ES2210082T3 - Procedimiento para la preparacion de agregados de proteinas del suero de la lecha a partir de suero agrio de la leche. - Google Patents

Procedimiento para la preparacion de agregados de proteinas del suero de la lecha a partir de suero agrio de la leche.

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Abstract

Procedimiento para la preparación de agregados de proteínas del suero de la leche a partir de suero agrio de la leche, un concentrado de suero agrio de la leche o una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas, caracterizado porque el producto de partida se calienta en condiciones esencialmente exentas de cizallamiento y se mantiene a una temperatura de 90 a 120ºC durante 60 s.

Description

Procedimiento para la preparación de agregados de proteínas del suero de la leche a partir de suero agrio de la leche.
La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de agregados de proteínas del suero de la leche a partir de suero agrio de la leche, un concentrado de suero agrio de la leche o una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas.
La generación de agregados de proteínas del suero de la leche comprendidos en el intervalo de \mum a partir de soluciones de proteínas del suero de la leche es objeto de diversas publicaciones. El estado de la ciencia en 1999 se muestra en el documento DE 19906379 A1. Las publicaciones allí citadas describen amplios intervalos para las temperaturas de calentamiento, los tiempos de mantenimiento del calor y los valores de pH técnicamente posibles, así como diferentes formas de calentamiento. En parte se describe un tratamiento mecánico posterior de las proteínas del suero de la leche desnaturalizadas por calor. Sin embargo, ninguna de estas publicaciones describe la generación de agregados de proteínas del suero de la leche con diámetros medios de los agregados (valor mediano) de 1 a 10 \mum a partir de suero agrio de la leche, un concentrado de suero agrio de la leche o una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche.
El experto denomina suero de la leche al líquido que se produce en la separación del coágulo de leche, nata y leche desnatada. Se distingue entre suero dulce y suero agrio de la leche. Según el reglamento sobre la producción de leche, el suero dulce de la leche es "el suero de la leche obtenido por separación de la caseína bajo la acción predominante del fermento coagulante, usando también la lactasa". Por el contrario, el suero agrio de la leche se define como "suero de la leche obtenido por separación de la caseína bajo la acción predominante de ácido, usando también la lactasa". El suero dulce de la leche se puede acidificar posteriormente, pero no por ello se convierte en suero agrio de la leche según la definición anterior.
La presente invención se refiere al tratamiento de suero agrio de la leche o de un concentrado de suero agrio de la leche o de una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas. Con ello no se hace referencia a una solución con contenido en proteínas del suero de la leche acidificada posteriormente, como por ejemplo el suero dulce de la leche que se acidifica con la ayuda de ácidos técnicos. Más bien se hace referencia a soluciones con contenido en proteínas del suero de la leche cuyo pH ácido se ha generado por fermentación. El pH típico del suero agrio de la leche se encuentra entre 4,5 y 4,7 [DEMMLER, G. (1968): "Milcheiweiss und Molkenprodukte" en: Handbuch der Lebensmittelchemie, III. BBd., parte 1, Tierische Lebensmittel, Springer-Verlag, Berlín-Heidelberg-Nueva York]. Con frecuencia también se miden unos valores de pH inferiores a 4,5. El pH del suero agrio de la leche o de un concentrado de suero agrio de la leche o de una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas puede encontrarse asimismo fuera del intervalo de 4,5 a 4,7. El sustrato, suero agrio de la leche o un concentrado de suero agrio de la leche o una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas, que se va a procesar de acuerdo con la invención presenta siempre, sin embargo, un pH ácido. El suero agrio de la leche no sólo se diferencia del suero dulce de la leche en el pH, sino también en su composición [SIENKIEWICZ, T.; RIEDEL, C.-L. (1990): "Whey and Whey Utilization" editorial Th. Mann, Gelsenkirchen-Buer,
Alemania].
