ES2297210T3 - Procedimiento de produccion de lactosa a partir de lactosuero o de un permeado resultante de la ultrafiltracion de lactosuero. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de producción de lactosa a partir de lactosuero o de un permeado de ultrafiltración resultante de lactosuero, comprendiendo este lactosuero y permeado los cationes monovalentes Na+ y K+, aniones monovalentes Cl-, los cationes polivalentes Ca2+ y Mg2+ y aniones polivalentes minerales tales como aniones fosfato y/o aniones de ácidos orgánicos capaces de formar complejos con dichos cationes polivalentes, tales como lactato y citrato, caracterizado porque comprende las operaciones de: (a) sustitución de una parte al menos de los cationes polivalentes del lactosuero o permeado por cationes metálicos monovalentes para obtener un lactosuero o permeado empobrecido en cationes polivalentes, (b) sustitución de una parte al menos de los aniones polivalentes minerales y aniones de ácidos orgánicos del lactosuero o permeado por aniones monovalentes incapaces de formar complejos con los cationes polivalentes, estando efectuada esta operación (b) simultáneamente a la operación (a) anterior, en cuyo caso da como resultado un lactosuero o un permeado empobrecido en aniones polivalentes minerales, en aniones de ácidos orgánicos y en cationes polivalentes, o bien antes de dicha operación (a), en cuyo caso da como resultado un lactosuero o un permeado empobrecido en aniones polivalentes minerales y aniones de ácidos orgánicos, y (c) cristalización de dicho lactosuero o permeado resultante de las operaciones precedentes y empobrecido en aniones polivalentes minerales, en aniones de ácidos orgánicos y en cationes polivalentes, para obtener lactosa cristalizada y aguas madre enriquecidas en cationes monovalentes metálicos, estando precedida esta cristalización, si es necesario, por una operación de concentración al grado deseado de dicho lactosuero o permeado.
Description
Procedimiento de producción de lactosa a partir
de lactosuero o de un permeado resultante de la ultrafiltración de
lactosuero.
\global\parskip0.920000\baselineskip
La presente invención tiene como objeto un
procedimiento de producción de lactosa a partir de lactosuero o de
un permeado resultante de la ultrafiltración de lactosuero,
comprendiendo este lactosuero y permeado los cationes monovalentes
Na^{+} y K^{+}, el anión monovalente Cl^{-}, los cationes
polivalentes Ca^{2+} y Mg^{2+} y aniones polivalentes minerales
tales como aniones fosfato y/o aniones de ácidos orgánicos capaces
de formar complejos con dichos cationes polivalentes, tales como
lactato y citrato.
En el marco de dicho procedimiento de producción
de lactosa, se prevé habitualmente una operación de concentración
antes de una operación de cristalización. Sin embargo, la presencia
en el lactosuero o el permeado de ultrafiltración de lactosuero de
fosfato de calcio y/o de magnesio es el origen de las
precipitaciones en los evaporadores utilizados para dicha
concentración; esto obliga a una limpieza frecuente de estos
evaporadores. Además, la precipitación de fosfato de calcio y/o de
magnesio durante la cristalización tiene un efecto nocivo sobre
esta última.
Para remediar estas dificultades, se ha
propuesto en la técnica anterior limitar las dificultades recordadas
anteriormente ajustando el pH del lactosuero o del permeado de
ultrafiltración de manera que precipite el fosfato el calcio y/o de
magnesio y después se separe la sal precipitada por
centrifugación.
Sin embargo, esta técnica es costosa y el
rendimiento de descalcificación es limitado. El documento WO 9904903
describe un procedimiento de producción de lactosa a partir de
lactosuero que comprende la sustitución de cationes polivalentes
por cationes monovalentes antes de efectuar la cromatografía.
La idea fundamental de la presente invención es
poner en práctica una operación de cristalización en un lactosuero
o permeado de ultrafiltración de lactosuero tratado con resinas
intercambiadoras de iones para empobrecerlo en cationes
polivalentes y dado el caso en aniones polivalentes minerales y/o
aniones de ácidos orgánicos hasta eliminar prácticamente del todo
estos cationes y/o aniones, produciendo efluentes cuya naturaleza
permite la regeneración de dichas resinas sin aporte exterior de
productos químicos.
