APROVECHAMIENTO DE LACTOSUERO

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(1)05/2012. APROVECHAMIENTO INDUSTRIAL DE LACTOSUERO IQ. Juan Sebastián Ramírez-Navas, PhD U. del Valle – Ingeniería de Alimentos – Grupo GIPAB U. Santiago de Cali – Química Director Revista RECITEIA CEM-UNAD Medellín, Colombia 29.05.2012. Contenido Introducción Contaminante Materia Prima Beneficios Aprovechamiento Conclusiones. “…la lechería no tiene más límites que la imaginación…” Arturo Inda Cunnigham. Aprovechamiento industrial de lactosuero. INTRODUCCIÓN. jsrn. Lactosuero. Introducción LECHE 100 %. … el fluido que se separa de la cuajada tras la coagulación de la leche, nata, leche desnatada o suero de mantequilla en la fabricación del queso, la caseína o productos similares. Procesamiento Lactosuero 90 %. jsrn. Colombian Engeeniering Meeting. Codex Alimentario. Queso 10 %. jsrn. 1.

(2) 05/2012. Lactosuero - Producción. Lactosuero - Producción. Crecimiento de la producción mundial: 2% anual. jsrn. jsrn. Contexto nacional: regiones lecheras de Colombia. Contexto nacional. En Colombia en el 2008 se produjeron 57.000 Ton de queso (FAOSTAT, 2008; PROEXPORT, 2006).. Haciendo un cálculo sencillo. Si se producen 57.000 Ton de queso, y por cada Ton de queso fresco se producen 4 Ton de suero… Entonces en Colombia se produjeron en el 2008: 228.000 Ton de suero ¿Qué se hizo con ese lactosuero?. jsrn. jsrn. Lactosuero – ¿Desecho industrial?. “Lactosuero… El maná que nadie quiere” Orys Campos. Aprovechamiento industrial de lactosuero. LACTOSUERO CONTAMINANTE. El lactosuero, rico en nutrientes, es alimento de cerdos o terneros, o es desechado en fuentes de agua o en el suelo. jsrn. Colombian Engeeniering Meeting. 2.

(3) 05/2012. Lactosuero – ¿Desecho industrial? Cerca del 47% de los 115 millones de toneladas de suero producidos anualmente en el mundo se desechan (Londoño, 2006).. Lactosuero – ¿Desecho industrial? El suero lácteo como un desecho causa: – Impacto en el medio – Problemas de manejo para la industria – Problema de Salud Pública – Mala asimilación y bajo rendimiento en cerdos y terneros (exceso en alimentación animal). jsrn. jsrn. Indicador del poder contaminante de un efluente. Lactosuero – ¿Desecho industrial?. DBO5 para distintos fluyentes (mg de oxígeno/L fluyente).. Fuente de contaminación Agua de río limpia Agua residual depurada Agua residual doméstica Agua lavado central láctea Lactosuero. De 250 a 300 mililitros de lactosuero sin depurar equivalen, aproximadamente, a la contaminación de las aguas residuales de un habitante por día. DBO 1-4 30-60 150-300 2.000-3.000 35.000-50.000 Fuente: (Laín, 2000). jsrn. jsrn. DBO5 carga biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de cinco días de 60 gramos de oxígeno por día. Lactosuero – ¿Desecho industrial?. 400.000 litros de suero sin depurar, contaminan como una población de 1’250.000 habitantes. (Inda, 2000). Aprovechamiento industrial de lactosuero. LACTOSUERO MATERIA PRIMA. jsrn. Colombian Engeeniering Meeting. 3.