En el documento DE 19906379 A1 se describe un procedimiento para la preparación de agregados de proteínas de la leche desnaturalizadas, preferentemente con un tamaño medio de los agregados comprendido en el intervalo de 1 a 4 \mum, que comprende los pasos de desnaturalización térmica, en >80% respecto a las proteínas, de una solución acuosa de proteínas de suero de la leche enriquecida a un contenido en proteínas de como máximo 4% en peso y con un pH comprendido en el intervalo de 5,0 a 7,0, mediante mantenimiento del calor en condiciones esencialmente exentas de cizallamiento y a una temperatura comprendida en el intervalo de 75 a 150ºC. Aunque en este documento los intervalos de los valores de temperatura y de pH son muy amplios, no se hace referencia al suero agrio de la leche o a un concentrado de suero agrio de la leche o a una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas, puesto el valor de pH típico del suero agrio de la leche se encuentra entre 4,5 y 4,7, como se indicó anteriormente. Por lo demás, en este documento se considera preferente un valor de pH de la solución acuosa de 6,0 a 6,5.
La precipitación de proteínas del suero de la leche usando calor y ácido es conocida en sí. En procedimientos especiales, las proteínas del suero de la leche se precipitan usando largos periodos de calentamiento y por la acción de ácido [KESSLER, H.G. (1996): "Bioverfahrenstechnik und Molkeverarbeitungsprozesse" en: Lebensmittel-und
Bioverfahrenstechnik-Molkereitechnologie; editorial A. Kessler, Freising]. El suero agrio de la leche también se somete, entre otras cosas, a un calentamiento para precipitar las proteínas del suero de la leche, pero en las condiciones de calentamiento usadas no se generan agregados de proteínas del suero de la leche con un tamaño de los agregados (valor mediano) comprendido en el intervalo de 1 a 10 \mum sino, debido al largo periodo de calentamiento a temperaturas inferiores a 100ºC o superiores a 120ºC, una masa precipitada con grandes diámetros de partícula. Los procedimientos conocidos en este contexto tienen en común que el rendimiento de agregados de proteínas con el tamaño deseado, de aproximadamente 0,1 a 20 \mum, es bajo. Además, estos procedimientos son en su mayoría complicados y costosos y, por tanto, inapropiados para la aplicación industrial.
El documento US-A-4265924 describe la obtención de proteínas a partir de suero de la leche mediante calentamiento para la desnaturalización de las proteínas y separación siguiente por ultrafiltración. Con el calentamiento propuesto se desnaturaliza entre el 35 y el 70% de las proteínas antes de la filtración. Después de la filtración, el retentato se vuelve a someter a otro calentamiento para someter también las proteínas aún no desnaturalizadas a una desnaturalización. El proceso se describe, entre otras cosas, a un pH de 4,5 a 4,6. A modo de ejemplo se describe un calentamiento a 98ºC durante 20 a 25 minutos. Sin embargo, en las condiciones de calentamiento indicadas no es posible obtener a partir del suero agrio de la leche agregados de proteínas del suero de la leche con un tamaño medio de los agregados (valor mediano) comprendido en el intervalo de 1 a 10 \mum.
Los agregados de proteínas del suero de la leche con valores medianos de 1 \mum a 10 \mum ofrecen diversas ventajas tecnológicas frente a la forma no agregada. Por ejemplo, en la bibliografía se describe que las partículas comprendidas en este intervalo de tamaños producen una sensación cremosa en la boca [MILLER, M.S. (1994) "Proteins as fat substitutes" en: Protein Functionality in Food Systems (editores HETTIARACHCHY, N.S.; ZIEGLER, G.R.), Nueva York, Basilea, Hongkong]. Las partículas pueden servir, por ejemplo, en forma concentrada de sustituto de
grasa.
La expresión antes usada de que el tamaño medio de los agregados (valor mediano) se encuentra entre 1 y 10 \mum significa que el tamaño de los agregados debe encontrarse esencialmente entre 0,1 y 20 \mum; en este caso, el valor mediano se define de manera que a una distribución de tamaños dada, el 50% en volumen de las partículas se encuentra por debajo de este valor y el 50% en volumen, por encima de él. Este valor mediano también se abrevia en el mundo científico con D_{50,3}. Si el tamaño de los agregados debe encontrarse "esencialmente" entre 0,1 y 20 \mum, debe entenderse que más del 90% en volumen, preferentemente más del 95% en volumen, de los agregados se encuentra en el intervalo de tamaños mencionado de 0,1 a 20 \mum.
El calentamiento del suero agrio de la leche se considera problemático en el mundo científico, puesto que predomina la opinión de que una elevada carga térmica conduce a grandes depósitos por precipitación de proteínas en las paredes del calentador continuo (como, por ejemplo, en los intercambiadores de calor de placas o tubulares). Como consecuencia se evitan en general temperaturas superiores a las condiciones de pasteurización (por ejemplo, 15 s a 74ºC).
