Valorización de sueros lácteos.

1.    Origen

El lactosuero, suero lácteo o suero de queso es el líquido que se separa de la leche cuando ésta se coagula para la obtención del queso, son todos los componentes de la leche que no se integran en la coagulación de la caseína. Se estima que a partir de 10 litros de leche de vaca se puede producir de 1 a 2 kg de queso y un promedio de 8 a 9 kg de suero. Al representar cerca del 90% del volumen de la leche, contiene la mayor parte de los compuestos hidrosolubles de ésta, el 95% de lactosa (azúcar de la leche), el 25% de las proteínas y el 8% de la materia grasa de la leche.  Su composición varía dependiendo del origen de la leche y el tipo de queso elaborado, pero en general el contenido aproximado es de 93.1% de agua, 4.9% de lactosa, 0.9% de proteína cruda, 0.6% de cenizas (minerales), 0.3% de grasa, 0.2% de ácido láctico y vitaminas hidrosolubles. Cerca del 70% de la proteína cruda que se encuentra en el suero corresponde a proteínas con un valor nutritivo superior al de la caseína, como son α-lactoglobulina, β-lactoglobulina, inmunoglobulinas, proteosa-peptonas y enzimas nativas. De acuerdo a su acidez, el suero se divide en dulce (pH mayor de 8), medio ácido (pH 5-5.8) y ácido (pH menor a 5) (Valencia & Ramírez, 2009).

2. Problemática

El suero producido en México es de cerca de 1 millón de toneladas y contiene 50 mil toneladas de lactosa y 5 mil toneladas de proteína verdadera. A pesar de esta riqueza nutricional, potencialmente utilizable, el 47% de lactosuero es descargado al drenaje y llega a ríos y suelos, causando un problema serio de contaminación. La descarga continua de suero en estos ecosistemas altera sus propiedades fisicoquímicas. En el caso de los suelos, disminuye el rendimiento de las cosechas, pero además se observa el fenómeno de lixiviación. Este fenómeno se presenta porque el lactosuero contiene nitrógeno soluble en agua, el cual es arrastrado a través de diversas capas llegando hasta los mantos freáticos y convirtiéndose en un peligro para la salud de los animales y humanos. Una industria quesera media que produzca diariamente 40,000 litros de suero sin depurar genera una contaminación diaria similar a una población de 1,250,000 habitantes. Por ello es importante que las industrias lácteas utilicen el lactosuero con el fin de no contaminar el ambiente (Valencia & Ramírez, 2009).

Las propiedades fisicoquímicas del lactosuero dependerán de diversos factores, entre los que destaca su origen y sus condiciones de almacenamiento. En lo que respecta a su origen el lactosuero se divide en dos, como se mencionó anteriormente, en suero dulce y suero ácido. El suero ácido proviene de  procesos de producción de quesos de pasta hilada como el Asadero, Oaxaca y Mozzarela, y de los quesos Madurados, como Chihuahua y Manchego, principalmente; en cambio, el suero dulce proviene de los procesos de producción de quesos frescos como el Ranchero, Cotija, Sierra, Panela, Doble Crema, etc. Un factor muy importante es la temperatura de almacenamiento del suero, puesto que ha temperaturas mayores a los 4°C la actividad microbiana provoca que el suero se fermente y consecuentemente se acidifique más. Estas propiedades fisicoquímicas (pH y temperatura) del suero nos permiten valorizarlo para determinados procesos, sin embargo, el suero dulce resulta ser un subproducto altamente valorizable, debido a la variedad de productos que se pueden obtener con su ayuda. En cambio el suero ácido es mucho más difícil de aprovechar y se convierte en un problema medioambietal si se arroja a un cuerpo receptor sin previo tratamiento (Medio Ambiente Capacitación y Consultoría, 2002). 

