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.Info
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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].
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.
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.
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.
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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