ES2308906B1 - Metodo de fabricacion de requeson a partir de lactosuero concentrado con membranas. - Google Patents

Metodo de fabricacion de requeson a partir de lactosuero concentrado con membranas. Download PDF

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Abstract

Método de fabricación de requesón a partir de lactosuero concentrado con membranas que consiste en la inclusión de una etapa de concentración del lactosuero mediante ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis inversa, en el proceso clásico. Posteriormente a la concentración se lleva a cabo un calentamiento a temperaturas entre 80 y 90ºC con acidificación con ácidos orgánicos (ácido láctico) o sin acidificación y en ambos casos, posterior separación por flotación, centrifugación o microfiltración de la fracción proteica obteniéndose un requesón con elevados rendimientos. La invención es de aplicación en el sector agroalimentario y en concreto en instalaciones de fabricación de queso.

Description

Método de fabricación de requesón a partir de lactosuero concentrado con membranas.
El objeto de la presente invención se refiere a un método para la elaboración de requesón a partir de lactosuero en el que se incluye una etapa de concentración previa del lactosuero por membranas para obtener un aumento de los rendimientos, una disminución de costes de fabricación y una reducción del poder contaminante de los residuos producidos en la fabricación de queso. El sector de la técnica es por tanto el sector químico y el de aplicación el sector agroalimentario, más concretamente el sector industrial de producción de quesos.
Estado de la técnica
La producción de requesón a partir de leche, lactosuero o mezclas de ambos se puede llevar a cabo de forma artesanal en pequeñas y medianas queserías. El procedimiento habitual consiste en el calentamiento directo o indirecto de la leche, suero o mezclas a temperaturas próximas a ebullición (85-95ºC). Durante el proceso de calentamiento se puede incluir una regulación del pH mediante adición de algún ácido orgánico natural o sintético (ácido cítrico generalmente) o inorgánico (HCl generalmente). Posteriormente a esta etapa se recoge por la parte superior del tanque de calentamiento el requesón obtenido, que se envasa o se continúa procesando por mezcla con otros
componentes.
La fabricación de requesón a partir exclusivamente de lactosueros está prácticamente abandonada debido a los bajos rendimientos que se obtienen, entre 70 y 80 g de requesón por cada litro de lactosuero tratado, con extractos secos ente el 15 y el 20%, lo que hace que el proceso tenga escasa viabilidad económica dados los bajos extractos secos del lactosuero (menores del 7%) y las elevadas temperaturas necesarias (superiores a 80ºC) para la coagulación de las proteínas séricas.
Sin embargo, el interés nutritivo, funcional y biológico de las proteínas presentes en el lactosuero (proteínas séricas) es indiscutible y grandes empresas queseras (o empresas que recogen lactosueros en grandes cantidades) utilizan los lactosueros para la fabricación de concentrados de proteínas lácteas (CPL) de distintos grados de concentración que destinan a ingredientes de alimentos (galletas, panadería, productos cárnicos, etc.), alimentación infantil (fórmulas de leche maternizada) o alimentaciones especiales (deportistas o pacientes con alteraciones digestivas).
Por el contrario, las pequeñas queserías no pueden realizar grandes trasformaciones del lactosuero porque no disponen de la suficiente tecnología y además tampoco las industrias dedicadas a la transformación de suero recogen pequeñas cantidades del mismo, por lo que los pequeños fabricantes de queso se encuentran con un problema importante de gestión de sus sueros, por otro lado muy contaminantes.
Se han encontrado diversos documentos (de patente y no patente) en los que se describen distintos procesos para la fabricación industrial de este tipo de productos, a partir de leche esencialmente, pero en ninguno de ellos se describe la utilización exclusiva de lactosuero combinada con la preconcentración mediante técnicas con membranas y su posterior coagulación para la fabricación de requesón de suero.