El objetivo de la invención es, por lo tanto, indicar un procedimiento fácilmente realizable para preparar, a partir de suero agrio de la leche o un concentrado de suero agrio de la leche o una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas, agregados de proteínas del suero de la leche con un tamaño medio de los agregados (valor mediano) comprendido en el intervalo de 1 a 10 \mum.
Este objetivo se alcanza de acuerdo con la invención calentando el producto de partida en condiciones esencialmente exentas de cizallamiento y manteniéndolo durante 60 segundos a una temperatura de 90 a 120ºC.
En vista del pequeño diámetro pretendido de los agregados de proteínas del suero de la leche, según una variante del procedimiento de acuerdo con la invención se prevé que el material de partida se mantenga durante 15 segundos a una temperatura de 100 a 110ºC.
Según una forma de realización preferida del procedimiento de acuerdo con la invención, el producto de partida se mantiene durante 3 segundos a una temperatura de 108 a 110ºC. Mediante este corto calentamiento es posible generar, a partir de suero agrio de la leche, agregados de proteínas del suero de la leche con un diámetro medio de los agregados (valor mediano) de < 5 \mum.
La expresión antes usada de que el calentamiento debe transcurrir en condiciones fundamentalmente exentas de cizallamiento significa que el calentamiento se puede llevar a cabo con la ayuda de un calentador convencional de la industria alimentaria, como, por ejemplo, calentadores de placas, calentadores tubulares, o mediante un calentamiento directo con procedimientos de vapor directo. Por el contrario, diversas publicaciones describen el uso de intercambiadores de calor de frotamiento, especialmente para el calentamiento de concentrados de proteínas del suero de la leche. Cuando se usa un intercambiador de calor de frotamiento, el experto habla de un calentamiento bajo cizallamiento. Por lo tanto, fundamentalmente exento de cizallamiento significa que el medio sólo está expuesto al cizallamiento producido por el flujo a través de un calentador convencional. Se puede usar un cizallamiento mayor, pero no es necesario para la producción de las partículas comprendidas en el intervalo de tamaños preferido.
También se podría concentrar suero agrio de la leche particulado y convertirlo en polvo. Además, las proteínas coaguladas se pueden separar y concentrar, por ejemplo mediante ultrafiltración, microfiltración, centrifugación o decantación, para usar el concentrado de partículas en otros productos o bien para secar el concentrado de partículas para obtener un polvo.
Puesto que el suero agrio de la leche, al contrario que el suero dulce de la leche, se puede obtener también sin el uso de enzimas añadidas, los agregados de proteínas del suero de la leche preparados con el procedimiento de acuerdo con la invención son adecuados como aditivos para alimentos para personas alérgicas.
\newpage
Ejemplo de preparación 1
Con la ayuda de un intercambiador de calor tubular se calentó a altas temperaturas suero agrio de la leche con un pH de 4,4, con el fin de desnaturalizar las proteínas del suero de la leche por calor. En el caso del intercambiador de calor tubular usado se trataba de una instalación con los siguientes datos:
Diámetro nominal DN 10
Precalentador, L = 18 m (temperatura del agua caliente 80ºC); temperatura del producto constante 75ºC
Calentador a alta temperatura, L = 18 m (presión de vapor 1,6 bar, correspondiente a 113ºC)
Tramo de mantenimiento del calor DN 10, L = 5 metros
Refrigerador de agua DN 10, L = 18 m + DN 15, L = 18 m
El tiempo de mantenimiento del calor era de aproximadamente 12 s a un caudal de 110 l/h. El tiempo de mantenimiento se redujo en el curso del ensayo a aproximadamente 10 s aumentando el flujo volumétrico (140 l/h) ya que las determinaciones del tamaño de las partículas realizadas con la ayuda de un espectroscopio de difracción de láser dieron como resultado inicialmente partículas demasiado grandes.
La diferencia de temperatura entre el producto y el medio calentador se mantuvo lo más baja posible para minimizar la formación de depósitos de producto en el intercambiador de calor. La diferencia de temperatura era de aproximadamente 5ºC en el precalentador y de aproximadamente 3ºC en el calentador a alta temperatura. La instalación tubular completa estaba dotada de sensores de presión, de manera que se pudo registrar de forma continua el aumento de presión. El aumento de presión produjo después de un periodo de funcionamiento de 8 horas, partiendo de una pérdida de presión de 1,4 bar, una pérdida de presión de aproximadamente 5 bar al final del periodo de funcionamiento. La presión de entrada era de aproximadamente 5,2 bar al final del periodo de funcionamiento de 8 horas.
