrada en la leche humana. Fuente rica en aminoácidos esenciales y de cadena ramificada.
Inmunoglobulinas 10-15% Con un peso de aproximadamente 150.000 Daltons. Principal proteína encontrada en el calostro. Posee propiedades inmunoreguladoras
Lactoferrina 1-2% Con un peso de 77.000 daltons. Es Antioxidante, antivírico, antibacteriano, antifúngico. Promueve el crecimiento de bacterias benéficas. Naturalmente encontrada en leche materna, lágrimas, salivas y sangre.
Lactoperoxidasa 0,5% Con un peso molécular de 78.000 Da. Inhibe el crecimiento bacteriano.
Albúmina de suero bovino 5-10% Proteína de 66.000 daltons, fuente rica en aminoácidos esenciales.
glicomacropéptido
10-15%
Pesa 8.600 daltons. Fuente de aminoácidos de cadena ramificada, carece de aminoácidos aromáticos (triptófano, fenilalanina y tirosina), por lo tanto, buena fuente proteica para fenilcetonúricos (no pueden consumir fenilalanina).
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El suero y su uso en productos dietéticos
Uno de los principales componentes del suero de leche utilizado para la
elaboración de productos dietéticos, son sus proteínas. Las proteínas séricas
han mostrado tener propiedades beneficiosas por ejemplo, en la presión
arterial, propiedades insulinotrópicas y en la regulación del consumo energético
de las personas mediante regulaciones hormonales en el tracto digestivo.
Ahora bien, todas las formulaciones para los productos dietéticos deben
contener bajas cantidades de sodio, ya que este, promueve la retención de
líquidos en el cuerpo y por lo tanto un aumento de peso en la persona. Por otro
lado, también es recomendable que sea bajo en lactosa, debido a la gran
cantidad de personas que son intolerantes a esta, lo cual, puede causar
rechazo al momento de su consumo.
A continuación se detallarán las principales propiedades de las proteínas del
suero, las cuales, resultan muy atractivas a la hora de elaborar un producto
dietético.
Propiedades insulinotrópicas de las proteínas lácteas
De las proteínas de la leche, las del suero son las que generan una mayor
concentración de insulina pre-comida, a diferencia de la caseína, y
probablemente es la proteína que posea el segretagogo más predominante ya
que el área de insulina bajo la curva luego de comer 25 g de carbohidratos con
18,2 g de proteína de suero es de un 50% más alto que luego de comer queso
o tomar leche. La adición de proteína de suero a las comidas que contienen
carbohidratos de asimilación rápida, estimula a mayores concentraciones de
insulina en el plasma (más del 57% luego de comer) y reduce la glucosa
sanguínea postprandial (21% a los 120 minutos) en sujetos con diabetes de
tipo 2. Los aminoácidos son los principales contribuyentes al efecto
insulinotrópico de las proteínas del suero. Sujetos sanos que han ingerido
mezclas de leucina, isoleucina, valina, lisina y treonina (aminoácidos)
resultaron en respuestas glicémicas e insulinémicas similares a aquellas
producidas por la ingesta de proteínas de suero, sugiriendo, que los
aminoácidos de cadena ramificada son los mayores determinantes para la
insulinemia como también la baja en la glicemia causada por la ingestión de
suero. Sin embargo, la ingesta de aminoácidos de cadena ramificada no
estimulan la respuesta de incretina (hormona que estimula la secreción de
insulina), mientras que las bebidas a base de suero sí lo hacen, sugiriendo que
la acción del suero no está relacionada solamente a los aminoácidos presentes
en él sino también, por la presencia de péptidos derivados de las proteínas del
suero. Por lo tanto, se postulan 2 vías por las cuales se genera un aumento de
insulina en la sangre al consumir proteínas de suero. La primera vía, estaría
13
relacionada con los aminoácidos ingeridos, y la otra vía, relacionada con los
péptidos bioactivos presentes.
Las proteínas del suero y la regulación en la ingestión de
alimentos
El efecto de las proteínas en la ingestión de alimentos es dependiente de la
fuente de la cual se obtiene dicha proteína.
El efecto de las proteínas de suero en la ingesta de alimentos a corto plazo en
humanos, es más poderosa (después de la caseína) que la proteína de soya y
la albúmina de huevo. Sin embargo, el efecto de la fuente es modificada por
muchos factores, incluyendo la dosis, forma (sólida o líquida) y la formulación
del tratamiento, así como también la presencia o ausencia de otros macro
nutrientes, y en el caso del suero, la cantidad de GMP (glicomacropéptido). Por
ejemplo, 45 g de proteína de suero con un 15% de GMP suprimió con mayor
intensidad la ingesta de alimento que la albúmina de huevo y la proteína de
soya en hombres jóvenes luego de 60 minutos, al momento de comer pizza
cuando las proteínas fueron proveídas solas en una bebida endulzada. Sin
embargo, el suero (menos de 5% de GMP) y caseína (50 g) afectaron de forma
similar en la reducción de la ingesta de pizza luego de los 90 min. A los 150
minutos después del consumo, la caseína tuvo un efecto supresor superior en
relación al suero. Por otro lado, el consumo previo de un líquido conteniendo 48
g de suero (contenido de GMP no especificado) con carbohidratos, resultó en
una baja en la ingesta ad libitum de una comida buffet luego de los 90 minutos,
en comparación con un consumo previo de la misma cantidad de caseína y
carbohidratos.
La contribución de componentes individuales del suero, derivados de la
caseína en la regulación de la ingesta de alimentos, también es de gran interés.
El CMP (caseíno macro péptido), proteína precursora del GMP
(glicomacropéptido), es un derivado de la caseína generado por la acción de la
quimosina al momento de hacer queso dulce y que forma parte de las proteínas
o fracción peptídica del suero. Hace más de 20 años, se mostró que el GMP
puede influenciar las funciones gastrointestinales mediante la inhibición de las
secreciones gástricas y estas acciones pueden ser mediadas vía hormonas
peptídicas como la colecistoquinina (CCK), una potente señal de saciedad. La
actividad de tipo CCK por parte del GMP ha sido confirmada por estudios
consecutivos. Sin embargo, no ha tenido efectos en la saciedad subjetiva ni
tampoco en la ingesta de alimento después de 60 minutos luego de haber
ingerido 100 mL de soluciones con 0,4 o 2% de CMP. Los autores de estos
estudios sugieren que la falta de efecto ha sido debido a la inadecuada
concentración de CMP, el tiempo de la administración de CMP, o la
14
heterogeneidad de las preparaciones de CMP testeadas, especialmente en su
contenido de GMP.
La clasificación de las proteínas de suero como “proteínas rápidas”, y de las
caseínas como las “proteínas lentas”, es consistente con los efectos que
poseen a nivel de la ingesta de alimentos en humanos. Se ha demostrado que
el suero reduce más la ingesta alimenticia a los 90 minutos pero que la caseína
la reduce aún más luego de los 150 min. Las proteínas de suero luego de su
ingestión, pasan rápidamente a través del estómago y llegan al yeyuno en
forma intacta, mientras que la liberación de caseína desde el estómago se
ralentiza debido al ambiente ácido en este y por el cual se forman coágulos de
caseína. Luego de la hidrólisis peptídica, los péptidos son liberados al intestino
delgado. En esta zona, se ha observado que la hidrólisis de las proteínas de
suero es lenta en comparación con otras proteínas, y que su digestión y
absorción, ocurren a lo largo de todo el intestino. Sin embargo, basado en las
concentraciones aminoacídicas en el plasma sanguíneo, está claro que la
digestión de estas proteínas y su absorción es más rápida en comparación a la
caseína.
Por último, hay que destacar a los aminoácidos involucrados en el control de
la ingesta alimenticia, estos son principalmente la leucina y el triptófano. La
leucina es el aminoácido que más rápido llega al cerebro desde el torrente
sanguíneo, y se ha demostrado que ejerce su efecto en la inhibición de la
ingesta de alimentos a nivel del hipotálamo. En cuanto al triptófano, este
aminoácido es el precursor de la serotonina, la cual se ha demostrado que
ejerce supresión del apetito a determinadas concentraciones.
En conclusión, el suero tiene potencial como ingrediente en las formulaciones
dietéticas y en los alimentos funcionales, teniendo como objetivo principal, el
controlar el apetito y el peso corporal, y en el manejo de las consecuencias
metabólicas del exceso de grasa corporal. El rol de las proteínas individuales
del suero y sus péptidos, aún permanece poco claro. Los efectos fisiológicos
del suero podría estar mediado por péptidos de proteínas específicas del suero,
o aminoácidos o por acciones sinérgicas entre ellos, posiblemente potenciados
por otros constituyentes de la leche.
Sin embargo, los efectos favorables del suero en la ingesta de alimento,
saciedad subjetiva y los mecanismos reguladores en la ingesta en humanos
han sido usualmente observados en experimentos a corto plazo donde los
componentes son consumidos en cantidades más altas que las encontradas
usualmente en productos lácteos. Por esto, todavía permanece en la
incertidumbre si el consumo usual de los productos lácteos tiene un efecto
directo en la saciedad a pesar de la energía que ellos contienen y si el suero
contribuye a la asociación encontrada entre el consumo de productos lácteos y
el peso corporal.
