TEMA: LA LACTOSA: DEFINICIÓN, OBTENCIÓN Y UTILIZACIÓN DE LA LACTOSA.

SUERO DE QUESERÍA. UTILIZACIÓN DEL SUERO DE QUESERÍA. JARABES DE SUERO

Lactosa: Definición:•

La lactosa es un glúcido libre que existe en cantidad importante en todas las leches; es también el componentemás abundante, el más simple y el más constante de proporción. Si se considera la leche de las principalesespecies de mamíferos, de los que se posee un número suficiente de análisis y si se tiene en cuenta elcontenido en lactosa de la leche desnatada, se aprecia que las variaciones son limitadas, menos de dos vecesentre una leche pobre en lactosa, como la de la ballena, y una leche rica como la humana(mientras que elcontenido en materia grasa varía más de 30 veces). Por consiguiente, existe una relativa constancia de lasecreción de lactosa entre las especies, lo que hace pensar que el proceso enzimático implicado en la síntesises similar en especies muy diversas.

La lactosa predomina ampliamente en la leche de numerosas especies, especialmente en la leche humana.675g/l, o sea, más de la mitad del extracto seco.

Es el componente más abundante de la leche de vaca y de cabra. La primera corrección que se hace a la lechede vaca para semejarla a la leche humana, es la adición

de azúcar.

La leche en algunos animales contiene poca lactosa, hasta el presente solamente se conoce una especie cuyaleche no contiene lactosa, el león de mar de California.

La sangre contiene glucosa, pero no lactosa. (se pueden determinar pequeñas cantidades en la sangre de lavaca en el curso de la lactación). Excepto en la leche, la lactosa es un azúcar muy raro en la naturaleza. Hemosvisto que se sintetiza en la mama a partir de la glucosa sanguínea y, en los rumiantes también a partir deácidos volátiles

producidos en el rumen.

La lactosa parece ser el factor que limita la producción de leche; es decir, que la cantidad de leche producidadepende de las posibilidades de síntesis de la lactosa en la mama; es el elemento soluble más abundante y suactividad osmótica global es mucho más elevada que la de los otros componentes.

Desde el punto de vista biológico, la lactosa se distingue de los azúcares comunes, por su estabilidad en elcircuito alimentario. Las enzimas específicas que aseguran la hidrólisis de la lactosa y la desmólisis de lagalactosa son o poco abundantes o poco activas. La lactosa no es simplemente un glúcido energético para losseres humanos y para numerosos animales, la lactosa es, en la práctica la única fuente de galactosa que es uncomponente de los tejidos nerviosos.

La lactosa es el componente de la leche más débil frente a la acción microbiana. La leche es fácilmente presade bacterias de diversos tipos, que transforman la lactosa en ácido láctico y en otros ácidos alifáticos;transformación a veces nociva y frecuentemente muy útil.

En la leche de vaca el contenido de lactosa varía poco, entre 48−50 g/l. El factor más importante de lavariación es la infección de la mama, que reduce la secreción de lactosa. Debido a la regulación osmótica, elcontenido en lactosa de la leche es aproximadamente inversamente proporcional al contenido de sales.

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Ciencia de la leche Ed. Reverté

Obtención de la lactosa:•

El proceso de obtención de lactosa parte de la materia prima suero de queso, el que ya ha sido higienizado,desnatado, pasteurizado y enfriado. El mismo se recibe en la planta de Lactosa y Proteínas de Suero.

Dentro de la planta procesadora es sometido a una etapa de Ultrafiltración en equipos de membranas enespiral separando el Concentrados de Proteínas de Suero del Permeado de Suero que será la materia primapara obtener Lactosa.

El Permeado de Ultrafiltración es sometido a un proceso de refinación y concentración por medio delEvaporador Falling Film múltiple efecto para facilitar la posterior etapa de cristalización.

En el paso siguiente, el Permeado Concentrado es sometido a un proceso de enfriado programado con elobjetivo de lograr la formación de cristales de lactosa de tamaño homogéneo.

La masa de cristales en suspensión es sometida a separación centrífuga para luego ser descargada en unaSecadero de Lecho Fluidificado.

Una vez que se ha obtenido el cristal de Lactosa Refinada, es sometido a una etapa de molienda para obtenerun polvo fino con tamaño de partículas mucho más homogéneo. Finalmente, se realiza el envasado en bolsasde 25 kg. de peso neto.

