Proceso para secar fluidos acuosos con alto contenido de lactosa.

Un proceso para secar fluidos acuosos con alto contenido de lactosa,

comprendiendo el proceso las etapas de: concentrar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 35 % de sólidos, en donde al menos el 50 % de los sólidos son lactosa, para formar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado que contiene de aproximadamente un 45 a aproximadamente un 65 % de sólidos, produciéndose la concentración sin retromezcla sustancial de suero lácteo o de productos de suero lácteo dentro del suministro acuoso con alto contenido de lactosa;

concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado en un evaporador de alta concentración para formar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado que contiene de aproximadamente un 70 a aproximadamente un 80 % de sólidos;

caracterizado por que el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado se transfiere a un aparato de enfriamiento, concentración, cristalización (20) en el que se crea una cascada de enfriamiento, concentración, cristalización, exponiendo el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado a un fluido gaseoso, que es eficaz para enfriar y concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado de manera que provoca la cristalización de lactosa en el interior del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado, para generar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado que contenga de aproximadamente un 78 a aproximadamente un 88 % de sólidos; y

pulverizar el fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado en una cámara (24) que contiene aire caliente para formar un producto rico en lactosa cristalina con alto contenido de sólidos.

Proceso para secar fluidos acuosos con alto contenido de lactosa Introducción

La presente invención se refiere a métodos, sistemas y equipos de procesamiento de productos lácteos usados para procesar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa (HLAF, High Lactose Aqueous Fluid) y productos del mismo. En particular, la presente invención se refiere a (1) sistemas y métodos para procesar HLAF tales como los obtenidos del procesamiento de la leche y, más particularmente, del procesamiento del suero lácteo, generando HLAF a través de la eliminación de proteínas por diversos métodos que incluyen, pero sin limitación, ultrafiltración, intercambio iónico, precipitación por calor y cromatografía; y (2) equipos especializados para realizar dicho procesamiento. El HLAF se procesa adicionalmente de acuerdo con los métodos y sistemas de la presente invención para proporcionar un producto rico en cristales de alfa-lactosa monohidrato, útil en productos de pastelería, sustitutos de la leche y similares.

Antecedentes

Dado que la fabricación de quesos se ha desarrollado durante años, esta se ha convertido en una actividad realizada en plantas de procesamiento cada vez más grandes, que se benefician de un mayor rendimiento. Como resultado, para los propietarios de estas plantas ha sido más rentable procesar los sub-productos de la fabricación de quesos. En particular, el suero lácteo ha mostrado tener valor para los fabricantes de quesos debido a valiosas proteínas o a proteínas no caseínicas, que quedan en el suero lácteo después de fabricar el queso. Estas proteínas se recuperan generalmente como concentrados de proteínas de suero lácteo (WCP, Whey Protein Concéntrales) o aislados de proteínas de suero lácteo (WPI, Whey Protein Isolates) a través de un procesamiento adicional del suero lácteo. Los concentrados y aislados de proteínas de suero lácteo se producen normalmente a través de una serie de etapas de proceso, que incluyen normalmente ultrafiltración, evaporación y secado. Se ha desarrollado una demanda significativa de dichos productos en la industria alimenticia.

Los productos secundarios de este proceso de recuperación incluyen un fluido generalmente denominado "filtrado". El término filtrado se usa generalmente para referirse a un HLAF que pasa a través de, o se filtra a través de, filtros de membrana usados en la ultrafiltración de suero lácteo. Normalmente, de aproximadamente el 15 % al 3 % de los sólidos totales en el suero lácteo se recuperan como el concentrado de proteína de suero lácteo/aislado de proteína de suero lácteo (WPC/WPI) durante la ultrafiltración tradicional o cualquiera de los otros procesos conocidos para aislar proteínas de suero lácteo. Por lo tanto, el filtrado, contiene generalmente de aproximadamente el 7 a aproximadamente el 85 % de los sólidos totales en el suero lácteo. Estas cifras varían dependiendo del proceso usado para generar el WPC/WPI, pero se apreciará que, en cada caso, se recupera un porcentaje más grande de sólidos con el filtrado que el que se recupera con la fracción proteica aislada como WPC/WPI.