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Las proteínas de suero como ingredientes esenciales en
productos alimenticios
Las proteínas de suero poseen propiedades fisico-químicas muy interesantes
al momento de generar productos alimenticios texturizados. Aparte de poseer
un valor nutritivo excepcional, una de las características más atractivas de
estas proteínas es la capacidad emulsionante que poseen, es decir, la
capacidad para incorporar glóbulos de grasa en una solución. En la tabla 4 se
pueden apreciar los distintos alimentos modelos en los cuales se utilizan
proteínas de suero, y las funcionalidades que esta proteína cumple en dicho
alimento.
TABLA 4. Propiedades de las proteínas de suero en la producción de alimentos (9)
Alimento Funcionalidades de la proteína de suero
Pan Absorción de agua, adhesión-elasticidad
Queque Unión de agua, cohesión, elasticidad, emulsificación, espumante.
Crema para café Emulsionante, estabilizante.
Fórmula infantil Emulsificación, estabilidad térmica.
Pasta Cohesión, absorción, absorción de agua.
Budín Emulsificación, unión a agua, gelatinización, elasticidad.
Aderezo de ensaladas Emulsificación, elasticidad.
Salchichas Unión de agua, cohesión-adhesión, emulsificación, adsorción de grasa.
Crema batida Emulsificación, espumante, adsorción de agua.
Como se puede apreciar en la tabla, una de las principales propiedades de
estas proteínas, en cuanto a la elaboración de alimentos se refiere, es la de
emulsificar y estabilizar.
El suero de leche y la elaboración de pan
En la elaboración de pan, el suero puede ser usado directamente
reemplazando al agua, con esto, se ahorran los gastos de agua y se agregan
nutrientes adicionales al producto. Por otro lado, lo más utilizado es el suero en
polvo, el cual es añadido como complemento a la harina para la elaboración del
pan, de esta forma se genera un pan más nutritivo (mayor cantidad de
proteínas) y con propiedades organolépticas distintas al pan tradicional. De
16
acuerdo a esto, se puede seguir diversificando el producto, a medida que el
suero en polvo utilizado posea otras características, como por ejemplo,
desmineralizado o utilizando solamente un concentrado de proteínas de suero
en polvo.
Productos cárnicos
La utilización de concentrado de proteína de suero de leche al 80% en los
sistemas de carne procesada se está incrementando debido a las actitudes
desafiantes de los consumidores, los procesadores y las agencias reguladoras
(Estados Unidos). Los concentrados de proteína de suero de leche se utilizan
como sustitutos parciales de carne, aglutinantes, intensificadores de sabor,
emulsionantes, ingredientes de salmuera y análogos de carne que contribuyen
a la nutrición, al sabor y a las propiedades funcionales críticas. La mayoría de
las aplicaciones del concentrado de proteína se encuentra en el área de molido
grueso, productos de carne de músculo entero y triturado. Estos son
parcialmente utilizados para incrementar la producción de cocción, reducir la
eliminación del producto, reducir los costos de formulación, mejorar la textura
del producto o intensificar el sabor del producto.
Productos de carne triturada (emulsionada) y molido grueso
Típicamente, alrededor de 1-2% del concentrado de proteína de suero al 80%
se utilizan en productos de carne triturada en una base prehidratada
dependiendo del tipo de producto, lo cual resulta en ahorros sustanciales son
reducir la calidad nutricional o de palatabilidad. Los concentrados de proteína
de suero de leche se utilizan en carnes emulsionadas (por ejemplo, mortadela y
salchichas) por su humedad y aglutinamiento de grasa, emulsionante y
propiedades de emulsión-estabilizadoras. Estas propiedades hacen que el
concentrado proteico sea ideal para utilizarse en productos de molido grueso
como barra de carne, hamburguesas y embutidos.
Aplicación en hamburguesas de carne de res bajas en
grasa
WPC80 (proteína de suero concentrada al 80%) a un nivel del 4% puede
utilizarse de manera efectiva como un ingrediente funcional en hamburguesas
de carne de res bajas en grasa debido a sus propiedades emulsificantes y de
gelación por calor. Las hamburguesas de carne de res molida bajas en grasa
(10-11% de grasa) formuladas con 10% de agua, 0,5% de sal y 1-4% de
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WPC80 muestran un incremento en la producción de cocción y reducción de
encogimiento con incremento en los niveles de WPC sobre las hamburguesas
de carne de res sin WPC. La adición de 4% de WPC en combinación con 10%
de agua produjo la cocción más alta (125% del control alto en grasa)
comparado con los controles más altos de contenido en grasa.
La adición de 0,3% de tripolifosfato intensifica la efectividad de WPC en
términos de textura, al mismo tiempo que la adición de alrededor de 1% de
lactosa (proveniente del suero) mejora el perfil del sabor y las propiedades
sensoriales generales de las hamburguesas de carne de res bajas en grasa. El
análisis sensorial indica que el nivel de 4% de WPC es el nivel óptimo con
respecto a lo jugoso y la aceptación general de las hamburguesas de carne de
res bajas en grasa.
Salchichas/hot dogs/embutidos bajos en grasa
La utilización de WPC en salchichas/hot dogs pueden contribuir a una imagen
más saludable debido al perfil bajo en calorías, mejoría en el contenido de
proteínas y un nivel más bajo de ácidos grasos saturados en el producto
terminado. Debido a que la demanda en el mercado de productos cárnicos
procesados reducidos en grasa es el foco de muchos esfuerzos de desarrollo,
los productos de carne bajos en grasa deben percibirse por los consumidores
como un valor económico bueno con un sabor deseable.
Está bien establecido que la disminución en el contenido de grasa incrementa
de manera significativa la pérdida en la cocción en los embutidos. Los
investigadores han evaluado el efecto del nivel de grasa (5% y 12%) del
almidón de tapioca y del WPC35 en las propiedades de
hidratación/aglutinamiento, características del colo, textura y propiedades
sensoriales de las salchichas. Han reportado que la adición del 3% de almidón
de tapioca y 3% de WPC a las fórmulas de las salchichas disminuyó
significativamente la pérdida de cocción tanto en los niveles de grasa del 5%
como en el 12%, pero comparado con el almidón de tapioca, los WPC
redujeron la pérdida de cocción adicionalmente a 5% de los niveles de grasa,
esto sugiere que los WPC son más efectivos que el almidón de tapioca en la
reducción de pérdida en la cocción a niveles de reducción de grasa inferiores.
Al reducir el contenido de grasa de los embutidos puede disminuirse
significativamente la estabilidad de emulsión sin los aglutinantes de agua
correctos. La adición de WPC incrementa significativamente la estabilidad de
emulsión tanto a 5% como a 12% de los niveles de grasa. Se sabe que los
productos con reducción de grasa requieren un alto contenido de proteínas
para la estabilidad de emulsión y los efectos benéficos de las proteínas del
suero de leche pueden mejorarse con niveles de utilización más altos. La
mortadela baja en grasas es más estable cuando se formula con 13% de
18
proteína comparado con un 11% de proteína, debido a la capacidad
incrementada de la proteína que encapsula la grasa para formar una emulsión
estable, sugiriendo que las proteínas del suero de leche afectan el porcentaje
de la grasa liberada de la emulsión.
Se sabe también que la grasa tiene influencia en el color de los productos
cárnicos, reduciendo el nivel de grasa de 12 a 15% se disminuye la ligereza e
incrementa el rojo de los embutidos. En contraste, la adición de WPC
incrementa la ligereza y disminuye tanto el color rojo como el amarillento.
Los investigadores también han establecido que al reducir los niveles de grasa
de 12% a 5% a niveles constantes de proteína, disminuyen significativamente
la cohesión y lo gomoso de las salchichas, por no afecta significativamente la
dureza, resorte, adhesión y masticación.
Las salchichas reducidas en grasa liberan compuestos de sabor más
rápidamente que las salchichas más altas en grasa. Por lo tanto, un sustituto
ideal de la grasa debe retener los compuestos de sabor con la matriz de
comida y liberarlos a una tasa comparable a sus contrapartes con grasa
completa. Se ha demostrado que el WPC no afecta la tasa de liberación de
sabor de las salchichas bajas en grasa, sugiriendo que el WPC puede ser un
sustituto efectivo de la grasa.
El suero de leche y su uso en la elaboración de quesos
Uno de los productos más conocidos y el cual aprovecha las proteínas y otros
componentes del suero de leche es el queso Ricotta (o simplemente Ricotta).
Este queso se manufactura principalmente mediante la coagulación de las
proteínas del suero por acción del calor y de ácidos orgánicos. Dado que las
proteínas del suero, al igual que la gran mayoría de las proteínas, se denaturan
en presencia de altas temperaturas, estas pierden su estructura, haciendo que
se expongan sitios hidrófobos en la solución, lo cual, genera en consecuencia
la aglomeración y precipitación de las proteínas en cuestión, todo esto en un
ambiente ácido cercano al punto isoeléctrico de las proteínas. A menudo, en la
elaboración de este queso se le agrega leche, para mejorar su consistencia y
también para aumentar el rendimiento de la producción.