Se realizó un estudio en el 2002 por Medio Ambiente Capacitación y Consultoría en el estado de Guanajuato (México), donde se monitorearon 100 empresas dedicadas a la elaboración de productos lácteos. De dicho estudio se estimó que las cantidades de suero ácido producidos en el corredor Industrial ascienden a la cantidad de 329, 276 litros diarios  y de suero dulce a 150,777 litros diarios. Lo que indica que el 68% del suero producido es ácido y consecuentemente es difícil su valorización en la región donde se realizó el estudio, esto debido al alto volumen generado y a las pocas alternativas de valorización existentes en el sitio de estudio.

3. Valorización

El manejo y el uso que pueda darse al suero dependen de sus características fisicoquímicas Dentro de ellas quizá la más importante sea el potencial de hidrógeno llamado pH, si bien no es el único parámetro que interesa para tener una idea del destino que pudiera darse al suero lácteo, si es el más significativo y su importancia se refleja incluso en la clasificación que se hace del suero dependiendo de la acidez que presenta.

Dentro de los parámetros que son de interés para caracterizar al lactosuero, además del antes mencionado se encuentra:

·         Temperatura

·         Sólidos Totales Fijos o también llamados cenizas (fracción mineral)

·         Sólidos Totales Volátiles también conocidos como fracción orgánica.

3.1 Riego agrícola

Uno de los destinos que se da al suero es para riego, ya sea riego agrícola  o bien para riego de áreas verdes.

Por ejemplo, en Nueva Zelanda, la irrigación (por aspersión) de tierras para pastura con lactosuero ha sido un método exitoso para disponer del exceso de este material. El lactosuero se aplica a razón de 110 – 125 litros por hectárea, por día (Radford et al., 1986). Este es un ejemplo de una situación ganar - ganar: los agricultores reciben un buen reemplazo de fertilizante a bajo costo y los queseros aumentan su rentabilidad al vender el lactosuero y no contaminar el medio ambiente. Desde luego, es probable que el agricultor y el quesero sean la misma persona.

Cien litros de lactosuero de quesería contienen alrededor de 150 gramos de nitrógeno, 33 gramos de fósforo inorgánico, 150 gramos de potasio, 14 gramos de azufre, 50 gramos de calcio y 55 gramos de sodio. Es importante que el lactosuero empleado en esta aplicación sea lactosuero dulce de quesería; es decir, aquél que no haya desarrollado acidez en exceso y que no contenga sal. En términos prácticos, lo que esto significa es que se debe usar lactosuero fresco, o lactosuero enfriado rápidamente para minimizar el desarrollo de acidez. (Medio Ambiente Capacitación y Consultoría, 2002)

3.2 Alimento para ganado

Tradicionalmente el lactosuero se ha destinado directamente para la alimentación del ganado, principalmente ganado porcino, ya que 12 kg de suero lácteo equivale aproximadamente a 1 kg de cebada (A. Fernández y M. Díaz, 1995). Sin embargo, el alto contenido en lactosa del lactosuero puede provocar problemas digestivos en determinados animales debido a la falta de lactasa (enzima que permite la hidrólisis de la lactosa). Este es el caso de terneros jóvenes, donde se presenta este problema si cuentan con un exceso de lactosa en la dieta. Por otro lado, el lactosuero presenta un bajo contenido en sustancias nitrogenadas, por lo que su empleo en cantidades excesivas en la alimentación animal puede provocar desequilibrios nutritivos. Por esta razón es recomendable un estudio adecuado de la dieta con un aporte en la ración de cereales, correctores y alimentos concentrados para suplir estas deficiencias.

3.3 Producción de derivados lácteos

El suero puede ser destinado a la producción de Requesón, de Quesos Análogos,  de Cremas Vegetales o como materia prima en la elaboración de aderezos.

La elaboración de requesón, en términos sencillos, consiste  básicamente de recuperar la mayor cantidad posible de la proteína en el lactosuero y de diseñar cuidadosamente el pH y el contenido de humedad y de calcio en el producto terminado.

El mecanismo principal para la elaboración de requesones es la desnaturalización controlada de las proteínas en el lactosuero. Sin embargo, el reto no es trivial pues el producto debe tener ciertos atributos específicos, sensoriales y de textura, esperados por los consumidores.