El filtrado es un fluido acuoso que contiene predominantemente lactosa, junto con algunas proteínas de bajo peso molecular, componentes nitrogenados no proteicos, minerales, vitaminas y otros constituyentes. Sin embargo, la eliminación de proteínas caseínicas y no caseínicas de la leche, generalmente hace que sea más difícil secar los sólidos que quedan en el filtrado de lo que podría ser el caso si estas proteínas se retuvieran en el fluido acuoso. Se considera generalmente que dichas proteínas son una "ayuda al secado". Ya que prácticamente todas las proteínicas caseínicas y la mayoría de las proteínas no caseínicas se han eliminado en esta fase del procesamiento de la leche, el filtrado es difícil de secar de forma rentable. Este es el reto que se aborda en la presente invención.

En operaciones comerciales, el filtrado normalmente se concentra por una serie de etapas que incluye osmosis inversa y/o evaporación, que llevan al líquido a una concentración de sólidos total de aproximadamente 6 %. Después, este fluido concentrado se cristaliza y se centrifuga para separar una porción de la lactosa que posteriormente puede refinarse, secarse y comercializarse como un producto básico. El "filtrado sin lactosa" (DLP) restante se considera generalmente como un subproducto sin valor, incluso sabiendo que contiene generalmente de aproximadamente 3 a aproximadamente 35 % de los sólidos del suero lácteo original del que primero se aislaron el concentrado/aislado de proteínas de suero lácteo y después la lactosa. El DLP se usa generalmente como un suplemento alimenticio para animales. El coste del envío del DLP es generalmente aproximadamente el mismo que su valor para alimento animal, que es por lo que se considera generalmente que es un subproducto sin valor.

En el pasado, muchas plantas de procesamiento consideraron el DLP como un producto residual y lo eliminaron lo mejor que pudieron. Hoy en día, con el aumento del tamaño de las plantas de queso y con el aumento general de las regulaciones medioambientales, la eliminación de residuos del DLP no es una opción viable. Sin embargo, si se pudiese extraer un valor adicional del DLP a través de un procesamiento más rentable, se cree que la industria de procesamiento de quesos aceptaría dichas técnicas de procesamiento mejoradas.

Se apreciará que el valor de la lactosa y de otros constituyentes de la leche que quedan en el DLP tendrían valor sólo si pudieran recuperarse de forma que puedan usarse para otros fines más que como un complemento alimenticio líquido de poco valor. El reto al que se ha enfrentado la industria ha sido que ninguno de los procesos

actualmente disponibles para la industria proporciona una vía eficaz para recuperar toda la lactosa y otros constituyentes de la leche que quedan en el DLP en una forma que conduzca a comercializar estos constituyentes como ingredientes alimenticios o productos de alto valor alimenticio.

Se apreciará que hay un valor significativo en los productos secos, con alto contenido de lactosa; por lo tanto, un nuevo proceso que pueda permitir mejor que la industria de productos lácteos produzca productos útiles con alto contenido de lactosa desde filtrados y otros HLAF y nuevos sistemas para utilizar este proceso proporcionarán un avance deseado sobre los métodos y sistemas anteriores en la técnica para aislar la lactosa y otros constituyentes de la leche de los HLAF.

Técnica anterior

Ha habido varios intentos de recuperar todos los sólidos en el filtrado de forma que no dé como resultado un licor madre o DLP. En estos procesos, el filtrado se trata de forma diferente a aquel usado para recuperar una lactosa purificada. En un caso, la cantidad de humedad en el filtrado se reduce a través de un número de etapas, que Incluye osmosis inversa y/o evaporación, cristalización y secado por pulverización en un proceso no muy diferente del usado para el secado de leche y suero lácteo. Se cree que puede haber, quizás, hasta seis plantas en los Estados Unidos usando este proceso. El producto del proceso se ha encontrado que tiene valor como un producto rico en lactosa para ciertas aplicaciones. Sin embargo, ya que está basado en procesos tradicionales para secar leche y suero lácteo, este proceso es demasiado costoso para funcionar de forma rentable; y el equipo requerido tiene un coste de capital significativo. Se cree que el valor del producto, en relación con el coste de funcionamiento del proceso y la inversión de capital en el equipo requerido, no es suficiente para crear un incentivo financiero para que este proceso se adopte ampliamente.