(4) 05/2012. Tipos de suero Compuesto. Suero dulce. Suero ácido. pH. 6.5. 5.0. 93 - 94 %. Agua Extracto Seco. Tipo de queso. H. Proteína. Grasa. Lactosa. Cenizas. 94 - 95 %. Fresco (Turrialba). 93.5. 0.9. 0.3. 4.7. 0.7. 6-7%. 5-6%. Camembert. 93.0. 0.9. 0.3. 5.1. 0.6. 4.5 - 5.0 %. 3.8 - 4.2 %. Cheddar. 93.7. 0.8. 0.5. 4.9. 0.5. Ac. Láctico. vestigios. 0.8 %. Cottage. 93.5. 0.8. 0.1. 4.9. 0.5. Proteínas. 0.8 - 1.0 %. 0.8 % - 1.0 %. Emmental. 93.1. 0.9. 1.0. 5.5. 0.5. Ac. Cítrico. 0.1 %. 0.1 %. Feta. 93.7. 0.8. 0.3. 4.7. 0.5. 0.5 - 0.7 %. 0.5 - 0.7 %. Lactosa. jsrn. Composición del suero. Cenizas. jsrn. Lactosuero Composición media de proteínas de un lactosuero. β-lactoglobulina. Concentración (g/L) 3,3. Proporción relativa 55 – 65. α-lactoalbúmina. 1,2. 15 – 25. Inmunoglobulinas. 0,5. 10 – 15. Seroalbúmina Bovina. 0,3. 5–6. Proteosas-peptonas. 0,6. 10 – 20. Caseína. <0,1. 1–2. Proteínas menores (Lf, Lp, Ig). <0,05. < 0,5. Proteína. Caseino macropétidos (suero dulce). Aprovechamiento industrial de lactosuero. LACTOSUERO BENEFICIOS. 1,3. jsrn Fuente: Marshall K.R., Harper W.J. (1988). Boletín FIL nº 233. 21-32. Beneficios nutricionales de las proteínas del lactosuero. Beneficios nutricionales Lactosa. Potenciador del sistema inmune. Desintoxicante. jsrn. Grasa. Proteínas. Depurativo. Regenerador de la flora intestinal. Colombian Engeeniering Meeting. • Adecuado balance de aminoácidos, • Altísimo valor biológico, • Sustitutos de materia grasa, • Ayuda a limpiar de toxinas nuestro medio interno y • Aporta al organismo nutrientes básicos para el equilibrio metabólico.. jsrn. Minerales. 4.

(5) 05/2012. Beneficios por su composición. Lactosuero Características y propiedades de las proteínas del lactosuero. • Contiene vitaminas A, B, C, D y E, minerales como el calcio y magnesio.. Peso Molecular. Proteína Lactoglobulina Lactoalbúmina Inmunoglobulinas. • La lactosa, azúcar indispensable en los primeros estadios de la vida.. Seroalbúmina Bovina Proteosas-peptonas Caseina. • La galactosa es esencial para el desarrollo del sistema nervioso. jsrn. Caseino macropétidos (suero de cuajo) jsrn. PHi. 18400. Propiedades. 5,35-5,49 Propiedades gelificantes. 14200. 4,2-4,5. Emulsificante, espumante Péptidos de actividad biológica. 80000-900000. 5,5-8,3. Inmunológicas. 66300. 5,1. 4000-80000. 5,1-6,0. 24000. 4,7. Enlace con lípidos Propiedades de superficie Péptidos de actividad biológica Actividad estimulante del sist. Inmunológico. Actividad antitrombótica, antienvejecimiento. 6000-8000. Lactoferrina. 80000. 8,0. Lacto-peridaxa. 78000. 9,6. Bactericida, aplicación terapeútica Efecto bactericida Fuente: Marshall K.R., Harper W.J. (1988). Boletín FIL nº 233. 21-32. Aprovechamiento • El nivel de aprovechamiento se relaciona con la factibilidad de elaboración de los productos y la utilización de sus componentes Aprovechamiento industrial de lactosuero. • Se busca. LACTOSUERO APROVECHAMIENTO jsrn. – Mejor rendimiento – Disminución de costos – Producción limpia. Portafolio: Lactosuero. Leche Plantas pulverzadoras. • Portafolio en industria láctea. Leche en polvo entera Leche en polvo para lactantes Leche en polvo azucarada Suero en polvo Leche en polvo descremada. Productos En polvo. Leches ácidas Leche Cruda. 88% Leches azucaradas y otros. • No desecharlo. Plantas procesadoras. • El valor monetario del lactosuero.. 12% Comercialización de la leche cruda. jsrn. jsrn. 1. http://i203.photobucket.com/albums/aa26/Charly100/lacteos.jpg 2. Archivo - Lácteos Huaca. Colombian Engeeniering Meeting. Industria formal. Kumis Yogurt Leches ácidas Leche condensada Helados de leche Postres a base de preparados con leche Leche. Cremas y mantequillas. Mantequilla Crema de leche Suero de leche. Quesos. Queso blando Queso cuajada Cuajada Quesos maduros. Industria artesanal. Leche pasteurizada. Leche entera Leche descremada Leche deslactosada Leche enriquecida Leche en polvo descremada Adaptado de: Observatorio Agrocadenas. 5.