3.4 Elaboración de bebidas o fórmulas lácteas 

Las bebidas o fórmulas lácteas son bebidas nutricionales análogas de leche, ideales para programas gubernamentales, que se pueden elaborar a base de lactosueros no salados. El contenido de proteína de las bebidas lácteas nutricionales debería ser el mismo de la leche, ~30 g/l, pero su contenido de materia grasa puede variar dentro del rango entre 1 y 33 g/l, como lo es en las leches descremadas, semidescremadas y enteras, siendo estas consideraciones de diseño más bien un reflejo de los propósitos y las estrategias de dichos programas.

El procedimiento consiste en filtrar el lactosuero para eliminar partículas pequeñas de queso, diluirlo ~ 1:1 (una parte de lactosuero en una parte de agua purificada), añadir alrededor de 8 % de azúcar (8 Kg de azúcar por cada 100 Kg de bebida), añadir jugo de alguna fruta localmente disponible (limón de distintas variedades, naranja, toronja, maracuyá, mora, piña, mango, etc., solos o en combinación) en cantidad de 10 % o más, pasteurizar la bebida de la manera usual y envasarla caliente (a temperaturas no menores de 70°C) en un recipiente de plástico o de vidrio, previamente higienizado, que tenga tapa hermética, de preferencia a base de rosca.

De esta manera, por cada 100 litros de lactosuero residual, se obtendrán por lo menos 250 litros de bebida refrescante. En este caso se puede considerar el uso de un conservador, en particular si la cadena comercial no garantiza que la bebida estará siempre en refrigeración a temperatura no mayor de 4 °C. Puesto que el lactosuero residual tiene un pH cercano a 5.5 y los jugos son de frutas ácidas, el conservador adecuado es el benzoato de sodio y la dosificación máxima es de 0.1 % (100 g de benzoato de sodio por cada 100 Kg de bebida). Es importante recordar que la función de un conservador es conservar una buena calidad que ya existe, pero no la puede mejorar. En otras palabras, además de usar el conservador, sigue siendo esencial usar buenas prácticas de manufactura (BPM).

3.5 Elaboración de “Quesos” tipo Mysost

 

Los “quesos” tipo Mysost son productos comerciales de origen escandinavo, que tienen las ventajas de usar todos los sólidos del lactosuero y de que su procesamiento no requiere grandes inversiones. Su tecnología de producción es esencialmente un proceso de concentración de sólidos, casi idéntica a la de fabricación de dulce de leche. De hecho, los productos tienen el color del dulce de leche, debido a las reacciones de oscurecimiento no enzimático y pueden ser formulados con textura para cortar

El primer paso consiste en concentrar la mezcla de ingredientes a 50 % - 55 % de sólidos en un evaporador convencional como los usados para evaporar leche o lactosuero. La  concentración final se hace en forma intermitente en marmitas o cocinadoras equipadas con agitador, como las usadas en la industria de los dulces de leche. Para afinar la textura, el color y el sabor a caramelo, la pasta se calienta a cerca de 110ºC durante varios minutos en un intercambiador de calor de superficie raspada tipo “Votator”, para evitar “arenosidad” en la textura, debida a lactosa cristalizada durante el tiempo del producto en el anaquel. Para esto, es importante que más del 90 % de los cristales de lactosa sean menores de 50 micras (Jelen y Buchheim, 1976; Wilson, 1981).

3.6 Levadura para panadería a partir de lactosuero

Investigadores del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA) de Valencia, perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han desarrollado una estirpe de levadura de panadería con propiedades nutritivas especiales aprovechando la sustancia acuosa de la leche, conocida como lactosuero, que se genera en la fabricación del queso. Con este proceso los científicos del IATA pretenden dar salida a los grandes volúmenes de lactosuero que genera la industria láctea. (agosto, 2000).

De la capacidad de asimilar lactosa, inconveniente que existía hasta el momento, introduciendo dos genes de otra levadura de procedencia genética próxima: la Kluyveromyces lactis.

