Desmineralización y fraccionamiento de suero de leche o leche cruda.

Un procedimiento para la desmineralización y fraccionamiento de leche cruda o suero de leche que comprende las etapas de:

a. exponer el suero de leche o la leche cruda a una ultrafiltración para proporcionar una fracción de retenido y un permeado de suero de leche;

b. concentrar el permeado de suero por medio de una nanofiltración para ofrecer un retenido rico en lactosa concentrado;

c. exponer el retenido de nanofiltración a una cromatografía de permeación de iones a temperaturas elevadas de entre 50ºC y 80ºC, utilizando una resina apropiada; y

d. eluir el retenido de nanofiltración en diversas fracciones de la resina usando agua como eluyente

DESMINERALIZACIÓN Y FRACCIONAMIENTO DE SUERO DE LECHE O LECHE CRUDA

La presente invención hace referencia a un proceso mejorado para la desmineralización de suero de leche o leche cruda. [0002] En general, la elaboración de queso consiste en la coagulación de proteína de leche (caseína) para recolectar los sólidos de la leche y la grasa de la leche en una base de cuajada, ya sea por la acción de enzimas en la leche o al reducir el pH de la leche usando un ácido apropiado. Esta base de cuajada se concentra entonces para expresar una fracción líquida, conocida como suero de queso. El suero de queso contiene sólidos de leche que no se mantienen en la base de cuajada, en particular las proteínas solubles y los sacáridos de leche. El suero contiene el 80-90% del total del volumen de leche usado en el proceso de elaboración de queso y contiene más de la mitad de los sólidos de la leche entera original, incluido el 20% de la proteína y la mayor parte de la lactosa y tiene un contenido orgánico muy alto. [0003] La eliminación del suero de leche siempre ha sido un problema en el sector de los lácteos debido a su alto contenido orgánico. En la actualidad, es posible recuperar proteínas solubles del suero de leche y el valor de la lactosa y es claramente deseable recuperar la mayor cantidad de contenido orgánico como sea posible para reducir la carga orgánica de la corriente del efluente y para obtener un mayor rendimiento del suero. Las empresas de elaboración de queso no están escatimando en esfuerzos para desarrollar usos para este producto. [0004] El suero como subproducto del sector de elaboración de queso está compuesto de aproximadamente 6 a 6, 5% de sólidos. Los sólidos de suero de leche se componen del 75 al 80% de lactosa, 8, 5 al 9, 2% de proteína verdadera, 2, 5 al 3% de NPN (nitrógeno no proteico) , 8 al 12% de cenizas y menos del 1% de grasas. Se produce suero dulce durante la elaboración de quesos de pasta dura como el Cheddar o el Gouda, que son de coagulado por cuajo. El suero ácido se produce durante la elaboración de quesos como el requesón y tiene una proporción menor de proteína con una proporción superior correspondiente de cenizas. La composición del suero de leche puede variar dependiendo de factores como la raza de las vacas, la época del año, los diferentes cultivos iniciadores de queso o los tipos de cuajo. [0005] Existen numerosas técnicas disponibles para la conversión de suero de leche dulce en alimentos para bebés por la eliminación parcial o casi total de los minerales. Principalmente, el proceso conlleva el uso de la tecnología de resina por sí sola o una combinación de de tecnología de membrana y de resina. Las resinas utilizadas son una combinación de resina de cationes y aniones, ambas necesitan el uso considerable de productos químicos para el proceso de limpieza. Además, los efluentes de limpieza necesitan tratamiento y eliminación. Puesto que la cantidad de productos químicos necesaria es una función directa del contenido de cenizas en el suero de leche, y el suero ácido tiene una menor proporción de proteínas y una mayor proporción de cenizas que las que tiene el suero dulce, tradicionalmente se ha considerado que la desmineralización del suero ácido mediante procesos de intercambio de iones y su transformación en comida para bebés es cara debido a los volúmenes de productos químicos necesarios. [0006] La solicitud de patente PCT WO-A-2008/077071 divulga un procedimiento en el que se somete la leche cruda a ultrafiltración y el permeado resultante se somete entonces a una etapa de nanofiltración. [0007] Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento mejorado para la desmineralización y fraccionamiento del suero de leche o de la leche cruda con el mínimo uso de o sin usar productos químicos y en el que la fuente del suero de leche o la leche cruda está poco relacionada con el coste del proceso global. [0008] En consecuencia, un primer aspecto de la presente invención presenta un procedimiento para el fraccionamiento del suero de leche o la leche cruda que consta de las siguientes etapas:

a) someter el suero de leche o leche cruda a ultrafiltración (UF) para proporcionar una fracción retenida y un permeado de suero de leche. b) concentrar la fracción de permeado de suero de leche por nanofiltración (NF) para proporcionar un retenido rico en lactosa; y c) someter el retenido de nanofiltración a la cromatografía de permeación de iones a temperaturas elevadas de entre 50 y 80 ºC usando una resina apropiada; y d) eluir el retenido de nanofiltración en fracciones a partir de la resina usando agua como eluyente.

El procedimiento de la presente invención posibilita la desmineralización de suero de leche o leche cruda sin usar productos químicos, mientras que a su vez se obtienen productos de valor comercial. En concreto, el procedimiento es adecuado para la desmineralización de suero de leche para proporcionar productos como 3’sialyl lactosa, a partir de la corriente del efluente recogiendo dos corrientes principales separadas del eluato de cromatografía de permeación de iones. [0010] La fracción retenida producida en la etapa a) es rica en proteínas con niveles bajos de minerales mientras que la fracción de permeado es una corriente de lactosa que contiene la mayor concentración de los minerales. En la etapa b) el permeado de NF contiene una gran proporción de iones monovalentes, así como urea, etc. El retenido concentrado se compone principalmente de lactosa, algunas proteínas, NPN y minerales. [0011] La resina de separación cromatográfica es preferiblemente CR1310K, como la suministra Rohm and Haas. Sin embargo, existen otras resinas adecuadas. Entre los ejemplos se incluyen, sin carácter limitativo, las suministradas con los siguientes nombres comerciales: CR1310Ca & NA o CR1320 Ca, K o NA de Rohm and Haas, DOWEX Monosphere 99Ca/320 de Dow o Diaion UBK530 de Mitsubishi o PCR145K de Purolite. [0012] Preferentemente, la etapa b) eleva el contenido de sólidos a al menos el 20%, más preferiblemente a al menos el 25% o más. Cualquier membrana de NF con un corte de peso molecular (MWCO, en inglés) de entre 90 y 350 daltons puede utilizarse en esta etapa. Es preferible trabajar cerca del MWCO alto del componente de interés (es decir, la lactosa) y, por tanto, se prefiere una membrana que tiene un MWCO de 320 a 342. Entre los ejemplos específicos de dichas membranas se incluyen aquellas suministradas con los nombres comerciales de membranas Koch TFC-SR2, SelRO MPF-44. [0013] La etapa c) se lleva a cabo preferiblemente a una temperatura elevada de entre 65 y 75 ºC. Los volúmenes de carga en la resina de permeación de iones pueden ser de entre el 10 y el 25% del volumen de resina. No obstante, es deseable limitar a un máximo del 15% del volumen de resina para reducir la pérdida de lactosa. [0014] Una primera fracción retenida de la elución en la etapa d) es la fracción rica en minerales, que contiene más del 98% de los minerales y aproximadamente del 5 al 10% de la lactosa, junto con una proporción mayor de NPN. Esta fracción también contiene otros componentes de valor comercial, como los oligosacáridos 6’-sialyl lactosa y 3’-sialyl lactosa. Puesto que el proceso se realiza con agua, estos componentes de valor comercial no se destruyen y, por tanto, pueden ser recuperados, concentrados y/o aislados. [0015] Una segunda fracción retenida de la elución en la etapa d) es la corriente de lactosa, que se recoge por separado. [0016] Debe tenerse en cuenta que las fracciones individuales eluidas de la columna de cromatografía de permeación de iones pueden cortarse en puntos estratégicos para obtener mejores resultados y/o proporcionar una mayor pureza. [0017] De acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención, el proceso comprende además la concentración de la segunda fracción rica en lactosa por ósmosis inversa (OI) o NF. Más preferentemente, se añade de nuevo la fracción rica en lactosa a la fracción retenida de UF obtenida en la etapa a) para lograr suero de leche desmineralizado. Mediante esta técnica, el grado de desmineralización puede controlarse por el grado de retención por la planta de UF. [0018] En general, se considera económico concentrar los sólidos por UF en la etapa a) a no más del 25%, lo que en efecto es una concentración de 20 a 30 veces más de la proteína. Esto se traduce en una tasa de desmineralización de entre el 85 y el 90%. Con el fin de obtener una tasa mayor del 90% de desmineralización, puede ser necesario diafiltrar la fracción retenida de UF además de eliminar más cenizas. El permeado total se conjugaría y concentraría entonces por NF antes de la cromatografía de la permeación de iones de la etapa c) como se describe anteriormente. [0019] De acuerdo con otro... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la desmineralización y fraccionamiento de leche cruda o suero de leche que comprende las etapas de:

a. exponer el suero de leche o la leche cruda a una ultrafiltración para proporcionar una fracción de retenido y un permeado de suero de leche;

b. concentrar el permeado de suero por medio de una nanofiltración para ofrecer un retenido rico en lactosa concentrado;

c. exponer el retenido de nanofiltración a una cromatografía de permeación de iones a temperaturas elevadas de entre 50ºC y 80ºC, utilizando una resina apropiada; y

d. eluir el retenido de nanofiltración en diversas fracciones de la resina usando agua como eluyente.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el material fuente es queso o suero ácido.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la etapa b) aumenta el contenido en sólido del permeado de suero de leche por lo menos en un 20%.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que el permeado de suero de leche se concentra en la etapa b) usando una membrana de nanofiltración que tiene un corte de peso molecular de entre 320 y 342 daltons.

5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4, en el que la etapa c) se lleva a cabo a temperatura de entre 65ºC y 75ºC.

6. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicación de la 1 a la 5, en el que los volúmenes de carga en la resina de permeación de iones se limitan a un máximo del 15% del volumen de resina.

7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además la elución, en la etapa b) , de una fracción rica en lactosa con un contenido bajo en minerales de la resina de cromatografía de permeación de iones.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7 que además comprende la concentración de la fracción rica en lactosa por nanofiltración u ósmosis inversa.

9. Un procedimiento según la reivindicación 7 u 8 que además comprende la adición de la fracción rica en lactosa a la fracción de retenido de ultrafiltración obtenida en la etapa a) para ofrecer suero de leche desmineralizado.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9 que además comprende la exposición de la fracción de retenido de ultrafiltración a una diafiltración, antes de que el permeado de diafiltración, se concentre por nanofiltración anterior a la adición de la fracción rica en lactosa obtenida según la reivindicación 7 u 8.

11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 6 que comprende además la elución en la etapa d) de una fracción rica en minerales baja en lactosa que contiene 3’-sialyl lactosa a partir de la resina de permeación de iones.

12. Un procedimiento según la reivindicación 11 que comprende además la exposición de la fracción rica en minerales a una etapa de desmineralización moderada para eliminar un cierto

nivel de minerales y, de ese modo, obtener una fracción rica en 3’-sialyl lactosa.

13. Un procedimiento según la reivindicación 12 que además comprende el aislamiento de 3sialyl lactosa absorbiéndolo en una resina aniónica adecuada.

14. Un procedimiento según la reivindicación 12 que además comprende la elución de 3’-sialyl lactosa a partir de la resina aniónica usando una solución de hidróxido de amonio, ácido fórmico, ácido acético o combinaciones de los mismos.

15. Un procedimiento según la reivindicación 13 que además comprende la elución de 3’-sialyl lactosa a partir de la resina aniónica usando una solución que contiene cloruro, acetato o formiato como el anión y calcio, sodio, amonio o potasio como el catión.