NUEVAS PERSPECTIVAS ENEL PROBLEMA DEL SUERODE LA LECHE

¿QUE ES EL SUERO DE LA LECHE?

El suero es la solución que queda despuésde separar de la leche la grasa y la caseína.Es un producto secundario en la fabricacióndel queso y en la elaboración de la caseínay derivados, que hasta hace muy poco tiem-po se consideraba como líquido de desecho.

El suero es una solución diluida de proteí-nas, albúmina y globulinas (0,5-0,7 por 100peso/volumen), lactosa (5 por 100) y sales mi-nerales (0,7-1 por 100) en agua. Los 1.400-1.800 millones de litros de suero producidosanualmente en Australia contienen unas 8.000toneladas de proteínas de elevado valor nutri-tivo, 70.000 toneladas de lactosa y una apre-ciable cantidad de compuestos nitrogenados noproteínicos, sales minerales y vitaminas.

En 1970-71, más de la mitad del suero pro-cedía de la fabricación de caseína y el restode las queserías. Mientras que el queso seproduce coagulando leche entera con cuajo,la caseína se obtiene por coagulación de laleche desnatada con ácido clorhídrico. Existendiferencias significativas en la composición; lacaseína contiene una cantidad mucho mayorde calcio y fósforo que los subproductos delqueso.

El suero, subproducto de la fabricación dequeso y caseína, se ha utilizado tradicional-mente como alimento del ganado porcino odesechado como líquido contaminante. Se es-tima que sólo un 3,5 por 100 de los sólidosdel suero producido en Australia en el año1972 se recuperó en forma seca, principalmen-te para su utilización en la alimentación deanimales domésticos. Así se estima que unas8.000 toneladas de proteínas de elevada ca-lidad, 70.000 de lactosa y cantidades impor-tantes de vitaminas y minerales no sólo se

desperdiciaron, sino que causaron graves pro-blemas de contaminación en las ciudades don-de existían fábricas de queso o de caseína.

Aparte de las cuestiones de coste y comer-cialización, los sólidos secos han tenido unuso restringido, debido a su composición des-equilibrada: un contenido relativamente bajode proteínas en relación con los hidratas decarbono (1:6) y un elevado contenido en ce-nizas (10-12 por 100). Por ello, toda amplia-ción importante de su utilización exigiría téc-nicas comercialmente adecuadas para modifi-car la composición del producto primario.

PRIMEROS PROCESOS DE UTILIZACIONDEL SUERO: RESULTADOS POCOESPERANZADORES

A finales de los años 60, el Grupo de Eva-luación de Procesos de la División de Inge-niería Química del CSIRO, en Clayton, Victo-ria, revisó los procesos de utilización del sue-ro entonces aplicados que pudieran ser via-bles en las condiciones de Australia. Entreellos se incluían la producción de alimentospara el ganado por métodos basados en la fer-mentación por levaduras, electrodiálisis parareducir el contenido de sal antes de la eva-poración y desecado por pulverización, eva-poración directa y secado por pulverización,y un proceso de fermentación bacteriana paraproducir ácido láctico.

Una importante conclusión de estos estudiosfue el efecto significativo de las variacionesestacionales en la producción total de sueroy de la escala de operaciones sobre la econo-mía del proceso de fabricación. En los cuatroprocedimientos que se estudiaron, el coste portonelada de producto disminuía más de la mi-

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tad cuando la producción aumentaba de 3.000a 14.000 litros por hora.

Tras detallados estudios sobre coste y comer-cialización, el grupo llegó a la conclusión deque los mercados potenciales de Australia pa-ra los cuatro productos resultantes eran bas-tante pequeños en relación con los grandesvolúmenes de suero disponible. Además, losalimentos para ganado y aves basados en elsuero tendrían que competir con productos yaexistentes de bajo precio. El suero sometidoa electrodiálisis y suero en polvo desecadopor pulverización para consumo humano (conla mitad del valor alimenticio de la leche des-natada en polvo) no podrían competir en pre-dos con los productos lácteos existentes. Enlas condiciones económicas de 1968, los cos-tes de producción estimados para los cuatroproductos superaban los precios del mercado.

APRECIACION DEL PROBLEMA

A instancia de la Asociación para la Uti-lización del Suero, recientemente creada, ungrupo de trabajo revisó las cifras de produc-ción de suero, los costes y el exceso estado-nal de la capacidad de desecado por pulve-rización de las fábricas del grupo. El estudioreveló que el 42 por 100 del suero producidoera utilizado en la alimentación del ganadoporcino, el 18,5 por 100 se distribuía por as-persión sobre pastos y el 40 por 100 arrojadoen eriales o en los ríos o tratado en las ins-talaciones de depuración de aguas residuales.