A continuación se muestran los pasos a seguir para la elaboración de la ricotta:
1- Recepción del suero y determinación de la acidez.
Una vez que se produce la separación del suero de la cuajada, en la
elaboración de queso, comienza la recepción del suero. Este se debe mantener
a 22° C mientras se concluye el proceso del queso, de este modo aumentara la
acidez del producto.
19
2- Incorporación de leche entera.
Se debe aumentar el contenido de sólidos del suero, para ello se adiciona
cerca de un 3% de leche entera, de este modo se aumentará el rendimiento de
la ricotta a un 7% aproximado (o sea, por cada 10 litros de suero, se agregaran
300 ml de leche entera).
3- Calentamiento.
La mezcla se calienta hasta 85-90° C, se debe agitar constantemente.
4- Adición de ácidos orgánicos o suero ácido.
Si se alcanzaron los 85-90° C y no se produce la precipitación de las proteínas
(ricotta) en forma de pequeños copos blancos, es conveniente adicionar ácido
acético diluido en agua (3 veces su volumen) y agregar 0.2% del volumen total
del suero. En caso de no contar con ácido acético se puede incorporar vinagre
o jugo de limón en pequeñas cantidades (2 cucharadas soperas por 30 litros de
suero), ya que pueden afectar el sabor del producto.
Otro mecanismo de acidificación del suero es agregando suero acidificado.
Este último se prepara antes de empezar la producción, se toma una cantidad
de suero (1 litro por ejemplo) y se mantiene a 40 – 45° C hasta alcanzar los 140
– 150° Thorner. Bajo estas condiciones, se incorpora en el suero a una razón
de 1 a 2 litros por 100 litros de suero para la producción.
5- Coagulación de la proteína.
Es posible que no se necesite adicionar ácidos orgánicos o suero fermentado,
ya que si se mantiene a 22° C el suero por un moderado periodo de tiempo se
obtendrá una buena acidez (23°Thorner o pH 4,7) y al llegar a los 85° C de
temperatura de calentamiento se producirá la coagulación de las proteínas.
6 Separación de la ricotta.
Como se mencionó anteriormente, se observará la formación de pequeños
copos blancos correspondientes a proteína coagulada. Se detiene la agitación
y utilizando filtros o coladores se separan los sólidos del líquido.
7- Acondicionamiento de la ricotta.
Para la elaboración de queso (salado) a la ricotta debe agregarse un 2-3% de
su peso en sal, además de especias como semillas de sésamo, orégano,
ciboulette, ajo, pimentón, o mezclas de ellos, si se requiere. Por otro lado, si la
20
ricotta elaborada es con fines de repostería, se debe adicionar azúcar no más
de un 5%.
8- Enfriamiento.
Rápidamente se debe enfriar a temperaturas inferiores a 5° C y superiores a 1°
C, se recomienda 3° C, cuidando de no congelar.
9- Almacenamiento y consumo.
La temperatura de almacenamiento es de 3° C y se debe procurar consumir
rápidamente, ya que el producto tiene una vida útil de no más de 5 días. Como
alternativa para incrementar su período de consumo, la ricotta puede
someterse a varios procesos. Cuando esta es prensada, salada y puesta a
secar, se obtiene la ricotta salata, similar a un queso duro. Ahumada, da lugar a
la ricotta affumicatta, de color ligeramente pardo y sabor característico.
Ligeramente horneada, se obtiene la ricotta infornata, típica de la región
mediterránea. Un largo proceso de salado y acidificación controlada produce
la ricotta scanta, ligeramente amarga, intensa y picante.
Como producto final se obtiene un queso rico en proteínas. En la tabla 5 se
observa una comparación entre los constituyentes del queso ricotta fresco y el
prensado
TABLA 5. Composición del Queso Ricotta fresco y prensado
Por último, cabe destacar los avances que se han realizado en cuanto al
mejoramiento en la elaboración de este producto. Últimamente se ha evaluado
la posibilidad de hacer ricotta solamente con proteínas de suero obtenidas
mediante procesos de ultrafiltración, de esta forma, es posible aumentar la
porción proteica del queso disminuyendo también la fracción grasa de este. Por
otro lado, también se ha considerado hacer queso dulce agregando
concentrados proteicos de suero a la leche, ya que al momento de coagular la
caseína, esta también atrapa proteínas del suero, por lo tanto, si estas
proteínas son aumentadas en el proceso, el queso generado si bien poseerá
21
propiedades físicas distintas (más blando), contendrá mayor cantidad de estas
proteínas.
Elaboración de bebidas a base de suero de leche.
Muchos autores han sugerido que el suero puede ser utilizado en la
formulación de refrescos nutritivos o en bebidas con alto contenido proteico
como también ser utilizado como aditivo en sopas y en jugos de frutas.
El uso del suero de leche como bebida en la nutrición humana, especialmente
para fines terapéuticos, data desde la antigua Grecia; Hipócrates, en el año
460 antes de Cristo prescribía suero para una variedad de enfermedades
humanas. En la edad Media, el suero era recomendado por muchos médicos
para variadas enfermedades también, y, por la mitad del siglo 19 remedios de
suero alcanzaron un gran auge con el establecimiento de más de 400 casas de
elaboración de suero en el Oeste de Europa. Luego en los 1940 en los spas de
Europa Central, la anemia, uremia, artritis, gota, enfermedades al hígado en
incluso la tuberculosis eran tratadas con la ingestión de hasta 1500 gramos de
suero por día.
La literatura disponible indica que las bebidas de suero han sido estudiadas
extensamente en Alemania y el Este de Europa. A continuación se detallarán
las bebidas a base de suero que se han manufacturado desde inicios del siglo
20 hasta la fecha.
Bebidas a base de suero de leche entero
El método más barato y más eficiente para preparar una bebida a base de
suero es mediante el drenaje del suero desde la tinaja de queso, luego
pasteurizarlo, desodorizarlo si es necesario, darle sabor apropiadamente, y
empacarlo para su posterior consumo.
En 1898, Graeff patentó un proceso simple en donde el suero era calentado,
desairado, y cargado con dióxido de carbono y formaldehído bajo presión.
En 1913m Jolles describió la preparación de un refresco “saludable” a partir del
suero de leche. El suero se decolora y desodora con carbón activado y se
esteriliza mediante la adición de ácido. Sales, medicamentos, y/o dióxido de
carbono puede ser añadido para producir una bebida final.
El sabor del suero, particularmente el del suero ácido, es más compatible con
los sabores cítricos, en particular con el sabor a naranja. Se han desarrollado
22
muchas bebidas con sabor a cítricos, para las cuales se ha tenido una alta
aceptabilidad en el consumidor, desde suero cottage a suero tipo cheddar.
Meyer describe bebidas y tinturas preparadas mediante la mezcla de suero y
jugos de frutas. Sin embargo, el las consideraba más como agentes
medicinales en vez de productos para el consumo diario.
Un producto desarrollado en Michigan (State University) llamado “O-way”, fue
visualizado como un alimento de desayuno el cual incorporaba suero ácido y
dulce y jugo de naranja. Un volumen de concentrado de jugo de naranja fresco
se mezclaba con 4 volúmenes de suero desodorizado, para luego ser
empacado. El producto contenía 0,7 a 1% de proteína, los autores sugerían
que la bebida podría ser carbonatada y venderse como un refresco nutritivo.
Investigadores en la Universidad de Arizona (Estados Unidos), combinaron 25
a 40% de suero con zumo de fruta de uva y 7 a 20% de otras frutas y probaron
esas bebidas enviándolas a casas como productos estériles en conserva. La
combinación de suero-uva-durazno recibió un puntaje de sabor de 5,9 de una
escala hedónica de 1 a 7. Una segunda serie de de bebidas, usando jugo de
uva, suero, y 3% de jugo de granadilla también tuvo una buena aceptación en
los estudios preliminares. Por otro lado, una bebida con sabor a naranja
conteniendo un 33% de suero cottage obtuvo un puntaje de 6,3 por 51 sujetos
que la probaron mientras que la bebida sin suero obtuvo un puntaje de 4,7.
Otras bebidas aceptables, conteniendo entre un 80 a 90% de suero y
saborizadas con 10% de puré natural de frutillas o 20% de puré natural de
durazno también recibieron puntajes aceptables por los panelistas.
Una bebida basada en suero Cheddar se formuló en la Universidad Estatal de
Mississipi. Este producto se preparó mezclando suero, azúcar, concentrado de
naranja, ácido cítrico, y otros ingredientes para dejar la solución a pH 3.8 y con
un contenido de sólidos totales de 16.5% en el producto final, para el cual, se
dijo que su vida media era de por lo menos 14 días a 5, 10, o 22ºC. Un total de
956 consumidores de todas las edades probó la bebida de estos el 76.5% la
catalogó como aceptable.
Una nueva bebida basada en suero, llamada Freís, fue desarrollada por la
empresa Suiza Verbandsmolkerei. Este producto contenía cerca del 50% de
suero purificado, azúcar, agua, y sabores naturales de naranja con limón y
notas de uvas. La mezcla de suero fue uperizada a 90ºC y empacada
asépticamente en Tetra Paks de 250 mL. Ya que la acidez de la bebida era
alta, se necesitó una baja temperatura para su esterilización, la vida media fue
según se reportó de 6 meses sin refrigeración.