En la patente EP0731644 (B1) se describe un procedimiento para la fabricación de un queso con bajo contenido en grasa obtenido por ultrafiltración y diafiltración de leche estandarizada en materia grasa y posterior tratamiento térmico y homogeneización final. El procedimiento hace referencia a la utilización de leche y basa su innovación en conseguir las texturas finales deseadas sin la adición de ningún aditivo. El producto final adquiere la textura adecuada por adición de un concentrado de proteínas de suero mediante membranas. El producto final es un queso fresco de una determinada textura cuyo contenido principal son las caseínas de la leche ya que se propone un proceso de coagulación similar a un proceso de fabricación de queso. En la presente invención el producto final se obtiene a partir exclusivamente de lactosuero concentrado y contiene todas las proteínas séricas por tanto su composición es distinta al descrito en la citada patente.
En la publicación titulada "Efecto de la adición de proteínas de suero y del tratamiento térmico de la leche sobre la viscosidad de quesos frescos" ("Milchwissen-schaft" Ciencia Láctea, tomo 47, nº 3, 1992) se describe la fabricación de un queso fresco mediante la adición de concentrados de proteínas de suero y posterior coagulación por acidificación, sin embargo el objetivo es producir un queso fresco a partir de leche con la adecuada textura aportada por la proteínas del lactosuero.
En la patente EP0891138 (B1) se describen postres y requesón a base de leche y suero con la incorporación de otros aditivos para impartir sabores pero no se reivindica la operación de concentración de suero mediante membranas, sino que el procedimiento de concentración se realiza mediante la técnica clásica de evaporación, con el consiguiente encarecimiento energético del proceso y menor rendimiento. Además, en dicha invención se utilizan leche o mezclas de suero y leche pero nunca suero de queso exclusivamente.
En la patente EP0639054 (B1) se reivindica un proceso de concentración de lactosuero mediante microfiltración a baja presión con el fin de disponer de concentrados de alto valor proteico, pero no se hace referencia a un posterior tratamiento con calor para la precipitación de dicha fracción proteica (requesón de suero).
En la patente EP 0094542 (A2) describen los procesos de fabricación de requesón a partir de leche o lactosuero mediante los procesos tradicionales de calentamiento y acidificación como los descritos anteriormente pero no se hace ninguna referencia a operaciones previas de concentración con membranas.
En la Patente WO9635336 se hace referencia a una concentración con membranas de leche hasta valores de 9.5 o superiores de proteínas y posterior cuajado del concentrado, con lo cual se obtendría un queso clásico mediante ultrafiltración y microfiltración pero no un producto a base de proteínas concentradas a partir de lactosuero.
En la patente EP0099296 se indica un procedimiento para la fabricación de proteínas coaguladas a partir de lactosuero mediante un tratamiento térmico, entre otros, pero no se menciona ningún tipo de filtración con membranas previo para aumentar los rendimientos finales del proceso.
Descripción de la invención
Las queserías de mediano y pequeño tamaño (queserías artesanales) generan cantidades importantes de lactosuero (entre 8 y 9 litros de lactosuero por kg de queso fabricado) que desechan por su difícil aprovechamiento a pequeña escala. Sin embargo, el lactosuero contiene aproximadamente la mitad de los sólidos de la leche original y, por lo que se refiere a su fracción proteica, está formado por una serie de proteínas séricas de extraordinario valor nutritivo, funcional y biológico.
El término "requesón" suele inducir a menudo a confusiones al utilizarse, indistintamente, como sinónimo de producto a partir de leche (leche cuajada por calor) o a partir de lactosuero. El requesón definido como el producto de naturaleza proteica producido exclusivamente a partir de suero lácteo previo calentamiento y acidificación mediante procedimientos naturales no es un producto nuevo. Las queserías familiares y artesanales siempre han intentado recuperar parte de sus lactosueros conscientes de su valor, aunque los productos obtenidos a partir de los mismos (requesón) casi siempre fueron de consumo local interno. La profesionalización de las queserías y su obligación de permanecer competitivas en el mercado condujeron a la situación actual en la que, sin una modificación en la tecnología, el aprovechamiento del lactosuero resulta antieconómico a pequeña escala.