(6) 05/2012. Empleo del Lactosuero Suero. Concentración de los sólidos totales. Separación. Fraccionamiento de los sólidos totales. Recuperación de proteínas. Osmosis inversa. Aprovechamiento industrial de lactosuero. Evaporación. LACTOSUERO INTEGRO. Desalinización. Intercambio iónico. Centri-whey. Fermentación. Electrodiálisis. Biomasa. Metabolitos. Proteínas simples. Alcohol Ácido láctico Vit. B12 Penicilina. Reacción química. Hidrólisis de la lactosa. Enzimática. Ácida. Úrea. Amoniaco. Lactosilurea. Anomíaco lactatos. Secado. Recuperación de finos de caseína. Como Fertilizante. Grasa de suero. Suero en polvo Suero condensado Suero condensado y azucarado. Concentrados proteicos de suero. Lactosa. Suero en polvo desmineralizado. Jarabes de glucosa y galactosa. Utilización del suero íntegro. • Nueva Zelanda e Irlanda lo emplean como fertilizante con gran éxito. Producción de flora bífida Cultivo. Producción de coagulantes Producción de quesería. • Si no se realizan pretratamientos puede generar inconvenientes:. jsrn. Ultrafiltración. Recuperación de lactosa. Conversión de la lactosa. Suero íntegro. – Utilizado como fertilizante de pastos podría producir nitrificación – Por lixiviación a las aguas (algas y cianobacterias) – Emanación de ácido nítrico (destrucción de capa de ozono). Deshidratación Evaporación. Suero en polvo para sustitutivo de leche Pienso en polvo. Pienso liquido Tratamiento térmico y acidificación. Aprovechamiento de suero integro (p.ej. en bebidas). jsrn. Queso Ricota o Requesón. Requesón.. Queso Mysost. Adición de NaOH. Adición de NaCl. Adición de leche. Lactosuero. Calentamiento (65°C). Calentamiento (87°C - 90°C). Crema y/o azúcar. Pasteurización del requesón. Empacado (Caliento). Lactosuero. Adición de ácido. Drenado del lactosuero. Empaque. Evaporador (hasta 50% de sólidos). Marmita (hasta 70 – 80% de sólidos). Intercambiador de calor, de superficie raspada. Precipitación. jsrn. jsrn. http://thepurloinedletter.blogspot.com/2007/06/making-mysost.html Weatherup (1986), Inda (2000), Ramírez (2008). Colombian Engeeniering Meeting. Jelen y Buchheim (1976), Inda (2000), Ramírez (2008). 6.

(7) 05/2012. Dulce de leche. Bebidas. Lactosuero. Lactosuero. Dulce de leche a base de suero. Mezclado. Almacenamiento. Adición de Lactasa. Sacarosa. Descremado (grasa < 0,02%). Calentamiento (marmita, 37°C, 30 min). Mezclado. Crema. Adición de Àc. Cítrico y sabor. Envasado (60-65°C, Vidrio). Mezclado (Manual, 60-65°C). Leche en polvo, azúcar, bicarbonato, glucosa. Crema. Calentamiento (marmita, 40-45°C). Empaque. Filtrado (Tamiz 60 mesh). Mezclado. Tratamiento Térmico (Marmita, agitación constante, 9598°C, 70°Brix). jsrn. Bebida a base de suero saborizado. Almacenamiento (4°C). Pasteurización (63–65 °C, 30min). jsrn. Casáis & de Hombre, (1995), Pauletti et al, (1996), Ferramondo et al. (1984), Murillo, (2008), Ramírez (2008). Inda (2000), Hendreson (2008), Ramírez (2008). Bebidas fermentadas. Microparticulación. • Obtención de productos fermentados del suero (Kumiss, kefir, entre otros) • Obtención de probióticos (Lactobacillus GG) • Bebidas saborizadas (suero hidrolizado fermentado con bacterias lácticas y saborizado con jugos de frutas o hierbas) jsrn. Disrupción. <1μm. jsrn. Con este tratamiento los glóbulos grasos y proteinas se fraccionan y se dispersan de manera uniforme.. Microparticulación • Características de flujo – Cuando el líquido pasa a través de un orificio la velocidad de flujo se incrementa. Pistón Asiento Producto Homogeneizado. Producto sin Homogeneizar. Producto Homogeneizado jsrn. jsrn. Microparticulación: Homogenización. Colombian Engeeniering Meeting. Paso ≈ 0,1mm. 7.