Los primeros estudios habían demostradoque se necesitaba operar a gran escala paraasegurar una utilización rentable del suero.Se analizaron los datos de transporte obteni-dos en la encuesta para identificar la localiza-ción óptima de las plantas centrales de ela-boración de los tres distritos lecheros más im-portantes de Victoria.

EL GRAVE PROBLEMADE LA CONTAMINAC1ON

El vertido del suero es el principal proble-ma de contaminación que tiene que afrontar!a industria láctea australiana. El secretario delInstituto Australiano de Directores y Secretanos de Centrales Lecheras, dijo en 1972 que«es de prever que en el futuro todas las cen-trales que no hayan encontrado una solución,

tendrán que cerrar sus puertas o fabricar unproducto (lácteo) en el que no se obtengasuero».

Algunos factores han contribuido a agravarel problema de la contaminación por suero.La cantidad que se producía hace veinte añosera insignificante en comparación con la dehoy. Además se obtenía en pequeñas fábri-cas situadas generalmente en las afueras deciudades pequeñas, donde podía fácilmenteconvertirse en desecho. Con el aumento dela urbanización y la concentración de fábri-cas en grandes unidades, el suero ha llegadoa ser un agente contaminante grave en algunaszonas.

La principal objeción a su vertido en losríos y en las instalaciones de tratamiento deaguas residuales es que se produce una ele-vada demanda biológica de oxígeno por lasproteínas e hidratos de carbono que contie-ne. Cada 4.500 litros de suero descargados enun río necesitan para su oxidación el oxíge-no disuelto en 20 millones de litros de agua.La contaminación potencial del suero es cienveces mayor que la del aguas residuales ur-banas.

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En 1970-71, la producción de suero en Aus-tralia alcanzó los 1.600 millones de litros. Lacantidad de materia orgánica contenida en esteenorme volumen de líquido tiene una capa-cidad de contaminación igual a la de las aguasresiduales de origen doméstico de una ciudadde dos millones de habitantes. El material pu-trescible de 118.000 litros de suero diarios esequivalente al de una ciudad de 60.000 habi-tantes. El efluente de una fábrica de queso ocaseína que no pueda utilizar el suero queobtiene puede ser mayor que el de la ciudaden la que dicha fábrica está situada.

UNA PROMESA: LA NUEVA TECNOLOGIADE MEMBRANAS

Entre tanto, el desarrollo de procedimientosbasados en sistemas de membranas para la se-paración de los materiales disueltos en solu-ciones muy diluidas (sobre todo para la de-salinización del agua) ha experimentado ungran avance y parece que ofrece una nue-va perspectiva para el desarrollo de méto-dos, económicamente aceptables, de recupe-ración de los componentes sólidos del sue-ro. El Grupo de Ingeniería Química comenzóinvestigando la utilización de la ósmosis in-versa. Posteriormente, un procedimiento rela-cionado con el anterior, conocido como ultra-filtración, pareció cobrar importancia como mé-todo potencial de elaboración.

En 1969 se comenzó a investigar sobre lasposibles aplicaciones de los procedimientos conmembranas en el tratamiento del suero en laDivisión de Ingeniería Química del CSIRO.Los primeros intentos de concentrar las pro-teínas en el suero por ultrafiltración no tuvie-ron mucho éxito, porque el grado de despla-zamiento a través de la membrana descendíabruscamente cuando aumentaba la concentra-ción.

Se observó que el bloqueo de la membranaera mucho mayor con el suero de la caseínaque con el del queso. Se vio que, al deposi-tarse determinados componentes del suero enla superficie de la membrana, se formaba unasegunda barrera membranosa que disminuíael grado de permeabilidad. El componente máspernicioso del suero fue identificado, resul-tando ser una fracción de proteína que seguíasiendo soluble en el punto isoeléctrico de lacaseína. Se le denominó «caseína I-S».

El equipo del laboratorio observó que el es-tado de agregación de la caseína I-S podía au-mentar si se variaban los niveles de calcio,pH y la intensidad y duración del calenta-miento antes de la ultrafiltración. Cuando es-taba suficientemente agregada, la caseína I-Sdejaba de ser un grave problema. Los ensa-yos en una instalación semicomercial demos-traron que podían mantenerse una permeabi-lidad, tanto del suero de la caseína como delqueso, cuando se les sometía a tratamientosprevios adecuados. Pero el éxito del procedi-miento depende de la limpieza periódica dela membrana. Con este objeto se está investi-gando el uso de detergentes enzimáticos. Dehecho, se ha conseguido ya un detergente efi-caz, compuesto por materiales que pueden ad-quirirse localmente.