Dado el carácter altamente contaminante de los sueros (demandas biológicas de oxígeno (DBO) entre 40,000 y 60,000 mg O_{2}/L), las grandes empresas transformadoras de suero obtienen sus materias primas prácticamente a coste cero. Los costes de transporte de los sueros son asumidos por las propias empresas que lo utilizan, por lo que la recogida de sueros por parte de las mismas implica una logística de recolección que suele excluir pequeños o medianos productores y que por su situación geográfica supongan un coste de transporte demasiado elevado.
De esta manera todos estos productores se encuentran con un subproducto contaminante, que reconocen valioso, pero que no pueden reutilizar por razones económicas y falta de tecnología.
La solución tradicional de aprovechamiento de lactosuero por parte de los propios fabricantes ha sido su conversión en requesón coagulando la fracción proteica del lactosuero mediante calentamiento directo del mismo a elevadas temperaturas y adición de acidificantes si fuera necesario. Sin embargo, esta solución no es hoy rentable por varias razones:
1.
El bajo extracto seco de los lactosueros (que no superan el 7% de sólidos sobre base seca), por lo que los rendimientos de requesón son muy bajos (entorno a 70-80 g de requesón por kg de lactosuero tratado).
2.
Los elevados costes energéticos relacionados con la gran cantidad de agua (alrededor del 93%) que hay que calentar a elevadas temperaturas (superiores a 80ºC).
Para la solución de este problema se propone la presente invención en la que la materia prima utilizada es lactosuero obtenido del cuajado enzimático de la leche para la fabricación de cualquier tipo de queso de estas características de cuajado. El lactosuero utilizado para la fabricación de requesón debe de ser de buena calidad microbiológica y es recomendable su procesado en las horas siguientes a su producción. La conservación a temperaturas alrededor de 4ºC es obligatoria si se va a retrasar su procesamiento.
El proceso propuesto consta de las siguientes etapas:
1)
El lactosuero obtenido directamente de la cuba de cuajado debe de ser previamente filtrado para la eliminación de finos de caseína. Dicha filtración grosera puede realizarse de forma continua con filtros rotatorios o de forma discontinua con mallas de tela o plástico de la luz adecuada. Los finos obtenidos pueden ser incorporados a la cuajada.
2)
Posteriormente, el lactosuero debe de ser desnatado hasta valores de materia grasa del orden de 0.2%. El proceso de desnatado puede realizarse a la temperatura del suero obtenido inmediatamente después del trabajo de la leche en la cuba u, opcionalmente, calentado hasta temperaturas del orden de 50ºC. El desnatado es una operación clásica que puede realizarse con distintos equipos disponibles en el mercado que se adapten al caudal de suero generado en cada caso.
3)
El lactosuero filtrado y desnatado debe de ser pasteurizado inmediatamente en condiciones clásicas de pasteurización (72ºC, 16 segundos), aunque esta etapa puede ser eliminada si el lactosuero va a ser procesado inmediatamente mediante membranas. La pasteurización más recomendable es la realizada en continuo, aunque también es posible una pasteurización discontinua en tanque de acero inoxidable con encamisado externo y serpentín de vapor interno en cuyo caso el calentamiento debe de realizarse entre 62 y 64ºC durante al menos 20 minutos.
4)
Una vez calentado, el suero pasa al equipo con membranas. El equipo consta esencialmente de un tanque pulmón fabricado en cualquier material de calidad alimentaria, una bomba de impulsión capaz de trabajar al menos hasta 40 bares de presión y con la posibilidad de regulación de la presión, rotámetros para la medida del caudal de alimentación, permeado y concentrado, sensor de temperatura e indicadores de presión en el lado del concentrado.