B. H. Webb describió el desarrollo de una bebida o sopa fría generada
mediante la mezcla de jugo de tomate y suero dulce. El producto contenía 65%
de jugo de tomate, 34.6% de suero dulce fresco, crema de suero y 0,4% de sal.
Esta mezcla tenía un pH de 4,3 a 4,5 y contenía 2,5% de grasa de leche.
Después de su homogenización a 175,8 Kg/cm2, el producto fue enlatado y
esterilizado. La separación de fases durante el período de almacenamiento fue
muy leve.
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Laessing preparó un concentrado de bebida para ser diluida en agua. La
mezcla estaba compuesta de suero fermentado congelado que contenía un 5%
de ácido láctico más un 1,3 veces su peso en sucrosa. Luego de mantener esta
mezcla a 100°C para producir la inversión del azúcar y la reducción de la
contaminación microbiana, el concentrado estaba listo para su uso. Laessig
sugirió añadir jugos de frutas o saborizantes.
Otro concentrado de suero congelado fue desarrollado el cual, al ser diluido en
una proporción 1:3 con gingerale, etc. Podría ser utilizado como bebida de
fiesta. El producto, del cual por lo menos la mitad del líquido era suero dulce,
era similar al concentrado de jugo de naranja y reportó no tener sabor a suero.
Un interesante producto también fue descrito por Prekopp, este producto se
llamaba Zincica, y era a base de suero de leche de oveja, el cual era calentado
hasta que las proteínas coagularan, el coágulo era agitado vigorosamente de
vuelta en el líquido hasta que quedara totalmente mezclado. Luego de añadir
sal, la mezcla era consumida fría o incluso tibia.
Besserezhnov describió un proceso simple para preparar una bebida con sabor
a yogurt. Esta bebida se hacía con suero dulce pasteurizado al cual se le
inoculaba un 10% de cultivos consistentes en Lactobacillus bulgaricus, L.
acidophilus, L. helveticus, L. casei, y Streptococcus thermophilus. Luego de 24
horas de incubación, el producto era enfriado y empacado.
Bebidas a partir de suero desproteinizado
El método más popular para desproteinizar suero es mediante su
calentamiento hasta alcanzar cerca de los 90°C en combinación con la
acidificación del líquido. Las proteínas coaguladas del suero son removidas por
filtración o centrifugación, y el sobrenadante líquido clarificado es procesado
para la producción de la bebida.
El ácido tanínico, o extractos de hoja de hierbas que contengan grandes
cantidades de taninos, o jugos de fruta natural que contengan taninos son
también eficientes para la precipitación de proteínas, particularmente en
conjunto con el calor. Muchas de las bebidas en base a suero se han hecho
con procedimientos similares.
Bebidas no fermentadas
Bernstein, patentó un proceso en donde las proteínas de suero coaguladas
por calor, eran removidas del suero acidificado por filtración. El filtrado
clarificado reportó mantenerse en buenas condiciones luego de ser esterilizado.
Una patente solicitada por Mauroy describía un proceso en el cual el suero era
condensado a 2/3 de su volumen original y luego era neutralizado a pH 7 antes
24
de la clarificación por calor. El filtrado fue utilizado como una base para bebidas
suaves.
Otra patente describe una bebida la cual puede mantenerse en buen estado
durante 3 a 6 meses. El suero clarificado es endulzado con una solución
saborizada de sucrosa que contenía ácido tartárico y cítrico, para luego ser
embotellado y esterilizado.
Por otro lado, una bebida llamada Detskii fue hecha añadiendo jarabe de
azúcar y jugo de zanahoria al suero desproteinizado. La mezcla luego se
pasteurizó y embotelló. La bebida no contenía menos de 20% de sólidos
totales, 15% de azúcar y el pH no mayor a 4.
Bebidas fermentadas
Se denominó Rivella a una infusión de hierba de los alpes; espumosa, clara y
cristalina, tuvo su primera aparición en Suiza en 1952. Rivella fue preparada
fermentando suero desproteinizado con bacterias ácido lácticas, luego se filtra
y condensa en una proporción de 7:1 del volumen original, se le agrega azúcar
y sabores, luego se re-filtra, se diluye y se inyecta dióxido de carbono luego de
que el producto sea pasteurizado y embotellado. La bebida final contiene un
9,7% de sólidos totales, 0,125% de nitrógeno total y con un pH de 3,7. Veinte a
30 millones de litros son vendidos anualmente.
Bebidas proteicas
Las bebidas ricas en proteínas ofrecen una posibilidad atractiva para el uso
del suero, ya que estas bebidas son muy populares y tienen bastante
aceptación.
Estas bebidas caen en dos grupos: aquellas que son consideradas como tipo-
leche y aquellas bebidas que son similares a los refrescos.
Bebidas tipo-leche
Un ejemplo es la bebida que formuló Bodmershof, en la cual se mezcló un
40% de leche ácida, un 50% de suero y un 10% de jugo de fruta. Esta
preparación fue embotellada bajo 7 N/m2 de dióxido de carbono y reportó
mantenerse en buenas condiciones por varios meses.
25
Bebidas tipo refresco
El desarrollo de nuevas técnicas de fraccionamiento del suero, como la
ultrafiltración, filtración en gel, electrodiálisis, o combinaciones de estos
métodos a dado lugar a la producción de concentrados con un alto contenido
de proteína y de aislados de proteína deshidratados. Dichos concentrados o
aislados son especialmente útiles a la hora de elaborar bebidas con proteínas
de suero.
Hace un par de décadas, una bebida con sabor a naranja dominó el mercado
norte americano, y fue probado en Brasil. Este producto, llamado Tai, contenía
un 1,5% de proteína y se elaboró en base a un concentrado proteico preparado
por osmosis reversa.
Holsinger y sus asociados, fortificaron las bebidas normales existentes con
aislados de proteína de suero generados por ultrafiltración seguido de filtración
en gel, evaporación en vació y secado por atomización. Ellos demostraron que
las bebidas carbonatadas pueden ser fortificadas hasta en un 1% con proteína
de suero sin que la apariencia ni el sabor se vieran afectados, eso sí, cuando
las proteínas no están denaturadas. Estos aislados de proteína también
pueden ser utilizados para fortificar los populares tónicos tipo “ade”. La
comercialización a gran escala dependerá de los costos de concentración de la
proteína no denaturada.
El uso de suero de leche en confitería
Debido a que existen muchos productos en este rubro, a continuación se
mostrará un cuadro resumen, con las principales aplicaciones del suero de
leche, ya sea entero, como el uso de sus componentes, en este caso, proteínas
y lactosa.
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CUADRO 1. Niveles de uso recomendados para las proteínas de suero en productos de confitería.
Nivel de uso recomendado Producto Suero
dulce Suero desmin
WPC34 WPC80 WPI90 Lactosa Beneficio esperado
Chocolate de leche (1)
- 0-5% 0-5% - - 3-7% Costo beneficio
Desarrollo de sabor
Mejora en el color
Recubrimientos compuestos (1)
- 0-20% 0-20% - - 3-7% Funciona- lidad
Costo beneficio
Desarrollo sabor y color
Caramelo (1) Duro Moldeable Fluido
0-4% 0-2% 0-2%
0-4% 0-2% 0-2%
0-7% 0-5% 0-5%
- - - Modifica- ción de la textura
Costo beneficio
Desarrollo de sabor y color
Turrón - - 0-1% - 0-3% - Costo beneficio
Mejor textura, calidad y vida media
Dulce de leche (2) - 0-5% 0-5% - - - Funciona- lidad
Costo beneficio
Mejor color y sabor
Barras nutritivas (1) - - 0-20% 0-35% - Calidad nutricional
Funciona- lidad
(1) % en formula final (2) % de sólidos totales sin grasa
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Uso del suero en productos farmacéuticos
Uno de los componentes más abundantes en el suero es la lactosa. La
lactosa dadas sus características físico-químicas sirve como un buen
excipiente en el área farmacéutica. Esto quiere decir, que la lactosa puede ser
utilizada para el recubrimiento de fármacos.
Jarabe de lactosa de suero hidrolizada
Un área que ha recibido un gran interés en ser investigado (pero con un éxito
comercial muy precario) es el uso del suero para producir jarabes de lactosa
hidrolizada.
Desdoblando la molécula de lactosa en glucosa y galactosa, ya sea con
lactasa libre o inmovilizada, se espera solucionar el principal problema del
suero, que es, su poca utilización en cuanto a alimentos se refiere, como así
también añadir valor agregado a la materia prima de fermentación en
comparación al suero no hidrolizado. Con una hidrólisis parcial de la lactosa,
los problemas de cristalización de ésta en los alimentos serían mucho
menores. En algunas aplicaciones, como al hacer pan, la lactosa hidrolizada
produce un producto más deseable en comparación con la sucrosa. Con un
sabor doblemente más dulce que la lactosa, el jarabe de lactosa hidrolizada es
un endulzante bajo en calorías. Los humanos y animales intolerantes a la
lactosa podrían consumir este jarabe sin ningún problema. Los
microorganismos que no pueden fermentar la lactosa podrían fermentar la
lactosa hidrolizada, permitiendo así, generar una amplia variedad de productos.