Así, la presente invención tiene como objeto un
procedimiento según el primer párrafo de esta descripción y que se
caracteriza porque comprende las operaciones de:
(a) sustitución de una parte al menos de los
cationes polivalentes del lactosuero o permeado por cationes
metálicos monovalentes tales como Na^{+} y/o K^{+} para obtener
un lactosuero o permeado empobrecido en cationes polivalentes,
(b) sustitución de una parte al menos de los
aniones polivalentes minerales y aniones de ácidos orgánicos del
lactosuero o permeado por aniones monovalentes tales como Cl^{-}
incapaces de formar complejos con los cationes polivalentes,
estando efectuada esta operación (b) simultáneamente a la operación
(a) anterior, en cuyo caso da como resultado un lactosuero o un
permeado empobrecido en aniones polivalentes minerales, en aniones
de ácidos orgánicos y en cationes polivalentes, o bien antes de
dicha operación (a), en cuyo caso da como resultado un lactosuero o
un permeado empobrecido en aniones polivalentes minerales y aniones
de ácidos orgánicos, y
(c) cristalización de dicho lactosuero o
permeado empobrecido en aniones polivalentes minerales, en aniones
de ácidos orgánicos y en cationes polivalentes, para obtener lactosa
cristalizada y aguas madre enriquecidas en cationes monovalentes
metálicos, estando precedida esta cristalización, si es necesario,
por una operación de concentración al grado deseado de dicho
lactosuero o permeado.
La operación (a) anterior proporciona un
lactosuero o permeado fuertemente enriquecido en cationes
monovalentes metálicos que tienen la ventaja de no tener ninguna
incidencia nociva sobre la operación de concentración eventual ni
sobre la operación (c) de cristalización posterior.
En cuanto a la operación (c), produce lactosa
cristalizada y aguas madre que contienen la gran mayoría de los
cationes monovalentes metálicos contenidos en el lactosuero o
permeado procedente de la operación (a).
Se ha comprobado efectivamente que dicho
reemplazo de una parte al menos de los aniones capaces de formar
complejos con los cationes Ca^{2+} y Mg^{2+} por aniones
monovalentes incapaces de formar dichos complejos, tales como
Cl^{-}, permitía mejorar en gran medida los rendimientos de
descalcificación.
Se comprenderá que, mediante este reemplazo, se
destruyen más o menos dichos complejos, lo que aumenta la
disponibilidad de los cationes polivalentes (Ca^{2+}, Mg^{2+})
que pueden reemplazarse de este modo más fácilmente por cationes
monovalentes metálicos.
De preferencia, el procedimiento según la
invención comprende además la operación de:
(d) cromatografía de una parte al menos de las
aguas madre procedentes de la operación (c) de cristalización, para
producir una fracción enriquecida en lactosa y un refinado
enriquecido en cationes metálicos monovalentes, y dado el caso en
aniones monovalentes.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Según un modo de realización, la operación (a)
de sustitución de cationes polivalentes comprende preferiblemente
el tratamiento del lactosuero o del permeado con una resina
catiónica cuyo contraión en un catión monovalente metálico.
Por otro lado, la operación (b) de sustitución
de aniones polivalentes minerales y aniones de ácidos orgánicos
comprende preferiblemente el tratamiento del lactosuero o del
permeado con una resina aniónica cuyo contraión es un anión
monovalente incapaz de formar complejos con los cationes
polivalentes.
Se precisará que las resinas anteriormente
mencionadas son preferiblemente resinas aniónica fuerte y catiónica
fuerte.
Por otro lado, el catión monovalente que
constituye el contraión de la resina catiónica es preferiblemente
el catión Na^{+} y/o K^{+} y el anión monovalente que constituye
el contraión de la resina aniónica es preferiblemente el anión
Cl^{-}.
Según otra característica del procedimiento
según la invención, ésta puede comprender además la operación
de:
(e) regeneración de la resina catiónica y/o de
la resina aniónica anteriormente mencionadas,
efectuándose ventajosamente esta regeneración
con la ayuda de una fracción de las aguas madre producidas en la
operación (c) de cristalización y/o con la ayuda de una fracción al
menos del refinado producido en la operación (d) de
cromatografía.
Se añadirá que esta regeneración puede
efectuarse en serie o en paralelo sobre la resina aniónica y la
resina catiónica.