A continuación de la bomba se coloca la membrana. Éste es el elemento más importante de la instalación. Las membranas puede tener distinta geometría (plana, tubular o espiral) y pueden estar fabricadas de distintos materiales (orgánicos, inorgánicos o composites). La característica más importante de la membrana es su corte molecular (cut-off). Es fundamental que dicho corte sea inferior a 20,000 Dalton para evitar importantes pérdidas de proteínas a través de la membrana. Otro aspecto a valorar en la selección de la membrana es que presente una baja tendencia al ensuciamiento y además una gran resistencia química y biológica. El dispositivo experimental debe disponer también de una válvula de regulación dispuesta a la salida de la membrana capaz de regular la presión de trabajo.
La concentración del lactosuero con membranas puede realizarse mediante tres técnicas diferentes obteniéndose productos finales de diferentes características. Las operaciones son: ósmosis inversa (OI), nanofiltración (NF) y ultrafiltración (UF). La diferente capacidad separativa de cada una de estas técnicas da lugar a requesones finales diferentes que varían en su composición en proteínas, lactosa y sales minerales. De esta forma, utilizando cualquiera de las técnicas anteriores, se puede regular las características del producto final, ampliando de forma importante la gama de productos a fabricar. Por ejemplo la utilización de OI dará lugar a un requesón de mayor salinidad. Un requesón obtenido a partir de una concentración por NF será un producto más agrio, mientras que si se utiliza UF para la etapa de concentración el producto final será más untuoso.
Durante la etapa de concentración del lactosuero se eleva su extracto seco desde su valor original (6.5% aproximadamente) hasta el valor deseado dependiendo del proceso con membranas seleccionado. La concentración con ósmosis inversa permite llegar hasta valores de extracto seco en el concentrado entre el 18 y el 21%. La concentración en nanofiltración puede llegar al 15% y si se utiliza ultrafiltración, valores entre el 9 y el 12% de extracto seco permiten obtener requesones de buena calidad.
5)
Una vez obtenido el concentrado se pasa a la etapa de calentamiento. Ésta se puede llevar a cabo en un tanque con elevada relación diámetro/altura para una buena recuperación del requesón y con un serpentín interno de vapor y/o cámara externa de vapor. Durante el proceso de calentamiento es necesaria una ligera agitación con el fin de homogeneizar la temperatura. Una agitación excesiva no es recomendable ya que se produciría una rotura de los grumos de requesón formados y se dificultaría su recuperación. Las temperaturas de calentamiento oscilan entre 80 y 85ºC y un adecuado sistema de calentamiento debería calentar 100 L de concentrado en unos 20 minutos. Es precisa la medida del pH del suero concentrado durante el proceso de calentamiento. Cuando se desea un requesón menos ácido, el pH debe estar en torno a 6, mientras que si se desea un producto más ácido de mejor conservación, es precisa la adición de un ácido orgánico (ácido láctico) hasta que el pH final del concentrado sea de 4.9. La adición de ácido láctico, si es precisa, debe realizarse lentamente a partir de una disolución ácido láctico 1 Molar. Finalizado el tiempo de calentamiento (20-30 minutos) se recoge el sobrenadante de la superficie del tanque. Este producto debe dejarse reposar sobre mallas de tela con el fin de que se produzca una pérdida de humedad hasta conseguir el producto final de la consistencia deseada y que dependerá del destino final del mismo (crema para untar, mezcla con otros ingredientes como miel, frutos secos, leche, nata, mermeladas, jaleas, etc.).
En la presente invención se propone pues una utilización exclusiva de lactosuero para ser transformado en requesón introduciendo una etapa de concentración con membranas que puede llevarse a cabo mediante ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis inversa, obteniéndose un producto con elevados rendimientos (más del doble de los obtenidos mediante el procedimiento clásico). Adicionalmente, la reutilización de todo el lactosuero generado en la quesería resuelve parcialmente el problema de la contaminación de las corrientes generadas, y lo soluciona totalmente cuando la operación de concentración es por ósmosis inversa. Por último, los costes energéticos asociados al proceso (expresados como kWh por kg de requesón obtenido) se reducen sensiblemente ya que lo que propone la invención es la eliminación de parte del agua contenida en el lactosuero mediante la tecnología más barata existente compatible con el tratamiento de alimentos, como son las técnicas con membranas.