(8) 05/2012. Microparticulación. Beneficios en quesería… Gruyere. Emmental. Glóbulos de grasa casi sólidos. En frío (< a 30°C). Dispersión incompleta. Ragusano. Caciocavallo. Suero de leche T: 50 a 80°C, P: ±250 bar En Caliente Menor viscosidad, mayor eficiencia. Scarmoza. Provolone. Mozzarella. jsrn. jsrn. Microparticulado. Aprovechamiento industrial de lactosuero. LACTOSUERO FRACCIONADO jsrn. Suero Desmineralizado en Polvo (DWP). Lactosuero fraccionado Materia inorgánica. Suero fraccionado. Calcio fácilmente asimilable. Grasa. Mantequilla Lecitina Productos alimenticios. Lactosa. Cosméticos Alimentación Farmacia Finos de caseína. Materia orgánica. • Formulaciones infantiles basadas en derivados de suero • Helados y natillas • Leches de remplazo (símiles) (Australia y Nueva Zelanda). Quesos. Proteínas totales. Proteínas. Proteínas solubles. jsrn. Lactoperoxidasa Lisozima Proteínas Lacto trans terrina fraccionadas Β-tactoglobulina Α-lacloalbúmina Inmunoglobulinas. jsrn. Proteínas modificadas. Colombian Engeeniering Meeting. 8.

(9) 05/2012. Proteína concentrada de lactosuero, WPC. Lactoalbúminas Lactoglobulinas. Agregación termocálcica o precipitación con polimeros cargados. Suero. Clarificación. Ultrafiltraciòón. WPC (retenido). Suero Clarificado (pH 3,8; 30 min a 55°C). jsrn. Desalado y secado. β-lactoglobulina (pura). Retenido. Desalado, pH7, microfiltración y secado. Α-Lactoalbúmina (70% de pureza). Microfiltración. Lactosa + sales minerales (permeado). Fosfolipoproteínas. Permeado. jsrn. Grasselli (1997), Ramírez (2008). Lactoferrina. Grasselli (1997), Ramírez (2008). Biopeptidos funcionales a) Hidrólisis con enzimas digestivas de origen mamífero. b) Fermentación de la leche con cultivos iniciadores proteolíticos. c). Hidrólisis con enzimas proteolíticas derivadas de m.o. o plantas.. d) Combinaciones sucesivas de estos procesos b) o c) con a). e) Ultrafiltración, microfiltración. jsrn. jsrn. Lactosa. f). Electrodiálisis.. Aprovechamientos lactosa Vía. QUÍMICA Lactosuero desproteinizado. Concentración. Cristalización. Escurrido y lavado. Lactosa. Molido. Secado. Lactosa bruta. jsrn. • • • • • •. Aguas madre. Solubilidad en agua Poder edulcorante Reducida higroscopicidad Aporte en energía Substrato nutritivo para muchos microorganismos Fuente de galactosa, azúcar que entra a formar parte en los cerebrósidos (tejido nervioso).. Colombian Engeeniering Meeting. Obtención Producto Espuma de poliuretano Lactosil-urea Palmitato de lactitol Lactitol Lactato amónico Biomasa Metano Alcohol Antibióticos Acido Acético Acido Láctico. FERMENTATIVA. ENZIMATICA. Butanol Acetona Vitamina B12 Acido Propiónico Jarabe Galactosa/Glucosa. Utilidad Aislamiento térmico y fónico; embalajes Fuente de NNP en rumiantes Emulsionante y surfactante alimentario Edulcorante. Posible interés sanitario Piensos compuestos Fuente proteica (45%) Fuente de energía renovable Bebidas: sustituto de gasolina al 20% Medicamentos Vinagre Industria alimentaria, textil y óptica; barnices Reactivo químico Disolvente orgánico: cosmética Industria farmacéutica y alimentaria Reactivo químico Edulcorante; producción de celulosa. 9.