Se añadirá también que, según la composición
iónica del lactosuero o del permeado, puede ser necesario un ajuste
del pH del líquido de regeneración, particularmente de dichas aguas
madre, para evitar cualquier riesgo de precipitación de fosfato de
calcio o de magnesio. Así, este ajuste puede efectuarse
preferiblemente mediante ácido fosfórico o ácido clorhídrico.
La presente invención se ilustra a continuación,
de manera no limitativa, mediante la descripción de un ejemplo de
preparación de lactosa, realizado con referencia a la figura única
que es la representación esquemática de una instalación para poner
en práctica el procedimiento según la invención.
El producto de partida es, en el ejemplo
elegido, un permeado obtenido mediante ultrafiltración de un
lactosuero. Dicho permeado comprende esencialmente lactosa, ácidos
orgánicos y minerales (particularmente cationes Na^{+}, K^{+},
Ca^{2+}, Mg^{2+}, aniones Cl^{-} y fosfato y aniones de ácidos
orgánicos capaces de formar complejos con los cationes Ca^{2+} y
Mg^{2+}, tales como citrato y lactato).
Se conduce este permeado por un conducto 1 a la
entrada de una columna 2 provista de una resina aniónica fuerte
(AF), después de la salida de esta columna 2 por un conducto 3 a la
entrada de una columna 4 provista de una resina catiónica fuerte
(CF).
La resina catiónica fuerte está en forma de
Na^{+} o K^{+}, es decir, que su contraión es el ión Na^{+} o
K^{+}; la resina aniónica fuerte está bajo la forma Cl^{-}, es
decir que su contraión es el ión Cl^{-}.
Se observará que, como variante, estas dos
resinas podrían utilizarse mezcladas, en cuyo caso sería suficiente
una sola columna.
En el paso del permeado sobre la resina
aniónica, intercambia sus aniones polivalentes minerales (fosfato)
y aniones de ácidos orgánicos (lactato, citrato) con los iones
Cl^{-} de la resina; en su paso sobre la resina catiónica,
intercambia sus cationes polivalentes (Ca^{2+}, Mg^{2+}) con los
iones Na^{+} o K^{+} de la resina.
Se elimina así del permeado una parte sustancial
de sus cationes y aniones polivalentes minerales y de sus aniones
de ácidos orgánicos, los cuales cationes y aniones se han
reemplazado por cationes y aniones monovalentes; este permeado
contiene por tanto esencialmente lactosa, iones Na^{+}, K^{+} y
Cl^{-}, cationes Ca^{2+}, Mg^{2+} residuales, aniones fosfato
residuales y aniones de ácidos orgánicos residuales.
La disolución acuosa procedente de la columna 4
se conduce a continuación por un conducto 5 a una unidad de
evaporación 6 cuya función es concentrar este permeado.
El permeado concentrado procedente de la unidad
6 se conduce a continuación por un conducto 7 a una unidad de
cristalización 8 donde se asiste a la cristalización de lactosa que
se separa de las aguas madre.
Estas aguas madre muy ricas en iones Na^{+},
K^{+} y Cl^{-} pueden utilizarse por su parte total o
parcialmente para la regeneración de las resinas que proporcionan
respectivamente las columnas 2 y 4; esta regeneración se efectúa
preferiblemente en paralelo sobre estas resinas, con adición en este
caso a las aguas madre de un aporte de NaCl (véase el circuito a
trazos de puntos en la figura adjunta).
Finalmente, como variante, pueden conducirse una
parte o la totalidad de dichas aguas madre por un conducto 9 a la
cabeza de una columna de cromatografía 10 de la que proceden por una
parte una disolución acuosa enriquecida en lactosa residual, y por
otra parte un refinado enriquecido en aniones y cationes
monovalentes Na^{+}, K^{+} y Cl^{-}.
Este refinado puede ponerse en práctica
igualmente para la regeneración de las resinas de las columnas 2 y
4 (véase el circuito a trazos de puntos en la figura adjunta).
Con el fin de mostrar bien el interés del
procedimiento según la presente invención, se ha comparado éste con
la técnica conocida de ablandamiento mediante precipitación y
centrifugación (decantación centrífuga) en el marco de la
preparación de lactosa a partir de un permeado de lactosuero dulce,
obtenido mediante ultrafiltración de un lactosuero.