Fermentación del suero
En la tabla 6 se señalan las fermentaciones que pueden ser realizadas por
distintos microorganismos, ya sea en el suero o en el permeato de suero (sin
proteínas) y los productos que se pueden obtener debido a estas
fermentaciones.
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TABLA 6. Productos obtenidos al fermentar componentes del suero de leche.
Producto Organismo Medio
Proteína unicelular Kluyveromyces fragilis, Rhodopseudomonas spha- eroides/Bacillus megaterium Kluyveromyces marxianus Candida pseudotropicalis
Permeato suero dulce
Permeato suero ácido Suero + extracto levadura
Alcohol K. fragilis K.marxianus
Permeato de suero de queso cottage Permeato de suero ácido
Levadura de panadería Saccharomyces thermophilus y cerevisiae
Permeato de suero dulce + licor de maíz
Ácido láctico Lactobacillus helveticus, delbrueckii. Bacterias homolaticas
Permeato de suero ácido + extracto levadura
Ácido acético
Propionato
Streptococcus lactis ssp. lactis Clostridium formicoacet. Propionibacterium acidipropionici
Permeato de suero + Extracto de levadura
Permeato de suero
Polisacáridos Propionibacterium sp. Suero dulce suplementado Aceite Apiotrichum curvatum
Candida curvata Permeato de suero
Enzimas Aspergillus niger Lactosa B-galactosidasa Candida pseudotropicalis Suero + extracto levadura Acetona-butanol Clostridium acetobutylicum Permeato de suero +
extracto levadura Lisina Escherichia coli mutante Suero Vitamina B12 Propionibacterium sp.
Propionibacterium shermanii
Suero ácido
Ácido cítrico A. Niger Permeato de suero Ácido L-ascórbico Candida norvegensis
mutante Permeato suero dulce
Glicerol K. fragilis K. marxianus
Permeato de suero
Antocianinas Ajuga reptans Permeato de suero suplementado
Insecticidas Bacillus thuringensis Suero dulce Goma Xanthan Xanthomonas campestris Permeato de suero
hidrolizado y extracto lev.
Si bien existen muchos productos en la tabla, los que poseen mayor potencial
comercial, son el alcohol y el ácido láctico. El alcohol, como ya se sabe es un
buen combustible (bioetanol). Sin embargo, hay que tener en cuenta los costos
asociados a la producción de este, ya que, el bioetanol tiene un 99,9% de
pureza por esta razón se debe invertir mucho en equipos de destilación normal
y azeotrópica. Aún así, este combustible emite menos contaminantes al ser
29
consumido y por lo tanto posee un potencial muy grande como fuente de
energía renovable.
Por otro lado, está la producción de ácido láctico, este ácido al pasar por
reacciones de polimerización genera un polímero biodegradable, el ácido
poliláctico, el cual puede ser utilizado para la elaboración de plásticos
ecológicos.
El suero y la producción de metano
El suero al poseer una gran cantidad de materia orgánica, puede ser utilizado
para la producción de metano. El metano es un gas natural, el cual, puede ser
utilizado para la generación de energía, ya sea calórica por la misma
combustión de este o eléctrica mediante generadores que utilicen este gas. Los
principales factores que influyen en la generación de metano por parte de los
organismos metanogénicos en cualquier tipo de sustrato son la temperatura, el
pH y la cantidad de oxígeno presente. La metanogénesis ocurre en un
ambiente anaeróbico, por lo tanto hay que cuidar que en esta etapa exista la
menor cantidad de oxígeno presente en la reacción. Por otro lado, debido a que
existe un consorcio de microorganismos degradando la materia orgánica, la
temperatura ideal del proceso estaría situada entre los 25 a 50 °C. Se sabe que
a mayor temperatura, aumenta la velocidad de producción de metano, bajando
los tiempos de retención. Por otro lado, todo este proceso puede dividirse en
dos etapas, la etapa ácida, y la metanogénica. De acuerdo a esto, pueden
diseñarse bioreactores de una o más etapas.
Estudios en Turquía (año 1999) lograron un rendimiento de 0.55 m3 de
biogás por Kg de Demanda química de oxígeno (DQO) removida, en un
bioreactor de 2 etapas. En esa instancia, ellos contaban con un suero que
poseía 20 gr de DQO/litro de suero. Por lo tanto 100 litros de ese suero
generarían 1,1 m3 de biogás.
Fraccionamiento de los componentes del suero
En vista de todos los usos que pueden darse al suero de leche, es de suma
importancia conocer los procesos llevados a cabo para poder separar cada uno
de los componentes de este líquido y poder darles el uso apropiado.
30
A continuación en el esquema número 1 se pueden observar las alternativas
en el procesamiento del suero. Dichos procesos serán explicados con mayor
detalle en las páginas siguientes.
Esquema 1: Alternativas en el procesamiento del suero.
Diferentes tratamientos del suero
El suero debe ser procesado tan pronto como sea posible después de su
recogida, ya que su temperatura y composición promueven el crecimiento de
bacterias.
Si no es así, el suero debe enfriarse rápidamente hasta unos 5ºC para
detener eventualmente el crecimiento bacteriano.
Recuperación de finos de caseína y separación de grasa
En el suero siempre se encuentran presentes finas partículas de caseína.
Estas tienen un efecto adverso en el proceso de separación de la grasa, por
31
eso deben ser separadas en primer lugar. Para ello, se utilizan diversos tipos
de dispositivos, tales como ciclones, separadoras centrífugas, o filtros rotativos.
En cuanto a la recuperación de la grasa se utilizan separadoras centrífugas,
cuyo principio de separación radica en la diferencia de densidades entre la fase
orgánica (grasa) y la fase acuosa (el resto del suero sin finos de caseína), al
ser menos densa la grasa, al ser centrifugada se va depositando en la parte
superior de la solución para luego ser descargada.
Los finos de caseína a menudo se prensan de la misma manera que el queso,
tras lo cual se pueden utilizar en queso fundido y, tras un período de
maduración, también en cocción.
La nata de suero, a menudo con un contenido de grasa del 25-30%, puede
ser reutilizada en la fabricación de queso para la normalización de la leche para
queso. Esto permite que se utilice la correspondiente cantidad de nata fresca
en productos especiales a base de nata.
En la figura 1 se muestra el proceso de separación de finos y grasa del suero
de leche.
Figura 1. Recuperación de finos de caseína y nata del suero.
32
Concentración del suero
La concentración del suero se realiza a vacío en un evaporador de película
descendente con dos o más efectos. Desde mediados de los años 70 se han
venido utilizando evaporadores de hasta 7 efectos, con el objetivo de de
compensar el aumento en los costos energéticos. En la mayor parte de los
evaporadores también se han introducido los sistemas de compresión térmica y
mecánica del vapor para reducir aún más los costos de evaporación.
En muchas industrias se han instalado plantas de ósmosis reversa (o inversa)
de diseño tubular para efectuar una preconcentración antes de que el suero se
devuelva a las granjas o se envíe a un evaporador donde se realizaría la
concentración final.
Después de alcanzar un contenido en sólidos totales del 45-60%, el
concentrado se enfría rápidamente hasta unos 30ºC en un intercambiador de
calor de placas, y se pasa a un depósito encamisado (con tres camisas) para
su posterior enfriamiento a 15-20ºC acompañado de una constante agitación.
Dicha agitación debe continuar durante 6-8 horas con el objetivo de obtener
cristales de las menores dimensiones posibles, que pueda dar lugar a un
producto no higroscópico (que no absorba agua) cuando se seque por
atomización.
El suero concentrado es una solución sobresaturada de lactosa y, bajo ciertas
condiciones de temperatura y concentración, la lactosa puede algunas veces
cristalizar antes de que el suero abandone el evaporador. Con concentraciones
de superiores al 65% de sólidos totales, el producto puede volverse tan viscoso
que no pueda fluir.
Secado del suero
Básicamente, el suero se seca de la misma forma que la leche, es decir, en
secadores de tambor o atomizadores.
La utilización de secadores de tambor presenta un problema: es difícil de
rascar la capa de suero seco que se forma sobre la superficie de dicho tambor.
Por ello, se procede a mezclar antes del secado, el suero con salvado de trigo
o centeno para facilitar el rascado del producto seco.
En la actualidad, el método más utilizado para el secado del suero es la
atomización. Antes de ser secado, el concentrado de suero se suele someter a
un tratamiento térmico, tal como se ha indicado anteriormente, con el fin de
formar pequeños cristales de lactosa, lo que hace que se obtenga un producto
no higroscópico, que no tiene tendencia a formar grumos cuando absorbe
humedad.
33
El suero ácido, es difícil de secar debido a su alto contenido en ácido láctico.
Tiene tendencia a formar grumos y aglomerados en el atomizador. Para facilitar
el secado de este tipo de suero se puede proceder a su neutralización o a la
adición de productos tales como leche desnatada y productos derivados de los
cereales, aunque este tipo de suero no se procesa actualmente.