(10) 05/2012. Biopolimeros. PHA´s a partir de suero. FABRICACIÓN QUESERA. FERMENTACIÓN DEL SUERO. CONCENTRACIÓN, SECADO Y EXTRACCIÓN CELULAR. PRECIPITACIÓN Y RECUPERACIÓN POR SEPARACIÓN SÓLIDOLÍQUIDO. LAVADO Y SECADO BAJO VACÍO. PELLETS. EMPAQUETADO Y DISTRIBUCIÓN A INDUSTRIAS. • Desde el punto de vista del suero lácteo los más interesantes son:. jsrn. – El ácido poliláctico, polilactato (PLA) – La familia de los PHA – Films y recubrimientos de proteínas del suero. jsrn. Producto final. Producto final. • Algunos ejemplos del uso del PLA. • Algunos ejemplos del uso de los PHA´s:. jsrn. jsrn. Esquema del proceso de elaboración de un recubrimiento de proteínas de suero FABRICACIÓN QUESERA. CONCENTRACIÓN DE LAS PROTEÍNAS. SECADO. OBTENCIÓN DE WPC/WPI. DISOLUCIÓN EN AGUA (± 10% PARA WPI). DESNATURALIZACIÓN (90ºC/15-30 MIN.). ENFRIAMIENTO. MEZCLADO CON GLICEROL Y OTROS ADITIVOS. APLICACIÓN EN EL PRODUCTO. ELIMINACIÓN DEL AIRE POR VACÍO. Aprovechamiento industrial de lactosuero. LACTOSUERO FERMENTADO. jsrn. Colombian Engeeniering Meeting. 10.

(11) 05/2012. Proceso Fermentativo. Productos de fermentación. Lactosuero  galactosidasa  H2O   Galactosa  Glu cos a  Lactosa "Lactosa"  Alcohol, Bacteriocinas,     Bebidas, Biomasa,   Galactosa    Biogases, Biopolimeros,   m.o. específico Lactosa       CO2  Energía sup lementos   En zimas, Insecticidas,    Glu cos a     Solventes, Tensoactivos,   Vitaminas, etc.    jsrn. • Metano (“biogás”) • Etanol • Proteína unicelular (levaduras) • Ácido láctico • Ácido acético • Ácido cítrico • Ácido propiónico • Vitamina B12. • • • • • • • • •. jsrn. Proceso Fermentativo. Proceso Fermentativo. Elaboración de Queso. Lactosuero. Queso. Fraccionamiento (MF, UF, OI, etc). Microorganismos y Suplementos. Hidrólisis del sustrato hasta azúcares fermentables (β-galactosidasa). Fermentación de azúcares. jsrn. Insecticidas Nisina Ácido L-ascórbico Goma xantana Goma gellan b-galactosidasa Lovastatina Hidrógeno ........ Separación de biomasa y partículas sólidas del medio de fermentación. Purificación del producto obtenido. Proteína Unicelular Proceso Waldhof Viena SAV. Condiciones Suero entero Suero entero Cultivo continuo. Amber. K. marxianus. Suero concentrado y desproteinizado , cultivo continuo. Fromageries. K. marxianus, K. Lactis; C. pintolopessi. Suero desproteinizado , cultivo continuo. Colombian Engeeniering Meeting. jsrn. Proteína Unicelular. Microorganismo C. utilis C. intermedia C. kefir, K. marxianus. jsrn. (glucosa y galactosa). Proceso de producción Fabricación quesera. Desproteinización por UF. Concentración por OI. Tratamiento térmico. Enfriamiento. Sobrenadante. Separación Centrífuga. Fermentación. Secado. Levaduras. Propagación mo. Inyección de oxígeno. jsrn. 11.

(12) 05/2012. Etanol Fabricación quesera. Desproteinización por UF. Concentración por OI. Fermentación. Enfriamiento. Tratamiento térmico. Propagación mo. Separación del mosto etílico. Destilación / Rectificación. Proceso de producción de etanol. jsrn. Aprovechamiento industrial de lactosuero. CONCLUSIONES. Etanol. Conclusiones. Agradecimientos Grupo de Investigación en Ingeniería de los Procesos Agroalimentarios y Biotecnológicos. • No utilizar el lactosuero es el peor error que se puede cometer en la industria láctea • El lactosuero tiene alto poder contaminante, por lo tanto no debe ser desechado, sino utilizado • El lactosuero puede ser aprovechado de diversas maneras, todo está en la imaginación del investigador… jsrn. GIPAB. jsrn. Gracias por su atención…. jsrn. Colombian Engeeniering Meeting. jsrn. 12.

(13) 05/2012. APROVECHAMIENTO INDUSTRIAL DE LACTOSUERO IQ. Juan Sebastián Ramírez-Navas, PhD [email protected] CEM-UNAD Medellín, Colombia 29.05.2012. Colombian Engeeniering Meeting. 13.

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