En el extranjero se habían fabricado algu-nos tipos de membranas y de módulos de sus-tentación para otros fines y se utilizaron co-mercialmente. Se realizaron una serie de en-sayos con membranas de acetato de celulosao copolímeros con diversas estructuras molecu-lares.

Aunque el bloqueo cle la membrana con lacaseína I-S puede reducirse mucho con untratamiento previo, se produjeron otros tiposde bloqueo, que fueron reducidos al mínimodiseñando bien la instalación. Son esencialeselevadas velocidades y/o turbulencia en la su-perficie de la membrana, y los fabricantes hanideado diversos medios de conseguirlo.

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Los ensayos no mostraron ninguna diferen-cia importante en el funcionamiento generalde la mayoría de los módulos comerciales es-tudiados, aunque la velocidad de paso de di-versos componentes del suero a través de lasmembranas (grado de permeabilidad), variabasignificativamente. Una unidad de ultrafiltra-ción ideal dejaría pasar a través de la mem-brana todos los componentes del suero, ex-cepto las proteínas y grasas. Así, en un suerocon un contenido de un 6 por 100 de sólidos(de los cuales un 10 por 100 son proteínas),la eliminación de dos tercios de agua y só-lidos distintos de las proteínas elevaría en un25 por 100 el nivel de proteínas en el residuosólido. Se podría obtener un concentrado conun 50 por 100 de proteínas aumentando elfactor de concentración de 3:1 a 10:1. Sin em-bargo, todavía se tardará en conseguir en lainstalación de ultrafiltración una mayor con-centración máxima y un nivel más elevadode proteínas.

Teniendo en cuenta tanto los factores eco-nómicos como la utilización al máximo de lossólidos del suero, el ideal sería un concentra-do que contuviera un 25-30 por 100 de pro-teínas.

Probablemente este producto sería adecuadopara la alimentación del ganado, lo que de-muestra la utilidad de la primera fase de unprograma de explotación comercial.

La investigación y desarrollo requeridos pa-ra poner en marcha un proceso viable desdeel punto de vista comercial superaba los me-dios financieros y técnicos de cualquier orga-nismo. Por ello, se unieron diversos grupospara continuar los estudios.

Los investigadores necesitaban tener accesoa las instalaciones comerciales para compro-bar los datos obtenidos en las pruebas pilotode diversas membranas y módulos. Fueronayudados por la Whey Products Australia Li-mited (WPAL), que dispuso que se instalarantres tipos de instalaciones de ultrafiltración enla fábrica Cororooke de la Colac Dairing Com-pany. Los resultados de las pruebas en estasinstalaciones fueron satisfactorios.

PRUEBAS DE ALIMENTACIONDE TERNEROS

El concentrado de proteínas de suero pro-ducido en Colac era de un tipo adecuado pa-ra la nutrición animal y, tras consultar con el

Ministerio de Agricultura, se decidió compro-bar sus posibilidades como componentes desustitutivos de la leche para terneros en laEstación Experimental de Ellinbank. Había ne-cesidad de estas investigaciones porque losdatos existentes respecto a los méritos de lossólidos séricos como sustitutivos de la lechedescremada en la alimentación de terneros eranconflictivos.

Se compararon varios sustitutivos comercia-les de leche para terneros con base de lechedesnatada con una serie de mezclas experi-mentales. En estas mezclas, un 35-50-100 por100 de sus proteínas procedían de un concen-trado de proteínas séricas en el que la razónde proteína a lactosa y sales minerales se ha-bía incrementado por ultrafiltración. El aumen-to de peso al destete fue similar con los susti-tuivos experimentales y con los comerciales.La diarrea fue similar en todos los grupos yno hubo pruebas de choque anafiláctico comoresultado de la sustitución de la globulina yla albúmina en vez de proteínas dominantesen la leche desnatada. El producto más prác-tico parecía ser una mezcla al 50 por 100 deleche desnatada y concentrado de suero decaseína, con los niveles proteínicos ajustadosa un 24 por 100, aproximadamente, óptimopara la cría de terneros.

A las pruebas de Ellinbank, coronadas porel éxito, siguieron otras del producto propues-to en 16 explotaciones de varios distritos le-cheros de Victoria. Los ganaderos informaronque los terneros criados con una mezcla al50 por 100 de leche desnatada y suero teníanigual evolución que los alimentados con lecheo sustitutivos comerciales.

