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

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

La lactosa es un glúcido libre que existe en cantidad importante en todas las leches; es también el componente más abundante, el más simple y el más constante de proporción. Si se considera la leche de las principales especies de mamíferos, de los que se posee un número suficiente de análisis y si se tiene en cuenta el contenido en lactosa de la leche desnatada, se aprecia que las variaciones son limitadas, menos de dos veces entre una leche pobre en lactosa, como la de la ballena, y una leche rica como la humana(mientras que el contenido en materia grasa varía más de 30 veces). Por consiguiente, existe una relativa constancia de la secreción de lactosa entre las especies, lo que hace pensar que el proceso enzimático implicado en la síntesis es 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 leche de 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 cuya leche 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 la vaca en el curso de la lactación). Excepto en la leche, la lactosa es un azúcar muy raro en la naturaleza. Hemos visto que se sintetiza en la mama a partir de la glucosa sanguínea y, en los rumiantes también a partir de ácidos volátiles

producidos en el rumen.

La lactosa parece ser el factor que limita la producción de leche; es decir, que la cantidad de leche producida depende de las posibilidades de síntesis de la lactosa en la mama; es el elemento soluble más abundante y su actividad 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 el circuito alimentario. Las enzimas específicas que aseguran la hidrólisis de la lactosa y la desmólisis de la galactosa son o poco abundantes o poco activas. La lactosa no es simplemente un glúcido energético para los seres humanos y para numerosos animales, la lactosa es, en la práctica la única fuente de galactosa que es un componente de los tejidos nerviosos.

La lactosa es el componente de la leche más débil frente a la acción microbiana. La leche es fácilmente presa de 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 la variación es la infección de la mama, que reduce la secreción de lactosa. Debido a la regulación osmótica, el contenido en lactosa de la leche es aproximadamente inversamente proporcional al contenido de sales.

“Ciencia de la leche” Ed. Reverté

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 en espiral separando el Concentrados de Proteínas de Suero del Permeado de Suero que será la materia prima para obtener Lactosa.

El Permeado de Ultrafiltración es sometido a un proceso de refinación y concentración por medio del Evaporador 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 el objetivo 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 una Secadero de Lecho Fluidificado.

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

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 Lactobacillus que producen yogur.

Últimas investigaciones toman experiencias relacionadas con la producción e inmovilización de la enzima ß-galactosidasa, la cual es utilizada para hidrolizar la lactosa presente en la leche y el suero de leche. Esta enzima tiene especial importancia en el campo de la nutrición humana, dado el elevado porcentaje de personas que presentan intolerancia a la lactosa. También destaca su aplicación, en el área relacionada con la contaminación de los cursos de agua, ya que le permitiría a las queserías formular nuevos productos a partir del suero de leche, abrir nuevos mercados y paralelamente disminuir los costos relacionados con el tratamiento de sus efluentes. Esta investigación tenía como objetivo estudiar la producción de la enzima mencionada a partir de un microorganismo conocido, mediante la formulación de un medio líquido de cultivo de bajo costo, y donde el rendimiento en términos de la biomasa producida fuera comparable con el obtenido en un medio de referencia, en el cual se empleaban sustancias específicas de alto grado de pureza y elevados costos. Paralelamente, se deseaba desarrollar una metodología que permitiera preparar una enzima inmovilizada, para poder utilizarla en procesos continuos de hidrólisis de la lactosa en la leche y el suero de leche. Habiendo seleccionado el microorganismo Kluyveromyces fragilis NRRL Y- 1109 para la producción de enzima, se cultivó esta levadura en un medio de referencia y en un medio líquido formulado en base a productos de naturaleza industrial disponibles en el país. Se pudo demostrar que es factible su utilización para el propósito antes indicado. La cepa seleccionada fue caracterizada en términos de sus constantes cinéticas de crecimiento 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 de referencia seleccionada. La enzima intracelular obtenida de la cepa de levadura utilizada fue caracterizada en términos de sus constantes cinéticas, pH y temperatura óptima y energía de activación. La misma, se inmovilizó sobre nylon y vidrio poroso mediante diversas técnicas. Finalmente se seleccionó la obtenida a través de la inmovilización sobre vidrio poroso tratado con tetracloruro de titanio, polietilenimina y glutaraldehido. Esta preparación enzimática fue caracterizada en términos de sus constantes cinéticas, pH y temperatura óptimos, energia de activación, estabilidad bajo condiciones de almacenamiento y operación continua. 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.

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

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, proteosa peptona, 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 y Streptococcus) ya que resultan propicios para evitar la infección por bacteriófagos (contienen quelantes de calcio 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 en 24 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% de lactosa, 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)

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

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

La alternativa de hidrolizar la lactosa del suero para luego fermentar con S. cerevisiae no ha dado mejores resultados (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 frutas o hierbas).

6- Produccion de Enzimas

a- betagalactosidasa o lactasa

Es una enzima inducible por lactosa y represible por glucosa. Se emplean levaduras u hongos (Aspergillus niger 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 un medio de soja + suero.

7- Proteína unicelular

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

Los procesos donde se emplea el suero entero tienen la ventaja de que la proteína queda enriquecida por los aa azufrados 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 el proceso 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 se requiere su suplementario ( sales de nitrógeno).

También se suplementa con vitaminas y fosfatos.

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

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

Después de la hidrólisis con lactasa (hasta aprox. un 75 % de la lactosa) el producto se concentra hasta un 60-70 % de sólidos, y es lo que se conoce como jarabe dulce de suero. Estos jarabes no tienen problemas de cristalización.

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

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

Lo mas caro: obtener la lactasa!