Se han utilizado dos variantes para el
procedimiento según la invención, a saber:
- -
- la utilización de una resina catiónica sola (IRA 252 de la compañía estadounidense Rohm y Haas)= sistema CF;
- -
- la utilización de una resina aniónica (IRA 458 de la compañía estadounidense Rohm y Haas) seguido de una resina catiónica en serie (SR1L Na de la compañía Rohm y Haas)= sistema AF-CF.
Para estas dos variantes, la regeneración de las
resinas se realiza mediante las aguas madre de cristalización de la
lactosa respetando las relaciones de volumen:producción de 1
volumen de aguas madre con 27% de materia seca por 16 volúmenes de
permeado de lactosuero a 5,7% de materia seca.
La composición iónica del permeado es la
siguiente:
El permeado así ablandado se cristaliza para
producir lactosa cristalizada y aguas madre que contienen
esencialmente impurezas como sales de iones monovalentes.
Estas aguas madre se han clarificado por
decantación y/o filtración antes de su utilización como regenerante
de resinas. Habiéndose ajustado su pH a 5, no se ha observado
precipitación en las resinas.
Claims (10)
1. Procedimiento de producción de lactosa a
partir de lactosuero o de un permeado de ultrafiltración resultante
de lactosuero, comprendiendo este lactosuero y permeado los cationes
monovalentes Na^{+} y K^{+}, aniones monovalentes Cl^{-},
los cationes polivalentes Ca^{2+} y Mg^{2+} y aniones
polivalentes minerales tales como aniones fosfato y/o aniones de
ácidos orgánicos capaces de formar complejos con dichos cationes
polivalentes, tales como lactato y citrato, caracterizado
porque comprende las operaciones de:
(a) sustitución de una parte al menos de los
cationes polivalentes del lactosuero o permeado por cationes
metálicos monovalentes para obtener un lactosuero o permeado
empobrecido en cationes polivalentes,
(b) sustitución de una parte al menos de los
aniones polivalentes minerales y aniones de ácidos orgánicos del
lactosuero o permeado por aniones monovalentes incapaces de formar
complejos con los cationes polivalentes, estando efectuada esta
operación (b) simultáneamente a la operación (a) anterior, en cuyo
caso da como resultado un lactosuero o un permeado empobrecido en
aniones polivalentes minerales, en aniones de ácidos orgánicos y en
cationes polivalentes, o bien antes de dicha operación (a), en cuyo
caso da como resultado un lactosuero o un permeado empobrecido en
aniones polivalentes minerales y aniones de ácidos orgánicos, y
(c) cristalización de dicho lactosuero o
permeado resultante de las operaciones precedentes y empobrecido en
aniones polivalentes minerales, en aniones de ácidos orgánicos y en
cationes polivalentes, para obtener lactosa cristalizada y aguas
madre enriquecidas en cationes monovalentes metálicos, estando
precedida esta cristalización, si es necesario, por una operación
de concentración al grado deseado de dicho lactosuero o
permeado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende además una operación de:
(d) cromatografía de una parte al menos de las
aguas madre obtenidas en la operación (c) de cristalización, para
producir una fracción enriquecida en lactosa y un refinado
enriquecido en cationes metálicos monovalentes y dado el caso en
aniones monovalentes.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
operación (a) de sustitución de cationes polivalentes comprende el
tratamiento del lactosuero o permeado con una resina catiónica cuyo
contraión es un catión monovalente metálico.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
operación (b) de sustitución de aniones polivalentes minerales y
aniones de ácidos orgánicos comprende el tratamiento del lactosuero
o permeado con una resina aniónica cuyo contraión es un anión
monovalente incapaz de formar complejos con los cationes
polivalentes.
5. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el catión metálico monovalente que
constituye el contraión de la resina catiónica es el catión
Na^{+} o K^{+}.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque el anión monovalente que constituye el
contraión de la resina aniónica es el anión Cl^{-}.
7. Procedimiento según la reivindicación 3, 4 5
ó 6, caracterizado porque comprende además la operación
de:
(e) regeneración de la resina catiónica y/o de
la resina aniónica.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la operación (e) de regeneración se
efectúa con la ayuda de una fracción de las aguas madre producidas
en la operación (c) de cristalización.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque la operación (e) de regeneración se
efectúa con la ayuda del refinado producido en la operación (d) de
cromatografía.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la operación (e)
de regeneración se efectúa en serie o en paralelo sobre la resina
aniónica y la resina catiónica.
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