Después del periodo de funcionamiento y antes del paso de limpieza se abrieron los tubos del calentador. Se halló un depósito de producto con un grosor de aproximadamente 1 mm que, sin embargo, se pudo eliminar fácilmente por raspado. La limpieza con un agente limpiador básico a 80ºC/30 min produjo la eliminación completa del depósito de producto.
El tamaño de partícula por volumen se pudo reducir de inicialmente D_{50,3} = 10 \mum (es decir, el 50% de las partículas se encuentran por debajo de 10 \mum) a D_{50,3}= 5 \mum disminuyendo gradualmente la temperatura de 110ºC a 102ºC, así como aumentando el caudal de 110 l/h a 140 l/h (reducción del tiempo de permanencia de 12,5 s a 10 s). En la particulación no sólo son importantes los tamaños medios de partícula sino también la categoría de magnitud de las partículas más grandes. Esta categoría de magnitud se encontraba, tras la optimización, en D_{90,3} = 10 \mum, es decir que el 90% de las partículas se encontraba por debajo de 10 \mum. Como se observó después de un almacenamiento de un día, a esta distribución de tamaños sólo se produce una sedimentación débil (importante para eventuales apilamientos intermedios). Dependiendo del grado de desnaturalización se puede optimizar aún más el tamaño de partícula. Se debe aspirar a un alto grado de desnaturalización, puesto que esto equivale a un alto rendimiento y sólo se da una estabilidad térmica para un segundo calentamiento con un grado de desnaturalización lo más alto posible. Se ha de tener en cuenta que las partículas demasiado pequeñas son tan indeseables como las partículas demasiado grandes. Por último, el tamaño de partícula al que se ha de aspirar también depende del campo de
aplicación.
Se calentaron de la manera descrita aproximadamente 1.000 l de suero agrio de la leche. El enfriamiento se llevó a cabo mediante un refrigerador tubular a por debajo de 10ºC. El pH era de 4,37 después del calentamiento.
Resultados del análisis
Grados de desnaturalización a la temperatura de calentamiento \beta-Lactoglobulina \alpha-Lactalbúmina
Suero bruto de la leche* 0% 0%
110ºC (110 l/h) 96% 10%
106ºC (110 l/h) 95% 11%**
102ºC (110 l/h) 94% 11%**
(Continuación)
Grados de desnaturalización a la temperatura de calentamiento \beta-Lactoglobulina \alpha-Lactalbúmina
102ºC (140 l/h) 92% 6%
Suero mixto de la leche 92% 88
*Suposición: Desnaturalización = 0
**Se encuentra dentro del margen de error del análisis.
El grado de desnaturalización no puede aumentar en condiciones de calentamiento más suaves.
Ejemplo de preparación 2
Se calentó a escala industrial suero agrio de la leche sin polvo con la ayuda de un intercambiador de calor tubular a un caudal de 30.000 l/h. La temperatura de calentamiento era de 110ºC con un tiempo de mantenimiento del calor de tres segundos. Se procesaron 80.000 l de suero agrio de la leche con un pH inicial de 4,4, un contenido en proteínas del 0,79% y una masa seca del 5,96%.
Durante el periodo de calentamiento la formación de sedimentos era escasa, por lo que durante el proceso se registró sólo un ligero aumento de presión de aproximadamente 0,5 bar. El suero agrio de la leche calentado presentaba un aspecto turbio lechoso y no mostró sedimentación de las partículas formadas tampoco después de un almacenamiento de varias horas. El valor mediano D_{50,3} de la distribución de partículas era de 4,75 \mum. El D_{90,3} era de 9,4 \mum, es decir que el 90% de las partículas se encontraban por debajo de 9,4 \mum.

Claims (3)

1. Procedimiento para la preparación de agregados de proteínas del suero de la leche a partir de suero agrio de la leche, un concentrado de suero agrio de la leche o una parte, separada mediante un procedimiento de separación, del suero agrio de la leche con contenido en proteínas, caracterizado porque el producto de partida se calienta en condiciones esencialmente exentas de cizallamiento y se mantiene a una temperatura de 90 a 120ºC durante 60 s.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el producto de partida se mantiene a una temperatura de 100 a 110ºC durante 15 s.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el producto de partida se mantiene a una temperatura de 108 a 110ºC durante 3 s.
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