Este procedimiento es de aplicación industrial preferentemente en pequeñas y medianas queserías con producciones de hasta 2,000 litros de suero por día.
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Explicación de una forma de realización preferente
Todas las operaciones de concentración realizadas con membranas deben de iniciarse lentamente a bajas presiones de la bomba. Lentamente se aumenta la velocidad de bombeo y la presión hasta alcanzar las condiciones de operación deseadas después aproximadamente de 10 minutos desde el inicio de la misma. El no cumplimiento de esta metodología de trabajo puede dar lugar a un ensuciamiento prematuro de la membrana con lo que la concentración deseada no se alcanzará.
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Ejemplo 1
Requesón obtenido a partir de suero dulce filtrado y centrifugado mediante el proceso clásico de fabricación (sin preconcentración con membranas)
El lactosuero es filtrado y centrifugado con las siguientes características:
pH:5.8
EST (%): 6.6
Proteínas: (g/L): 35.7
Materia grasa (%): 0.15
Se somete a un proceso clásico de fabricación de requesón sin preconcentración con membranas mediante calentamiento a 85ºC con agitación ligera en un tanque de acero inoxidable calentado por vapor de agua a través de un serpentín interior y un encamisado exterior. El calentamiento tiene lugar durante 25 minutos. Posteriormente se recoge el requesón flotado por la parte superior del mismo. Los resultados de rendimientos y características del requesón obtenido son los siguientes:
pH = 6.0
EST: 19.1%
Materia Grasa: 0.6%
Minerales: 0.6%
Gramos de requesón/Litro de lactosuero concentrado: 92,6 g
Recuperación de proteínas en el requesón con respecto al lactosuero original: 86,3%
Proteínas totales/Extracto seco: 41.7%
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Ejemplo 2
Requesón obtenido a partir de suero dulce filtrado y centrifugado y concentrado por UF y coagulado posteriormente sin acidificación
El lactosuero filtrado y centrifugado se trata por ultrafiltración con una membrana espiral de ultrafiltración de 1.6 m^{2} de área y 25,000 Da de cut-off fabricada en poliamida sobre polisulfona. Las condiciones de operación durante la concentración fueron las siguientes:
Presión de trabajo: 5 bar
Temperatura: 30ºC
Valor medio de flujo de permeado: 20 L/h.m^{2}
Extracto seco final: 9.7%
Inmediatamente se toma una alícuota de 5 L del concentrado y se somete a un proceso rápido de calentamiento sin adición de ácido. El calentamiento se produce hasta la temperatura de 80ºC mediante un tanque encamisado de 5 L de capacidad encamisado con vapor de agua. El tiempo de calentamiento es de 25 minutos. Al cabo de este tiempo se recoge el agregado de proteínas (requesón) que se pesa y analiza. Se obtienen los siguientes resultados:
pH = 5.8
EST: 14.6%
\global\parskip1.000000\baselineskip
Materia Grasa: 0.65%
Minerales: 0.7%
Gramos de requesón/Litro de lactosuero concentrado: 550 g
Recuperación de proteínas en el requesón con respecto al lactosuero original: 91.7%
Proteínas totales/Extracto seco: 60%
El producto tiene buenas propiedades organolépticas y baja acidez. Los bajos contenidos en minerales permiten un paladar adecuado, si bien el producto resulta agrio por lo que se recomienda su mezcla con azúcar, miel u otros edulcorantes.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 3
Requesón obtenido a partir de suero dulce filtrado y centrifugado, concentrado por UF, calentado y acidificado con ácido láctico (2 g/L) hasta pH 4.9
El lactosuero filtrado y centrifugado se trata por ultrafiltración con una membrana espiral de ultrafiltración de 1.6 m^{2} de área y 25,000 Da de cut-off fabricada en poliamida sobre polisulfona. Las condiciones de operación durante la concentración fueron las siguientes:
