Aplicación de los sistemas de filtración con membrana en la industria láctea / Mª Lourdes Sánchez

Fecha: 08-May-2020

Mª Lourdes Sánchez Paniagua
Departamento de Producción Animal y Ciencia de los Alimentos
 Facultad de Veterinaria - Universidad de Zaragoza
Instituto Agroalimentario de Aragón (IA2)
lousanchez@unizar.es

La industria láctea ha experimentado un gran desarrollo en las últimas décadas. Los avances técnicos que han tenido lugar en esta área han ido dirigidos a la automatización y a la mejora de los equipos para el procesado de los productos lácteos. En concreto, la introducción de los sistemas de filtración con membranas ha permitido obtener un mayor rendimiento en la elaboración de algunos productos lácteos, así como aprovechar mejor los subproductos generados en los procesos industriales. Además, estos sistemas han hecho posible desarrollar nuevos productos mediante la modificación de algunos procesos tradicionales. La filtración con membranas tiene la ventaja de basarse en una separación de componentes puramente física, por lo que se evitan los efectos negativos que pueden tener algunas operaciones tradicionales, como la extracción o la evaporación, sobre las proteínas y otros componentes lácteos.

Los sistemas de filtración con membranas permiten concentrar y separar leche o fracciones lácteas de forma selectiva, en función del tamaño del poro de la membrana que se utilice. Los tipos de filtración con membranas, en orden creciente según el tamaño del poro, son los siguientes: ósmosis inversa, nanofiltración, ultrafiltración y microfiltración (Figura 1).

Figura 1. Tipos de filtración con membrana según el tamaño de poro. RO/OI: ósmosis inversa; NF: nanofiltración; UF: ultrafiltración; MF: microfiltración. https://www.tetrapak.com/processing/membrane-filtration/membrane-types

En algunos sistemas de filtración, las membranas dejan pasar solo agua, en otros permiten el paso de minerales, lactosa o macromoléculas de diferente tamaño. El flujo del líquido filtrado en estos sistemas es tangencial. La leche o fracción láctea fluye en una dirección y tras generar una presión en el sistema se fuerza el paso del líquido filtrado en una dirección perpendicular al flujo del líquido a concentrar o fraccionar. La eficiencia de la filtración depende de la presión transmembrana que se ejerce en el sistema mediante la regulación del flujo por la acción de una serie de válvulas. Las membranas pueden disponerse enrolladas en espiral, formando tubos agrupados en haces en los sistemas de fibra hueca, o en láminas que se disponen en un filtro prensa. Se puede aumentar el volumen de líquido filtrado incrementando el número de tubos o elementos en el sistema (Figura 2).

 

Figura 2. (a) Sistema de membrana enrollada en espiral. (b) Planta de ultrafiltración en una industria láctea. https://www.tetrapak.com/processing/membrane-filtration/membrane-types

Los sistemas de filtración por membrana, tienen diferentes aplicaciones en la industria láctea. Así, la microfiltración se utiliza para la separación de caseínas, grasa y bacterias. Este sistema permite, por ejemplo, filtrar la salmuera que se utiliza en el salado de los quesos para poder reutilizarla, eliminando así los microorganismos y partículas de caseína que contiene el lactosuero que migra del queso hacia la salmuera. La microfiltración también se utiliza para reducir la carga microbiana de la leche y aplicar así un tratamiento térmico menos intenso que el de una pasteurización convencional, preservando las propiedades nutritivas y sensoriales de la leche.

En la ultrafiltración, se pueden separar selectivamente proteínas según el tamaño de los poros, como es el caso de la separación de caseínas y proteínas del lactosuero, o del fraccionamiento del lactosuero. En otros casos, la ultrafiltración permite eliminar la lactosa de algunas fracciones lácteas destinadas a estandarizar la leche para elaborar productos como el yogur, lactosa que en exceso podría dar lugar a problemas tecnológicos como la sobreacidificación. La nanofiltración permite desmineralizar fracciones lácteas como el lactosuero y la mazada, y así poder utilizarlas en la elaboración de determinados productos en los que no es conveniente elevar el contenido de sales, como es el caso de las leches infantiles. Por último, la ósmosis inversa elimina exclusivamente el agua y, por lo tanto, se concentran todos los componentes de la leche o fracciones derivadas, utilizándose como etapa previa al desecado de estas fracciones.

La ultrafiltración ha permitido desarrollar nuevos procesos de elaboración de queso, aplicándola a la leche como una operación previa a la coagulación de la caseína, que se produce en la etapa de cuajado. Este proceso, que puede aplicarse con un factor de concentración de 1,5-2, reduciendo así considerablemente el volumen de leche que se introduce en la cuba de cuajado, disminuyendo la cantidad de enzima coagulante necesaria, así como la de otros aditivos como el cloruro de calcio utilizado normalmente para estandarizar el contenido de calcio, o la de los cultivos iniciadores. Además, la concentración previa de la leche va a incrementar los niveles de proteína y grasa, evitando así tener que realizar una estandarización previa, necesaria en muchas ocasiones para aumentar el rendimiento y la calidad del queso. La aplicación de estos sistemas de membranas, siempre que el factor de concentración no sea muy elevado, permite que el resto de las etapas de la elaboración del queso (corte, desuerado, moldeado, etc.) se pueda realizar tanto por métodos convencionales como por procesos automatizados. Estos sistemas han revolucionado la producción industrial de algunas variedades de quesos madurados, como el Emmental o el Cheddar. La ultrafiltración también ha dado lugar al desarrollo de nuevos tipos de procesado de queso fresco, en los que se aplica para eliminar en primer lugar una parte del lactosuero de la leche tratada térmicamente. A continuación, se pasteuriza esta leche concentrada y se le añade enzima coagulante, cloruro de calcio, sal y conservantes en algunos casos, introduciendo la mezcla en el envase donde se va producir la coagulación. Este queso tras un tiempo de reposo y refrigeración se puede comercializar directamente. Así, se eliminan las operaciones de corte y desuerado en cuba, y se obtiene un queso fresco con una textura más uniforme y con una vida útil más larga.

La aplicación de la ultrafiltración a la elaboración de queso permite la obtención de tipos de queso a precios más asequibles, puesto que la producción se puede realizar a gran escala de forma automatizada. Sin embargo, esto no impide que sigamos disfrutando de los quesos artesanales, en los que la paciente labor del tiempo hace posible alcanzar ese maravilloso equilibrio de aromas y sabores que poseen.