En los ensayos de panificación realizados, las propiedades de la estirpe desarrollada han resultado ser comparables a las de estirpes comerciales utilizadas habitualmente por la industria panadera. Al mismo tiempo, la estirpe construida carece de material genético de procedencia distinta a la de los dos genes utilizados en el proceso, con lo que se asegura el cumplimiento de los requisitos exigidos habitualmente por las comisiones de bioseguridad para aprobar su uso en la industria alimentaria.

Con los resultados obtenidos, los científicos del CSIC, han logrado aprovechar un subproducto hasta ahora inservible, como es el lactosuero, para producir levadura a escala industrial de un modo limpio y económico. Además, esta sustancia acuosa es una excelente alternativa a la melaza procedente de la cristalización de azúcar de caña o de remolacha que era empleada hasta ahora por el sector panadero para tal fin haciendo uso de tecnologías que generaban residuos nocivos.

3.7 Elaboración de complementos para deportistas

La leche tiene un 6.25 % de proteínas de las cuales el 20% corresponden al suero y el 80 % al

caseinato. Hasta hace relativamente poco tiempo, el suero estaba considerado como producto de deshecho, pero actualmente, se sabe que tiene un enorme Valor Biológico (VB), además de contener una cantidad de lactosa muy reducida. Esto último es muy importante debido a la cantidad de adultos que sufren de intolerancia a la lactosa. Una dosis habitual de PROTEINA DE SUERO (aprox. 18 gr), contiene alrededor de 1 gr de lactosa, lo que equivale a la cantidad de lactosa que se encuentra en 1/8 de una taza de leche. Esto evitara desordenes gastrointestinales a individuos sensibles a la lactosa.

FUNCIONES DE LA PROTEÍNA DE SUERO:

• PROTECTOR DEL TEJIDO MUSCULAR. Decimos que tiene un elevado Valor Biológico, esto se debe, a que contiene una alta concentración de aminoácidos esenciales. La mayoría de ellos corresponden a BCAA´s (Aminoácidos de Cadena Ramificada) destinados a favorecer el crecimiento muscular y evitar el catabolismo tisular (de tissue, o tejido en inglés) provocado por situaciones de estrés como puede ser un ejercicio de alta intensidad. Los BCAA´s suprimen la

proteolisis (ruptura de proteínas), además de ser una fuente energética metabólica para el músculo y otros tejidos debido a que intervienen en el ciclo de la alanina. No hay otra proteína que proporciona mayor cantidad de BCAA´s que la de suero.

• PROTECTOR DEL SISTEMA INMUNOLOGICO. La proteína de suero es una importante fuente de inmunoglobulinas, que son conocidas por sus efectos inmuno protector (actúan como anticuerpos frente a microorganismos y sustancias extrañas al organismo). Además, el suero de leche es rico en grupos de glutamilcisterina y otros compuestos de cisterina de los cuales ayudan a la producción de glutation, que a su vez es necesario para la proliferación de linfocitos (un tipo de células blancas sanguíneas cuya función es intervenir en la respuesta inmune).

• FUNCIÓN ANTIOXIDANTE. La proteína de suero tiene una significante acción antioxidante debido a que elimina los compuestos que provocan la oxidación de lípidos. La mayoría de los antioxidantes que se encuentran en el suero están presentes en fracciones de bajo peso molecular de la proteína y son solubles al agua. Es altamente absorbible y fácilmente digestible; a diferencia de la caseína, el suero toma una ruta rápida de digestión ya que al tener una estructura más soluble, no necesita una degradación en él estomago sino que se dirige directamente al intestino delgado, siendo allí donde se descompone. Como modo de empleo podemos decir que se debe tomar después del entrenamiento, ya que es el momento cuando el organismo se encuentra más receptivo hacia los nutrientes ingeridos y una ausencia de aminoácidos podría disminuir la capacidad de recuperarse y de aumentar la síntesis proteica

3.8 Suero en polvo

El suero convertido en el polvo puede incorporarse en la producción de muchos productos alimenticios.