Utilización de la Lactosa:•

La lactosa representa una fuente energética de fácil utilización y favorece la absorción de calcio y magnesio.

Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillusque producen yogur.

Últimas investigaciones toman experiencias relacionadas con la producción e inmovilización de la enzimaß−galactosidasa, la cual es utilizada para hidrolizar la lactosa presente en la leche y el suero de leche. Estaenzima tiene especial importancia en el campo de la nutrición humana, dado el elevado porcentaje de personasque presentan intolerancia a la lactosa. También destaca su aplicación, en el área relacionada con lacontaminación de los cursos de agua, ya que le permitiría a las queserías formular nuevos productos a partirdel suero de leche, abrir nuevos mercados y paralelamente disminuir los costos relacionados con eltratamiento de sus efluentes. Esta investigación tenía como objetivo estudiar la producción de la enzimamencionada a partir de un microorganismo conocido, mediante la formulación de un medio líquido de cultivode bajo costo, y donde el rendimiento en términos de la biomasa producida fuera comparable con el obtenidoen un medio de referencia, en el cual se empleaban sustancias específicas de alto grado de pureza y elevadoscostos. Paralelamente, se deseaba desarrollar una metodología que permitiera preparar una enzimainmovilizada, para poder utilizarla en procesos continuos de hidrólisis de la lactosa en la leche y el suero deleche. Habiendo seleccionado el microorganismo Kluyveromyces fragilis NRRL Y− 1109 para la producciónde enzima, se cultivó esta levadura en un medio de referencia y en un medio líquido formulado en base aproductos de naturaleza industrial disponibles en el país. Se pudo demostrar que es factible su utilización parael propósito antes indicado. La cepa seleccionada fue caracterizada en términos de sus constantes cinéticas decrecimiento en los medios empleados. También se evaluaron mutantes obtenidos a través de mutación física,demostrándose que estas cepas no eran sobreproductoras de la enzima en comparación con la cepa dereferencia seleccionada. La enzima intracelular obtenida de la cepa de levadura utilizada fue caracterizada entérminos de sus constantes cinéticas, pH y temperatura óptima y energía de activación. La misma, seinmovilizó sobre nylon y vidrio poroso mediante diversas técnicas. Finalmente se seleccionó la obtenida a

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través de la inmovilización sobre vidrio poroso tratado con tetracloruro de titanio, polietilenimina yglutaraldehido. Esta preparación enzimática fue caracterizada en términos de sus constantes cinéticas, pH ytemperatura óptimos, energia de activación, estabilidad bajo condiciones de almacenamiento y operacióncontinua. Se encontró que usando lactosa como sustrato, el tiempo de vida medio operacional es de 120 días,mientras que es de 129 días cuando se almacena a 4°C en presencia de una solución tampón de fosfato, Ph =6,6.

SUERO DE LECHE (DE QUESERIA):•

Definición: Es el liquido resultante de la coagualcion de la leche durante la elaboracion de queso. Seobtiene tras la separación de la caserna y grasas.

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Constituye el 90 % de la leche y contiene los compuestos hidrosolubles.

Composición: lactosa 4.9%; proteina cruda 0.9%; cenizas 0.6%; grasa 0.3%; acido lactico 0.2%; agua 93%.

La fracción proteica esta compuesta por � lactoglobulina, � lactoalbumina, inmunoglobulinas, proteosapeptona, enzimas nativas, aa, urea, creatina, ac nucleicos y amoniaco.

La acidez es variable (5.0 a 5.8)

la produccion mundial de este efluente esta en el orden de las 10 millones de toneladas anuales.

Utilización industrial del suero de quesería:•

1− Propagación de inoculos en queserías

El suero se emplea para la conservacion y propagación de bacterias lácticas (Lactobacillus, Leuconostoc yStreptococcus) ya que resultan propicios para evitar la infección por bacteriófagos (contienen quelantes decalcio y reguladores de pH)

2− Produccion de ácido láctico con bacterias lácticas

Se emplea el suero desproteinizado. En estas condiciones, entre 85 y 90% de lactosa es convertida a láctico en24 hs. El enriquecimiento con las mismas proteínas del suero permite aumentar el rendimiento hasta un 98%de la lactosa.