La ultrafiltración y la ósmosis inversa sonsimilares en principio y ambas pueden desem-peñar un posible papel en la utilización o eli-minación del suero. La ósmosis inversa puedeutilizarse para concentrar suero con el fin dereducir el coste de transporte a las instalacio-nes centrales de fabricación, y también paraconcentrar lactosa y otras sustancias nutritivasque pasan el filtrado durante la ultrafiltración.Utilizando membranas de espesor medio sepuede eliminar de un 20 a un 60 por 100 dediversas sales o ácidos residuales durante laósmosis inversa. Este tratamiento previo me-jora la calidad del producto final, sobre todopara la alimentación humana, y ofrece tam-bién ciertas ventajas de fabricación. Se con-tinúa investigando en este sentido.

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Concentración de todo.los solubles)

;PROTEINALACTOSASALES

(Concentraclo» del'encina so1,1)

:PROTEINAA••

PRES/ON

F§bTEIN.A.:LACTOSASALES

1RO AGUA SUERO At)l l SUERO solución

El desarrollo de la separación diferencial,por medio de membrana, de los sólidos séricosha modificado completamente la perspectiva deutilización de productos del suero en la ali-Li2ntación de hombres y animales. El elevadocontenido en minerales, cuya utilización harestringido su uso a gran escala, no suponeya un impedimento y la serie de membranasy otros avances de la ingeniería desarrolladosen los últimos años han dado una nueva fle-xibilidad al proceso de aprovechamiento delsuero y han abierto camino a la elaboraciónde productos con una serie de compuestosadaptados a mercados potencialmente muy am-plios, tanto nacionales como extranjeros.

Actualmente, la explotación comercial delconcentrado de proteínas de suero está en unafase muy avanzada de desarrollo y el usodel concentrado CO()m componente principalde los sustitutivos de leche para terneros su-pone una salida potencial, sólo en Australia,de cantidades de suero considerables que aho-ra se desperdician. Además, se podría lle-gar en un futuro a la producción comercialde concentrados mejores que encontrarían unmercado seguro en una amplia gama de ali-mentos para el hombre. El Laboratorio de In-vestigaciones del CSIRO tiene en estudio lasposibilidades de diversos productos de sueroen bebidas carbónicas y zumos de frutos y enproductos de panadería, así como la utilizaciónde proteínas séricas para reforzar la leche con-densada.

Se han planificado ulteriores investigacionessobre los productos de fermentación del sue-ro. Quizá sea posible mejorar la economía dela producción de levaduras por medio de latecnología de la membrana. Por este mismoprocedimiento se podrían completar las pri-meras investigaciones que dieron como resul-tado el desarrollo de un nuevo y mejor pro-ceso de fabricación del «quarg», queso blandomuy popular en Europa. El producto modifi-cado lleva incorporados sólidos de suero, ade-más de la leche desnatada, constituyente nor-mal de dicho queso.

En cooperación con el Instituto GilbertChandler, se está desarrollando un procesode fabricación de yogur más económico, enel que la mitad de la leche desnatada en pol-vo utilizada para fabricar este producto essustituida por un concentrado de suero. Entre

otros proyectos basados en la tecnología re-cientemente desarrollada se incluyen la fabri-cación de leche en polvo de uso especial, decalidad uniforme, así como la reducción delcontenido en lactosa de la leche desnatada enla fabricación de quesos. Los científicos dedi-cados a la investigación de productos lácteoscreen que estas nuevas técnicas podrían teneruna influencia decisiva sobre muchos otros as-pectos de la elaboración de la leche y que,en última instancia, sus aplicaciones desborda-rán el campo de la utilización del suero.

OSMOSIS INVERSA Y ULTRAFILTRACION

Cuando una solución como el suero estáseparada del agua por una membrana semi-permeable, el agua entrará en el suero comorespuesta a la presión osmótica ejercida porlos diversos materiales disueltos. Pero si al sue-ro se le aplica suficiente presión para que su-pere la osmótica, el agua pasará en direccióninversa (desde el suero, a través de la mem-brana, hasta el agua) y el suero se concen-trará por este proceso, conocido como ósmo-sis inversa.

Esquemas de ósmosis y ultra filtración.

La ultrafiltración es un proceso muy pare-cido. Por medio de una membrana más «abier-ta» o «gruesa» se puede regular el tamaño delas partículas que pasan a través de ella. Enel caso del suero, el objetivo es retener las pro-teínas y permitir el paso de compuestos conmoléculas más pequeñas, como sales minera-les y lactosa. Hay que aplicar mucha menospresión a una membrana gruesa.

(Rural Research CSIRO. Australia, junio 1974)

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