El polvo del suero es producido esencialmente por el mismo método que se usa para hacer leche en polvo. La ósmosis inversa puede usarse para concentrar parcialmente el suero con una previa evaporación al vacío. Antes de que el suero se concentre en un secador de rocío (spray), la cristalización de la lactosa es inducida para decrecer la higroscopicidad. Esto es complementado por enfriamiento rápido en enfriadores flash después de la evaporación. La cristalización continúa en los tanques agitadores durante 4 a 24 hs. Puede usarse una cama fluidizada para producir las aglomerados de partículas grandes de libre-fluido, no- higroscópicas, y sin características de endurecimiento.

El suero una vez deshidratado y convertido a polvo, es usado en muchos procesos de elaboración de productos alimenticios para consumo humano, como el caso de las fórmulas lácteas para bebés libres de lactosa por la intolerancia a la misma, se usa como base para la formulación de helados, y para la preparación de algunos dulces, así como para la elaboración de quesos en polvo con sabores, la preparación de bebidas isotónicas para deportistas y concentrados de proteína en polvo como complemento alimenticio, etc.

3.9 Obtención de fracciones del lactosuero

Tradicionalmente, el aprovechamiento industrial del lactosuero se ha basado en la recuperación de las fracciones con mayor interés desde el punto de vista industrial, principalmente proteínas y lactosa.

La instalación de una planta de recuperación de fracciones del lactosuero es una alternativa viable en el caso de industrias grandes con volúmenes elevados de lactosuero, ya que para industrias de dimensiones pequeñas supone un elevado coste económico.

La desmineralización del lactosuero no presenta un interés particular pero permite aumentar las posibilidades de aprovechamiento de las fracciones obtenidas.

a) Obtención de proteínas

El lactosuero contiene de media un 0,8% de proteínas, lo que supone entre el 15-22% de la cantidad total de las proteínas de la leche. También contiene un residuo variable de aglomerados de caseína que pasan al suero en el proceso de separación de la leche en cuajada y lactosuero.

La recuperación de estas proteínas tiene interés por las posibilidades de reintegrarlas en el propio proceso de producción de queso o para su utilización en otros procesos industriales (panificación, pastelería, elaboración de alimentos dietéticos o en la preparación de productos farmacéuticos).

Una tercera opción de aprovechamiento de las proteínas es su separación y purificación.

De este modo, se consiguen proteínas puras con un valor comercial más elevado.

b) Obtención de lactosa

La lactosa es el componente más abundante del suero. Las características de la lactosa permiten su utilización en productos farmacéuticos (como excipiente) y dietéticos (como edulcorante).

Además la lactosa puede servir como sustrato para una gran variedad de microorganismos por lo que se emplea por ejemplo en la producción de penicilina y otros antibióticos.

3.10 Tratamiento anaerobio de lactosuero

El tratamiento anaerobio del lactosuero consigue buenos rendimientos de depuración en la eliminación de grandes cantidades de materia orgánica, con la ventaja de no tener que suministrar energía de aireación. Además se produce metano que puede recuperarse como combustible.

En función de los caudales y de la concentración de materia orgánica de la corriente residual, la energía que se puede obtener mediante la combustión del biogás producido puede ser superior a las necesidades de energía del digestor. De este modo se obtiene un excedente de gas que puede utilizarse como combustible en la instalación.

3.11 Tratamiento aeróbico de lactosuero 

El tratamiento aeróbico del suero, incluso del suero ácido de pH de 3 a 5, ha demostrado ser efectivo si se compostea en conjunto con otro tipo de residuos agroindustriales de más fácil degradación; tales como la cascara de plátano o el estiércol.   

Bibliografía

Buhigas, A. B., & Jiménez, A. A. (2010). Sistema biodigestor para el tratamiento de desechos orgánicos. Universidad Carlos III de Madrid. Nicaragua.

Centro de Actividad Regional para la Poducción Limpia. (2002). Prevención de la Contaminación en la Industria Láctea. Barcelona, España.

Medio Ambiente Capacitación y Consultoría. (2002). Diagnóstico de la Producción de Suero en las Empresas Productoras de Lácteos en el Estado de Guanajuato. Irapuato, Guanajuato.

Valencia, E., & Ramírez, M. L. (2009). La Industria de la Leche y la Contaminación del Agua. Elementos(73), 27-31.