Otro proceso, usado en dos o tres plantas en los Estados Unidos para secar filtrado, proporciona un sistema para concentrar secuencialmente filtrado de aproximadamente 18 a aproximadamente 4 % de sólidos totales y después secar los sólidos en un secador de rodillo caliente. El proceso usa una cantidad significativa de energía y es, por lo tanto, relativamente costoso. Además, el proceso es relativamente antihigiénico, limitando adicionalmente el uso del producto resultante como un ingrediente alimenticio. Finalmente, el producto se quema debido al sobrecalentamiento accidental y, por lo tanto, se compromete adicionalmente para su uso previsto como un complemento alimenticio reduciendo significativamente el retorno potencial de la inversión asociado con la inversión en y el uso de dicho sistema.

Getler et al. (Patente de Estados Unidos N2 6.48.565) desvelan un proceso en el que se mezclan suero lácteo concentrado y/o productos de suero lácteo con suero lácteo, productos de suero lácteo u otros ingredientes para lograr un producto... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para secar fluidos acuosos con alto contenido de lactosa, comprendiendo el proceso las etapas de:

concentrar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 35 % de sólidos, en donde al menos el 5 % de los sólidos son lactosa, para formar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado que contiene de aproximadamente un 45 a aproximadamente un 65 % de sólidos, produciéndose la concentración sin retromezcla sustancial de suero lácteo o de productos de suero lácteo dentro del suministro acuoso con alto contenido de lactosa; concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado en un evaporador de alta concentración para formar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado que contiene de aproximadamente un 7 a aproximadamente un 8 % de sólidos;

caracterizado por que el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado se transfiere a un aparato de enfriamiento, concentración, cristalización (2) en el que se crea una cascada de enfriamiento, concentración, cristalización, exponiendo el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado a un fluido gaseoso, que es eficaz para enfriar y concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado de manera que provoca la cristalización de lactosa en el interior del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado, para generar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado que contenga de aproximadamente un 78 a aproximadamente un 88 % de sólidos; y pulverizar el fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado en una cámara (24) que contiene aire caliente para formar un producto rico en lactosa cristalina con alto contenido de sólidos.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado contiene de aproximadamente un 45 a aproximadamente un 65 % de sólidos.

3. El proceso de la reivindicación 2, que comprende una etapa de concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado en un evaporador (16) de alta concentración para formar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado que contiene de aproximadamente un 7 a aproximadamente un 8 % de sólidos.

4. El proceso de la reivindicación 3, en el que la etapa de concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado incluye evaporar la humedad del fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado en un evaporador de alta concentración (16) seleccionado del grupo que consiste en un evaporador por vacío de alta concentración y un evaporador atmosférico de alta concentración; incluyendo dicha etapa de concentración adicional mantener el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado a una temperatura suficiente para mantener la lactosa sustancialmente en solución.

5. El proceso de la reivindicación 3, en el que el fluido gaseoso es aire y la etapa de transferencia incluye reducir la temperatura del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado y continuar concentrando el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado, provocando de este modo una cristalización de la lactosa dentro del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado en un aparato de enfriamiento, concentración, cristalización (2) en que se sopla aire sobre las superficies de fluido expuestas del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado de manera suficiente para iniciar una cascada de cristalización en la que la energía generada por una liberación de calor resultante de la formación de cristales de lactosa proporciona energía para dirigir la evaporación adicional y concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado de manera que el fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado contenga de aproximadamente un 82 a aproximadamente un 88 % de sólidos.

6. El proceso de la reivindicación 3, en el que la etapa de pulverización incluye atomizar el fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado dentro de una cámara (24) para formar el producto cristalino con alto contenido de sólidos, conteniendo el producto cristalino con alto contenido de sólidos algo de humedad residual y de aproximadamente un 9 a aproximadamente un 99 % de sólidos, en el que de aproximadamente el 7 a aproximadamente el 1 % de la humedad residual en el producto cristalino con alto contenido de sólidos se incorpora dentro de los cristales de alfa-lactosa monohidrato.