3− Produccion de ácido acético con cultivos mixtos

Empleando un cultivo mixto de una bacteria láctica (Lactococcus lactis) y una bacteria anaerobica(Clostridium formicoacticum) se reporto la produccion de 20 g/L de ácido acético en 20 hs de cultivo.

4− Produccion de etanol

Existen algunos procesos industriales implementados en piases con gran produccion lechera: Irlanda, EEUU,Finlandia, Dinamarca y Nueva Zelandia

Una planta modelo de Irlanda (Carbery) procesa diariamente 600,000 L de suero sin concentrar, con 4.5% delactosa, obteniendo 22000 L diarios de etanol potable por destilación ( 2.8%)

Se emplean levaduras capaces de fermentar la lactosa: Kluyveromyces fragilis, K. Lactis y Candida kefir(pseudotropicalis)

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Limitaciones del proceso: intolerancia al alcohol de la levadura baja concentración de lactosa (4%)yetanol(2%)

Se necesita mejorar las cepas haciéndolas mas osmotolerantes y más tolerantes al alcohol, de modo quepuedan usarse sueros concentrados por Ultrafiltración.

La alternativa de hidrolizar la lactosa del suero para luego fermentar con S. cerevisiae no ha dado mejoresresultados (galactosa no es un buen sustrato).

5− Bebidas fermentadas

a− obtención de productos fermentados del suero (Kumis, kefir)

b− obtención de probioticos (Lactobacillus GG)

c− Bebidas saborizadas (suero hidrolizado fermentado con bacterias lácticas y saborizado con jugos de frutaso hierbas).

6− Produccion de Enzimas

a− betagalactosidasa o lactasa

Es una enzima inducible por lactosa y represible por glucosa. Se emplean levaduras u hongos (Aspergillusniger y A. oryzae). El suero debe suplementarse con una fuente de N y el proceso es aerobio.

Para hacer más rentable el proceso, se sugiere la produccion simultanea de mas de una enzima, ej lactasa +inulinasa o pectinasa.

b− Produccion de proteasa alcalina de Bacillus subtilis en suero acido o bien de alfa amilasa + proteasa, en unmedio de soja + suero.

7− Proteína unicelular

El suero ha sido ampliamente utilizado como sustrato para la produccion de proteína unicelular con diversosorganismos.

Los procesos donde se emplea el suero entero tienen la ventaja de que la proteína queda enriquecida por los aaazufrados que este aporta y de los cuales son en general deficientes los microorganismos que se producen

La empresa Amber produce durante el mismo proceso etanol y pectinasas, con el objeto de valorizar mas elproceso productivo

Condiciones del proceso para K. Marxianus

Temperatura: 30 a 38

pH= 4.5−5.7 (no hace falta esterilizar)

El nitrógeno es limitante del crecimiento (no utiliza la mayor parte de las proteínas del suero) por lo que serequiere su suplementario ( sales de nitrógeno).

También se suplementa con vitaminas y fosfatos.

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Otra limitación importante es el oxigeno. Para evitar la formación de alcohol (y la inhibición del crecimiento)se proponen cultivos mixtos.

8− Levadura de panificación

El problema principal es que S. cerevisiae no asimila lactosa.

Alternativas:

a− hidrolizar el suero previamente (con lactasa inmovilizada)

(Proceso Corning−Kroger)

b− realizar una primera fermentación con bacterias lácticas, que transforman la lactosa en glucosa+ láctico

c− obtener cepas por ingeniería genética

9− Otros productos

Grasa con hongos de los géneros Penicillum y Aspergillus

Aceite de levaduras , Polisacaridos, vitaminas, etc

Jarabes de suero:•

El jarabe dulce (glucosa + galactosa) se produce industrialmente desde 1982 en EEUU y Europa y se utilizacomo materia prima en diversos alimentos.

Después de la hidrólisis con lactasa (hasta aprox. un 75 % de la lactosa) el producto se concentra hasta un60−70 % de sólidos, y es lo que se conoce como jarabe dulce de suero. Estos jarabes no tienen problemas decristalización.

Se utilizan como sustitutos parciales de sólidos de leche y azúcar en helados, confitería, aderezos, productosde panadería, yoghurt , productos lácteos endulzados, etc.

El poder edulcorante depende del grado de hidrólisis de la lactosa. En general varía entre 65−90% del poderedulcorante de la sacarosa.

Lo mas caro: obtener la lactasa!

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