Presión de trabajo: 5 bar
Temperatura: 30ºC
Valor medio de flujo de permeado: 20 L/h.m^{2}
Extracto seco final: 9.7%
Inmediatamente se toma una alícuota de 5 L del concentrado y se somete a un proceso rápido de calentamiento. Desde el inicio del calentamiento se procede a adicionar ácido láctico 1 Molar hasta concentración final de 2 g/L y pH final de 4.9. El calentamiento se produce hasta la temperatura de 80ºC mediante un tanque encamisado de 5 L de capacidad encamisado con vapor de agua. El tiempo de calentamiento es de 25 minutos. Al cabo de este tiempo se recoge el agregado de proteínas (requesón), que se pesa y analiza. Se obtiene los siguientes resultados:
pH = 4.9
EST: 15.0%
Materia Grasa: 0.65%
Minerales: 0.65%
Gramos de requesón/Litro de lactosuero concentrado: 496 g
Recuperación de proteínas en el requesón con respecto al lactosuero original: 82,7%
Proteínas totales/Extracto seco: 59.6%
El producto tiene buenas propiedades organolépticas y elevada acidez. La acción del acidificante ocasiona una mayor pérdida de las proteínas presentes en el suero.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 4
Requesón obtenido a partir de suero dulce filtrado y centrifugado, concentrado por OI, calentado y coagulado posteriormente sin acidificación
El lactosuero filtrado y centrifugado se concentra con una membrana espiral de ósmosis inversa de 2.6 m^{2} de área fabricada en poliamida sobre polisulfona. Las condiciones de operación durante la concentración son las siguientes:
Presión de trabajo: 30 bar
Temperatura: 30ºC
Valor medio de flujo de permeado: 15 L/h.m^{2}
Extracto seco final: 9%
Inmediatamente se toma una alícuota de 5 L del concentrado y se somete a un proceso rápido de calentamiento sin adición de ácido. El calentamiento se produce hasta la temperatura de 85ºC mediante un tanque encamisado de 5 L de capacidad encamisado con vapor de agua. El tiempo de calentamiento es de 25 minutos. Al cabo de este tiempo se recoge el agregado de proteínas (requesón), que se pesa y analiza. Se obtienen los siguientes resultados:
pH = 5.8
EST: 8.48%
Materia Grasa: No detectable
Minerales: 2.19%
Gramos de requesón/Litro de lactosuero concentrado: 460 g
Recuperación de proteínas en el requesón con respecto al lactosuero original: 77%
Proteínas totales/Extracto seco: 50%
El producto es de naturaleza cremosa aunque su contenido en sales lo hace algo áspero al paladar.
Como se puede ver de los ejemplos anteriores las ventajas de los productos obtenidos en la presente invención, en comparación a la producción clásica de requesón son: un mayor rendimiento de producción de requesón en términos de gramos de requesón por litro de lactosuero calentado y un mayor contenido proteico en el requesón, lo cual le confiere mejores características organolépticas dadas las buenas propiedades de las proteínas séricas en este sentido.

Claims (3)

1. Método de fabricación de requesón a partir de lactosuero caracterizado por la inclusión, en el proceso clásico de fabricación, de una etapa de concentración por membranas entre la etapa de desnatado y calentamiento del suero. Dicha operación puede ser realizada mediante ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) u ósmosis inversa (OI), con membranas de cualquier geometría disponible con tamaños de poro inferiores a 20,000 Dalton.
2. Método de fabricación de requesón a partir de lactosuero, según reivindicación 1, caracterizado porque el grado de concentración de la operación de UF y NF debe de ser como mínimo de un 8% (preferentemente 9.5% o superior).
3. Método de fabricación de requesón a partir de lactosuero, según reivindicación 1, caracterizado porque el grado de concentración de la operación de OI debe de ser como mínimo de un 9%.
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