Recuperación de proteínas
Las proteínas del suero de leche se aislaban originalmente por medio del uso
de distintas técnicas de precipitación, pero actualmente se utilizan los procesos
de separación por membranas y procesos cromatográficos, además de las
técnicas de precipitación y formación de complejos. El proceso más
extensamente utilizado en la separación de las proteínas del suero es la
desnaturalización por calor. La proteína precipitada a causa de este proceso es
o bien insoluble o escasamente soluble dependiendo de las condiciones que
prevalecen durante la desnaturalización. Se denominan a estas proteínas de
suero precipitadas por calor PSPC o “centriwhey”.
Frink y Kessler (1988) indicaron que se puede alcanzar una proporción
máxima de desnaturalización de proteína de suero del 90% para todas las
fracciones desnaturalizables. La fracción peptona proteosa, que conforma el
10% de las proteínas del suero, se considera no desnaturalizable.
Las proteínas propias del suero, como constituyentes del suero en polvo, se
pueden producir fácilmente mediante un secado cuidadoso del suero. Debido a
su desfavorable composición, estas proteínas tienen sólo una aplicación
limitada en alimentos (sólo tienen un 11% de proteína y un alto contenido de
lactosa y cenizas). Por lo anterior, se ha desarrollado el asilamiento de las
proteínas de suero. Estas proteínas obtenidas por separación con membranas
o intercambio iónico tienen unas buenas propiedades funcionales, solubilidad,
formación de espuma, formación de emulsiones y gelificación.
Recuperación de proteínas por medio de la ultrafiltración
(UF)
Los concentrados de proteínas de suero tienen un muy buen perfil de
aminoácidos con altas proporciones de lisina y cisterna asimilable.
Los concentrados de seroproteínas se presentan como polvo fabricado
mediante el secado del retentato proveniente de la ultrafiltración del suero.
Estos concentrados se describen en términos de su contenido en proteína, %
de proteína sobre materia seca, oscilando entre un 35-85%. Para fabricar un
producto con un 35% de proteína, el suero líquido se concentra (al pasar por el
34
sistema de ultrafiltración) unas 6 veces hasta un contenido de sólidos totales
aproximadamente del 9%.
En la concentración se retiene la mayoría de las proteínas puras,
normalmente sobre el 99%, junto con casi el 100% de la grasa. La
concentración de lactosa, nitrógeno no proteico (NNP) y cenizas son las
mismas en el retentato y en el permeato, como en el suero inicial., aunque
parece que tiene lugar una ligera retención de estos componentes. Las cifras
de retención global, sin embargo dependen mucho de:
. El tipo de membrana (tamaño de poro, y material)
. El caudal
. El carácter del alimento (prediluido con agua, preconcentrado tras
desmineralización, etc.)
En la tabla número 7 se puede observar la composición del lactosuero, del
retentato y el permeato obtenidos en el proceso de ultrafiltración para la
obtención de un concentrado proteico con un 35% de proteínas.
TABLA 7. Balance de masas en un proceso de ultrafiltración de suero.
Componente Peso en 100 Kg de
suero
Peso en 17 Kg de retentato
Peso en 83 Kg de permeato
Kg % Kg % Kg %
Proteína 0,55 0,55 0,55 3,24 0 0
Lactosa 4,80 4,80 0,82 4,82 3,98 4,80
Cenizas 0,80 0,80 0,14 0,82 0,66 0,80
NNP 0,18 0,18 0,03 0,18 0,15 0,18
Grasa 0,03 0,03 0,03 0,18 0 0
Masa seca total
6,36 6,36 1,57 9,24 4,79 5,78
Por otro lado, para obtener un concentrado con un 85% de proteína, el suero
líquido se concentra primero unas 20-30 veces mediante ultrafiltración hasta un
contenido de sólidos de aproximadamente 25%. Este valor se considera como
el máximo para una operación económica. Es entonces necesario diafiltrar el
concentrado para eliminar más lactosa y cenizas y aumentar la concentración
de proteína con relación a la materia seca total. La diafiltración es un proceso
en el que el agua se añade al alimento conforme se realiza la filtración con el
fin de lavar los componentes de bajo peso molecular que pasarán a través de
la membrana, básicamente lactosa y sales minerales.
35
En la figura 2 se muestra una línea de proceso para la fabricación de proteína
en polvo utilizando la UF. Aproximadamente el 95% del suero se recoge como
permeato, de forma que se pueden obtener en el producto seco
concentraciones de proteínas tan altas como 80-85% (calculadas sobre
contenido de masa seca)
Figura 2. Línea de proceso para fabricar proteína en polvo utilizando UF.
De acuerdo al tipo de proceso por el cual es sometido el suero, el proceso de
ultrafiltración puede generar distintos tipos de concentrado proteico. En la tabla
8 se puede observar la composición en % de algunos concentrados de proteína
de suero.
TABLA 8. Composición de algunos concentrados proteicos de suero.
Producto 1 2 3 4
Proteína en materia seca
35 50 65 80
Humedad 4,6 4,3 4,2 4,0 Proteína cruda 36,2 52,1 63,0 81,0
Proteína 29,7 40,9 59,4 75,0 Lactosa 46,5 30,9 21,1 3,5 Grasa 2,1 3,7 5,6 7,2
Cenizas 7,8 6,4 3,9 3,1 Ácido láctico 2,8 2,6 2,2 1,2
36
Especificación del producto:
1. Sustituto de leche desnatada, 35% de proteína en materia seca
2. Suplemento proteico para otros alimentos, 50% de proteína en materia
seca
3. Límite práctico de proteína obtenida sólo mediante ultrafiltración, 65% de
proteína en materia seca
4. Producto de ultrafiltración más diafiltración, 80% de proteína en materia
seca.
Desengrasado del concentrado de proteínas de suero
El concentrado de proteínas de suero con grasa en polvo, conteniendo un 80-
95% de proteína sobre materia seca, es una opción muy interesante para
algunas aplicaciones. Por ejemplo, para reemplazar la clara de huevo en
productos batidos, tales como merengues, y como ingrediente en distintos
alimentos y bebidas de frutas (visto en páginas anteriores).
El tratamiento del retentato de suero a partir de una planta de UF en una
planta de microfiltración (MF) puede reducir el contenido de grasa del
concentrado en polvo desde el 7,2% hasta menos del 0,4%. La microfiltración
también concentra las membranas de los glóbulos de grasa y la mayoría de las
bacterias en el retentato de MF, que se recoge y se elimina de forma separada.
El permeato microfiltrado, desengrasado se envía a una segunda planta de UF
para una posterior concentración.
Esta etapa también incluye diafiltración.
Recuperación de las proteínas desnaturalizadas del suero
De forma general, se puede decir que las proteínas del suero no pueden ser
precipitadas por el cuajo o por ácidos. Sin embargo, es posible precipitar dichas
proteínas con ácidos si primero se desnaturalizan por calor. El proceso se
divide en dos etapas:
- Precipitación (desnaturalización) de las proteínas por medio de una
combinación de tratamiento térmico y el ajuste de pH.
- Concentración de las proteínas por separación centrífuga.
Las proteínas desnaturalizadas del suero pueden mezclarse con leche
destinada a la elaboración de quesos antes de la aplicación del cuajo; son
entonces retenidas en la estructura formada por las moléculas de caseína
durante la coagulación. Este descubrimiento hizo que se realizaran intensos
esfuerzos con el objeto de encontrar un método de precipitación y separación
37
de las proteínas del suero, así como una técnica para optimizar el rendimiento,
conservando las características del queso en lo referente a aroma y textura.
En la figura número se muestra el proceso llevado a cabo para la recuperación
de proteínas de suero dsnaturalizadas.
Figura 3. Recuperación de proteínas de suero por desnaturalización
Como se puede observar en la figura, después de un ajuste del pH, el suero
se bombea a través de un depósito intermedio hasta un intercambiador de calor
de placas donde se calienta de forma generativa. La temperatura del suero
aumenta hasta unos 90-95ºC por medio de inyección directa de vapor antes de
su paso a una sección tubular de mantenimiento con un tiempo de
mantenimiento de 3-4 minutos. Durante esta etapa, se introduce ácido en el
suero para reducir el valor de su pH. El ácido utilizado puede ser orgánico o
inorgánico (por ejemplo ácido láctico o ácido clorhídrico de grado alimenticio),
según se estipule.
Aquellas proteínas que pueden ser, y han sido, modificadas por el calor
precipitan en unos 60 segundos en la sección tubular de mantenimiento.
Después de un enfriamiento regenerativo a unos 40ºC, las proteínas
precipitadas se separan de la fase líquida en una centrífuga clarificadora de
eyección de sólidos. La máquina descarga las proteínas acumuladas a
intervalos de unos 3 minutos en la forma de un concentrado a 12-15% en
sólidos del cual un 70% de estos es proteína pura. Con este método, se
consigue una recuperación de proteínas coagulables del 90-95%.