7. El proceso de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una etapa de concentración del fluido acuoso con alto contenido de lactosa que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 35 % de sólidos, en el que al menos el 5 % de los sólidos son lactosa, para formar un fluido acuoso caliente con alto contenido de lactosa altamente concentrado que contiene de aproximadamente un 7 a aproximadamente un 8 % de sólidos; y transferir el fluido acuoso caliente con alto contenido de lactosa altamente concentrado al aparato de enfriamiento, concentración, cristalización (2).

8. El proceso de la reivindicación 7, en el que la etapa de concentración incluye concentrar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 35 % de sólidos, en el que al menos el 5 % de los sólidos son lactosa, para formar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado que contiene de aproximadamente un 45 a aproximadamente un 65 % de sólidos; y concentrar adicionalmente el

fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado en un evaporador de alta concentración (16) para formar el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado; en donde el evaporador de alta concentración (16) se selecciona del grupo que consiste en un evaporador por vacío de alta concentración y en un evaporador atmosférico de alta concentración; y en el que dicha etapa de concentración adicional incluye mantener el fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado a una temperatura suficientemente alta para mantener eficazmente la lactosa sustancialmente en solución.

9. El proceso de la reivindicación 7, en el que el fluido gaseoso es aire y la etapa de transferencia incluye reducir la temperatura del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado y continuar concentrando el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado, provocando de este modo una cristalización de lactosa dentro del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado en el aparato de enfriamiento, concentración, cristalización en el que se sopla aire sobre las superficies de fluido expuestas del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado de manera suficiente para iniciar una cascada de cristalización en la que la energía generada por una liberación de calor de cristalización resultante de la formación de cristales de lactosa proporciona calor para proporcionar energía para dirigir la evaporación adicional y concentrar adicionalmente el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado de manera que el fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado contenga de aproximadamente un 82 a aproximadamente un 88 % de sólidos.

1. El proceso de la reivindicación 7, en el que la etapa de pulverización incluye atomizar el fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado en la cámara (24) para formar el producto de sólidos, conteniendo el producto de sólidos algo de humedad residual y de aproximadamente un 9 a aproximadamente un 99 % de sólidos, en el que de aproximadamente un 7 a aproximadamente un 1 % de la humedad residual en el producto cristalino con alto contenido de sólidos se incorpora dentro de los cristales de alfa-lactosa monohidrato.

11. El proceso de la reivindicación 3, en el que la cascada de enfriamiento, concentración, cristalización utiliza el calor de cristalización que proviene de la cristalización de la lactosa dentro del fluido acuoso con alto contenido de lactosa concentrado para hacer avanzar la cascada de enfriamiento, concentración, cristalización para generar un fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado que contenga de aproximadamente un 78 a aproximadamente un 88 % de sólidos.

12. El proceso de la reivindicación 3, en el que la temperatura del fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado es mayor de aproximadamente 5 grados Celsius, en donde el fluido acuoso con alto contenido de lactosa altamente concentrado se expone tanto a una mezcla como a un movimiento de un fluido gaseoso a una temperatura, un contenido de humedad y una velocidad del aire eficaces para crear una cascada de enfriamiento, concentración, cristalización en la que el enfriamiento evaporativo provoca pérdida de humedad y un aumento de sólidos que, a su vez, facilitan la cristalización de la lactosa que, a su vez, libera calor de cristalización de la lactosa que, a su vez, aumenta la temperatura del fluido que, a su vez, facilita más enfriamiento evaporativo, de modo que se genera un fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado que contiene de aproximadamente un 78 a aproximadamente un 88 % de sólidos; y en donde la pulverización del fluido acuoso con alto contenido de lactosa parcialmente cristalizado dentro de la cámara de secado (24) que contiene aire caliente forma un producto cristalino con alto contenido de sólidos rico en cristales de alfa-lactosa monohidrato cristalina; en donde el producto cristalino con alto contenido de sólidos contiene algo de humedad residual y de aproximadamente un 9 a aproximadamente un 99 % de sólidos, en donde de aproximadamente un 8 a aproximadamente un 1 % de la humedad residual en el producto cristalino con alto contenido de sólidos se incorpora dentro de los cristales de alfa-lactosa monohidrato.