38
Aislamiento cromatográfico de lactoperoxidasa y
lactoferrina
En general, el uso de los agentes bioactivos es de gran interés en los
productos como alimentos infantiles, alimentos sanos, cremas para la piel y
pasta de dientes. Ejemplos de tales componentes son las proteínas bioactivas
lactoperoxidasa (LP) y lactoferrina (LF) que se presentan como componentes
minoritarios en el suero, normalmente del orden de 20 mg/L de LP y 35 mg/L
de LF. La Swedish Dairies Association ha desarrollado un proceso patentado
basado en la cromatografía para el aislamiento de estas proteínas a partir de
suero de fabricación de queso a escala industrial.
El principio básico sobre el que se desarrolló el proceso es el hecho de que
tanto la LP como la LF tienen puntos isoeléctricos en la zona alcalina de pH,
9,0-9,5, lo que significa que estas proteínas están cargadas positivamente a pH
normal del suero dulce, mientras que el resto de las proteínas del suero, como
la beta lactoglobulina, alfa lactoalbúmina y la albúmina de suero bovino están
cargadas negativamente en el mismo rango de pH. Un proceso básicamente
deseable para el aislamiento de LP y LF será entonces hacer pasar el suero
por resinas de intercambio de cationes diseñadas especialmente para la
adsorción selectiva. Las moléculas de LP y LF se fijarán a los grupos
funcionales cargados negativamente del intercambiador de cationes por
interacción de carga, dando lugar a la fijación de estas moléculas en la resina
de intercambio iónico, mientras que las otras proteínas del lactosuero pasan
debido a su carga negativa.
Para hacer industrialmente viable el proceso, se han de satisfacer algunos
criterios básicos. Uno de ellos es la necesidad de suero “libre de partículas”,
para mantener un caudal elevado durante la fase de carga, ya que tienen que
pasar grandes volúmenes de suero por la resina de intercambio iónico para
conseguir la saturación. La microfiltración de flujo cruzado con un tamaño de
poro de 1,4mm operada bajo una presión transmembranar uniforme (PTU) ha
probado ser una técnica adecuada para conseguir un suero libre de partículas.
Se mantiene fácilmente un flujo estable de 1200-1500 L/m2h durante 15-16
horas. Este tipo de pretratamiento del suero evita el aumento progresivo
posterior de presión sobre la columna de intercambio iónico.
La resina de intercambio iónico tiene una capacidad de adsorber 40-45 gramos
de LP y LF por litro de resina antes de que ocurra la colmatación. Con un
volumen de lecho de resina de 100 litos se pueden tratar unos 100.000 litros de
suero por ciclo.
Con la elección apropiada de las condiciones de elusión de las proteínas
bioactivas adsorbidas sobre la columna es posible obtener fracciones muy
39
puras de LP y LF. En este paso se utilizan soluciones salinas de diferente
concentración.
Las proteínas en el eluyente se presentan en una forma débilmente
concentrada, del orden del 1% en peso. De esta manera, el paso de
intercambio iónico concentra la LP y LF por un factor de casi 500 si se compara
con el suero inicial. El posterior procesado del eluyente mediante UF y
diafiltración da lugar a un producto de proteína muy puro, con una pureza de
aproximadamente el 95%. Finalmente, tras una filtración esterilizante en una
planta de MF de flujo cruzado con poros de 0,1-02 micrómetros, los
concentrados de proteína son secados por atomización.
Todo este proceso se resume en el esquema 2 que se presenta a continuación.
Esquema 2. Obtención de Lactoferrina y Lactoperoxidasa mediante
intercambio iónico.
40
Procesos de recuperación de proteínas no comerciales
Han sido investigados numerosos otros procedimientos para aislar proteínas,
sin embargo, todavía no se sabe si alguno de estos procedimientos se ha
llevado a la práctica comercialmente. Los métodos reportados hasta la fecha
incluyen: precipitación con carboximetilcelulosa, sales de hierro, alcohol,
taninos, ácido poliacrílico, lauril sulfato de sodio (SDS), bentonita, bentonita y
lignosulfonato, quitosano; co-precipitación con proteínas vegetales,
ultracentrifugación, extracción con glicerol, con oxido de calcio y enzimas.
Recuperación de lactosa
La lactosa es el principal constituyente del suero. Según el tipo de materia
prima, se pueden utilizar dos métodos para la recuperación de esta sustancia:
- Cristalización de la lactosa en suero sin tratar, pero concentrado.
- Cristalización de la lactosa en suero desproteinizado por ultrafiltración o
por algún otro método antes de la concentración.
Ambos métodos dan lugar a unas melazas que pueden ser secadas y
utilizadas como pienso. El valor del pienso puede aumentarse
considerablemente si las melazas son desalinizadas y si se procede a la
adición de proteínas de alta calidad.
Proceso de cristalización
El ciclo de cristalización está determinado por los siguientes factores:
- Superficie de cristal disponible para el crecimiento
- Pureza de la solución
- Grado de saturación
- Temperatura
- Viscosidad
- Agitación de los cristales en solución
Varios de estos factores están relacionados entre sí, por ejemplo el grado de
saturación y la viscosidad.
El proceso de cristalización de la lactosa comienza por la concentración del
suero por evaporación hasta un contenido de masa seca del 60-62%, pasando
41
entonces a los depósitos de cristalización donde se añaden semillas de
cristales que actuarán como núcleos de cristalización. La cristalización tiene
lugar de forma lenta, de acuerdo con un programa prefijado de tiempos y
temperaturas. Los depósitos tienen camisas de enfriamiento y equipo para el
control de la temperatura de enfriamiento. También están equipados con
agitadores especiales.
Después de la cristalización, la melaza de cristales pasa a decantadores
centrífugos para la separación de los cristales, que luego son secados hasta
alcanzar la forma de polvo, y después se muelen, normalmente en un molino
de martillos, se tamizan y la lactosa se envasa.
Para conseguir una separación simple y eficaz de los cristales de lactosa del
licor madre, la cristalización debe hacerse de forma que el tamaño de dichos
cristales sea superior a 0,2 mm, ya que cuanto mayor sean, mejor se puede
efectuar la separación de los mismos.
El grado de cristalización viene en principio determinado por la cantidad de
beta-lactosa convertida a la forma buscada de alfa-lactosa, por lo que el
enfriamiento del concentrado debe ser controlado y optimizado de forma
cuidadosa.
Separación de la lactosa
Se pueden utilizar varios tipos de centrífugas para la recogida de los cristales
de lactosa. Así, se emplean decantadoras centrífugas horizontales, que
trabajan de forma continua y tienen un tornillo transportador para la descarga
de la lactosa. Se instalan dos máquinas en serie. La lactosa de la primera es
vuelta a procesar en la segunda, con objeto de conseguir una separación más
eficiente.
Durante la separación, las impurezas de la lactosa se eliminan por lavado, de
forma que se obtiene un alto grado de pureza. El contenido residual de
humedad de la lactosa después de la segunda etapa de separación es inferior
al 9%, y la lactosa pura representa cerca del 99% de los sólidos totales secos.
En la figura 4 se muestra una decantadora centrífuga utilizada comúnmente para el proceso de separación de los cristales de lactosa.
42
Figura 4. Decantadora centrífuga.
Secado de la lactosa
Después de la separación se procede al secado de la lactosa hasta alcanzar
un contenido residual de humedad del 0,1-0,5%, dependiendo de la utilización
que se le vaya a dar al producto. La temperatura durante el secado no debe
superar los 93ºC, ya que se forma beta-lactosa a temperaturas superiores. El
tiempo de secado debe ser también tomado en cuenta. Durante el secado
rápido tiende a formarse una delgada capa de lactosa amorfa (no cristalina o
sin forma) sobre los cristales alfa-hidratos, lo que puede dar lugar
posteriormente a la formación de grumos. El secado se realiza normalmente en
un secador de lecho fluidizado. La temperatura se mantiene a 92ºC y el tiempo
de secado es de 15-20 minutos. El transporte del azúcar seco se realiza por
aire a una temperatura de 30ºC, que a su vez enfría al azúcar.
Los cristales se muelen hasta la forma de polvo inmediatamente después del
secado y, a continuación, se envasan.
Refinamiento de la lactosa
En algunas aplicaciones, como en los procesos de fabricación de
farmacéuticos, es necesario un más alto grado de pureza. Por ello, la lactosa
utilizada en estas aplicaciones debe ser refinada después de su obtención.
Durante el proceso de refinamiento, la lactosa se redisuelve en agua caliente
hasta una concentración del 50%. Al mismo tiempo se añade carbón activo,
fosfato y un agente filtrante. Después de la filtración, la solución de lactosa
43
pasa al depósito de cristalización, donde se realiza nuevamente este proceso.
La lactosa es entonces separada, secada, molida y envasada.
Desmineralización del suero (desalinización)
Como el suero tiene un contenido relativamente alto de sal, alrededor del 8-
12% calculado sobre peso seco, su aplicación como ingrediente en alimentos
humanos es limitada. Por medio de la desmineralización del suero se pueden
abrir varios campos de aplicación del mismo, como suero parcialmente
desmineralizado (25-30%) o suero muy desmineralizado (90-95%).
El suero concentrado parcialmente desmineralizado se puede utilizar por
ejemplo en la fabricación de helados de crema y productos de panificación
(visto anteriormente), mientras que el concentrado de suero muy
desmineralizado, en polvo o no, se puede utilizar en formulaciones de
alimentos infantiles y, desde luego, en un amplio abanico de otros productos.
Principios de la desmineralización
La desmineralización implica la eliminación de sales inorgánicas junto con
cierta reducción de iones orgánicos como lactatos y citratos.
La desmineralización parcial se basa principalmente en la utilización de
membranas de flujo cruzado especialmente diseñadas para retener especies
de partículas que tienen un radio en el rango de nanómetros. Este tipo de
filtración se denomina nanofiltración (NF).
El elevado grado de desalinización del suero puede obtenerse mediante la
técnica de electrodiálisis.
Desmineralización parcial por nanofiltración
Por medio del uso de membranas de osmosis reversa de poro muy pequeño,
y especialmente diseñadas, pequeñas partículas como ciertos iones
monovalentes, por ejemplo sodio, potasio, cloruro, y pequeñas moléculas
orgánicas como urea y ácido láctico, pueden escapar a través de la membrana
junto con el permeato acuoso. Este proceso de membrana se conoce por
distintos nombres, tales como ultraósmosis y nanofiltración.
Debido a que son más compactas, las membranas enrolladas en espiral son
las que más a menudo se utilizan en las nuevas instalaciones de hoy en día
(desde 1994).
44
La reducción de cloruro en el suero dulce por este proceso puede ser tan alta
como del 70% y en cuanto al sodio y potasio la reducción puede ser del 30-
35%. La razón de esta diferencia en la eliminación de iones es la necesidad de
mantener un equilibrio electroquímico entre iones negativos y positivos.
Un aspecto crítico de la nanofiltración en el procesado del lactosuero es que las
pérdidas de lactosa se han de mantener en un mínimo (menos de un 0.1%)
para evitar problemas de DBO en las aguas residuales (permeato). La
instalación del equipo de NF en el procesado de suero se puede considerar en
las siguientes situaciones:
- Como alternativa de bajo costo para disminuir el sabor salado del suero
dulce normal en polvo.
- Como un paso preliminar para conseguir una desmineralización más
completa del suero por electrodiálisis e intercambio iónico.
- Para la eliminación de ácido en suero de caseína de ácido láctico y
clorhídrico.
- Para reducir la sal en el suero salado, por ejemplo, por goteos de sal en
la fabricación de queso tipo Cheddar.
Desmineralización de alto grado
La electrodiálisis se define como el transporte de iones a través de
membranas semipermeables no selectivas bajo la fuerza impulsora de una
corriente continua y un potencial aplicado. La membrana utilizada tiene
funciones de intercambio tanto aniónico como catiónico, haciendo que el
proceso de electrodiálisis sea capaz de reducir el contenido mineral de un
líquido de proceso, por ejemplo agua de mar o suero.
Principio de operación
El suero se hace circular a través de celdas de dilución, y una solución al 5%
de salmuera de arrastre a través de las celdas de concentración.
Cuando se aplica la corriente continua a través de las celdas, los cationes
intentan migrar hacia el cátodo y los aniones hacia el ánodo. Sin embargo, no
es posible la migración completamente libre debido a que las membranas
actúan como barreras frente a los iones de la misma carga. Los aniones
pueden pasar a través de una membrana aniónica, pero son detenidos por una
membrana catiónica. Del mismo modo, los cationes pueden pasar a través de
una membrana catiónica pero no por una membrana aniónica. El resultado neto
es la eliminación de iones en las celdas de suero. De esta manera el suero se
desmineraliza, hasta una extensión determinada por el contenido en cenizas
45
del suero, el tiempo de residencia en el paquete de celdas, la intensidad de
corriente y la viscosidad al flujo.
Factores limitantes en la electrodiálisis
El factor más limitante en el uso de la electrodiálisis en las industrias lácteas
es el costo de reposición de membranas, espaciadores y electrodos, que
constituyen el 35-40% de los costos totales de operación de la planta. La
reposición es necesaria debido al mal funcionamiento de las membranas, que a
su vez se debe a:
- Precipitación de fosfato cálcico sobre las superficies de la membrana de
intercambio catiónico.
- Depósitos de proteínas en las superficies de las membranas de
intercambio aniónico.
El primer problema se puede solventar con el adecuado diseño de flujo
sobre la superficie de la membrana y una limpieza ácida regular.
Los depósitos de proteínas son el factor principal en el acortamiento de la
vida útil de las membranas aniónicas. La base de este problema es la
siguiente: a un pH normal del suero, las proteínas de este se pueden
considerar como iones muy negativos y se mueven como tales bajo la
influencia del campo eléctrico en el paquete de membranas. Estas
moléculas, como son demasiado grandes para pasar a través de las
membranas de intercambio aniónico, se depositan como una fina capa de
proteínas sobre las caras de las membranas de intercambio aniónico en los
compartimientos de suero. Se pueden utilizar técnicas tales como inversión
de polaridad para desalojar de la membrana estos materiales depositados.
Aunque una limpieza frecuente a elevado pH elimina la mayoría de los
depósitos, se recomiendo desmontar los paquetes de membranas para su
limpieza manual a intervalos de 2-4 semanas.
Conversión de la lactosa
La lactosa es un disacárido, compuesto por los monosacáridos glucosa y
galactosa. La lactosa tiene dos isómeros que son la alfa-lactosa y la beta-
lactosa. Difieren en la disposición espacial del grupo hidroxilo en el átomo
de carbono de la molécula de glucosa, y difieren también, entre otras cosas
en:
- Su solubilidad
- Forma de los cristales
46
- Punto de fusión
- Efectos fisiológicos
El desdoblamiento de la lactosa se puede realizar hidrolíticamente,
mediante la incorporación de agua, o enzimáticamente. La enzima que
desdobla la lactosa (como se ha mencionado anteriormente) es la lactasa o
beta-galactosidasa, la cual pertenece al grupo de las hidrolasas.
Como ya se ha mencionado en páginas anteriores, la lactosa es un azúcar
que aporta poco dulzor, pero al ser hidrolizada da lugar a productos
considerablemente más dulces. Además la lactosa hidrolizada posee
mejores propiedades para la preparación de alimentos y es compatible con
las personas intolerantes a la lactosa.
Hidrólisis enzimática de la lactosa
La figura 5 muestra un proceso para efectuar la hidrólisis enzimática de la
lactosa del suero de leche.
Para realizar este proceso no es necesario un tratamiento previo de
desmineralización, pero si se hace se mejora el gusto del producto final.
Después de su hidrólisis, el suero se evapora. De esta forma se obtiene un
jarabe con un contenido en sólidos del 70-75%. El 85% de la lactosa
presente en este jarabe se haya en forma hidrolizada, por lo que puede ser
utilizada como endulcorante en panadería, confitería y en la elaboración de
helados.
Figura 5. Proceso de hidrólisis de la lactosa en suero.
47
Durante el proceso de producción, la enzima se inactiva por tratamiento
térmico o por ajuste de pH. No puede utilizarse nuevamente. En vez de utilizar
enzimas libres, en la actualidad es posible fijar las enzimas en diferentes tipos
de soportes solubles o no solubles en agua. Este tipo de sistemas con enzimas
inmovilizadas pueden ser utilizados en la hidrólisis continua de la lactosa. La
enzima, que es cara, no es consumida y puede utilizarse para la hidrólisis de
grandes cantidades de producto. De esta forma se aumenta la rentabilidad del
proceso. Esta técnica no se ha desarrollado todavía en gran extensión.
Hidrólisis ácida
La lactosa se puede descomponer también por medio de ácido en combinación
con tratamiento térmico o mediante paso a través de un intercambiador
catiónico en forma de hidrógeno a alta temperatura, alrededor de 100ºC. El
grado de requerido de hidrólisis viene determinado por la selección del pH, de
la temperatura y el tiempo de mantenimiento. Como durante esta hidrólisis del
suero tiene lugar una decoloración marrón se recomienda el tratamiento con
carbón activo.
Conclusiones y comentarios
Como se pudo apreciar, la industria quesera posee materia prima muy
valiosa, la cual puede ser utilizada para diversos fines.
Hoy en día, las grandes empresas están apostando por el aprovechamiento
de todos los componentes generados en la producción de sus bienes y más
aún, se está apostando por un desarrollo productivo sustentable con el medio
ambiente, lo cual también le da valor agregado a la empresa.
En cuanto a la producción de lácteos, ya se ha avanzado bastante en
tecnologías a gran escala, pero aún no se ha explotado tecnología capaz de
hacer crecer a las pequeñas y medianas empresas de este rubro. Dichas
tecnologías debieran ser pensadas para la elaboración de productos con
componentes lácteos de gran valor agregado, además de ofrecer alternativas
novedosas y amigables con el medio ambiente.
En base a esto, este documento, pretendió informar y aclarar algunos
aspectos importantes en cuanto a los usos del suero de leche, teniendo como
fin último, mostrar el abanico de posibilidades que pueden llevarse a cabo con
este subproducto, y generar en la mente del empresario un incentivo para idear
nuevos usos del suero o proyectarse en relación al futuro de su empresa
quesera.
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