WO2016099240A1 - Proceso para la separación de la lactosa de la leche para la producción de leche deslactosada y aprovechamiento del subproducto - Google Patents

Proceso para la separación de la lactosa de la leche para la producción de leche deslactosada y aprovechamiento del subproducto Download PDF

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WO2016099240A1
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milk
lactose
retentate
preferable
permeate
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Ricardo ARISTA PUIGFERRAT
Daniel Isaac VALENZUELA RODRIGUEZ
Juan Carlos DE SANTIAGO UBALDO
Rocio LEYVA JARQUIN
Jose Angel MARTINEZ GALLEGOS
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International Business Enterprise, S. De R.L. De C.V.
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    • A23C2210/20—Treatment using membranes, including sterile filtration
    • A23C2210/206—Membrane filtration of a permeate obtained by ultrafiltration, nanofiltration or microfiltration

Definitions

  • the present invention relates to the dairy industry in general and to the milk treatment industry to obtain lactose-free milk and titration of the by-product in particular, and even more particularly to the milk treatment industry by means of different means of separating milk.
  • the tale components such as the micro and nano filtration equipment.
  • the other option is to apply the enzyme lactase in fluid milk as a process for obtaining a product for direct consumption or for preparing different milk derivatives, to ensure its low lactose content.
  • lactase in fluid milk they give it a sweetness increased by the amount of galactose that is obtained, resulting in a product not desired by the consumer.
  • Micropof iltration Used to retain bacteria-sized particles and spores. Let in protein, fat globules, sugars, amino acids, minerals and water.
  • Nanofittració Used to retain particles of sugar size such as sucrose or table sugar. Let minerals and water through.
  • the equipment used is made of membranes capable of performing microfiitration, ultrafiltration, nanofiitration and reverse osmosis processes for the fractionation of the different components in this case of milk.
  • the general process for obtaining lactose-free or lactose-free milks is:
  • the UF permeate is then subjected to the nano-infiltration process in order to obtain the respective retentate and permeate in the same way.
  • Milk reconstitution can also be performed using only Sa UF retentate with the addition of water to the desired level of protein or include reverse osmosis processes to concentrate the NF permeate minerals and be used in the reconstitution of Milk
  • an invention that demonstrates which stages (micro, ultra and nanofiitration and reverse osmosis) are essential to achieve a lactose-free process that achieves obtaining a lactose-free or lactose-free milk with a sensory profile equivalent to that of a normal pasteurized milk (without delaying), with a partial removal of lactose by physical means in a first stage and the subsequent elimination of the remaining lactose with the use of the enzyme iactase ( ⁇ -gaiactosidase) and obtaining an integral lactose as a byproduct, it will be contributing to the state of the art knowledge that does not currently exist and will merit a patent for its protection.
  • Patent document CA2701068 of the inventor Vernazza, Francesco discloses a method for obtaining low-sugar milk from milk, and which comprises at least two steps: a first step in which the milk is subjected to a filtration of way to produce, at the exit, a permeate of uitrafiltration and a retentate of uitrafiltration; and a second step in which the ultrafiltration permeate is subjected to a nanofiitration operation in order to produce, on the output, a nanofiitration permeate and a nanofiitration concentrate.
  • the permeate of nanofiitration is continuously recycled directly to the operation and nanofiitration so as to dilute the retentate of the iafiltration and obtain the low sugar milk from the latter, in this method the physicochemical conditions to achieve a milk are not taken into account with defined organoleptic characteristics.
  • Mexican patent document PA / a / 2004/011243, by JANNE-SAHLSTEIN discloses a process for producing lactose-free milk products.
  • the process of the invention is characterized by the steps of subjecting a milk milk product to uitrafiltration (UF), nanofiitration (NF) and concentration by reverse osmosis, followed by the addition of salt to the UF retention.
  • UF uitrafiltration
  • NF nanofiitration
  • concentration by reverse osmosis concentration by reverse osmosis
  • a method consisting in the separation of the milk components comprises the steps of: passing the milk through a filtration apparatus in a single flow address; milk filtration in a first filtration stage using uitrafiltration means to produce a first liquid filtrate and a first concentrate, wherein the lactose content of the first filtrate is only 5.5% by weight; nanofiitration of the first liquid filtrate in a second filtration stage using nanofiitration means to produce a second liquid filtrate and a second concentrate, where e!
  • Lactose content of the second filtrate is only 0.15% by weight; reverse osmosis of the second liquid filtrate in a third filtration stage employed reverse osmosis means to produce a third liquid filtrate and a third concentrate, wherein the lactose content of the third concentrate is not more than 0.06% by weight; and wherein the first filtrate, second filtrate and third filtrate are removed from the filtration apparatus through a first outlet, a second outlet and a third outlet respectively.
  • One of the objectives of the present invention is to allow desiacyous or lactose-free milk with a sensory profile equivalent to that of a normal pasteurized milk without lactose.
  • Another objective was to achieve the previous quality using the essential separation steps to reduce production costs. Still another objective was to determine the effect on the organoleptic characteristics of the concentration of the natural components of milk and the concentrations that achieve the first objective.
  • Still another goal is e! of determining the ratio between retentate and permeate to obtain a sensory profile equivalent to! of a normal pasteurized milk without lactose,
  • the process object of the present description begins with the standardization of the milk to be treated.
  • Raw milk is standardized to the level of fat required, that is to say a value of 1.4 to 2.2%, preferably 1.5 to 2.1, even more preferable from 1.6 to 2.0, even better than 1.7 to 1.9% butic fat.
  • the level of protein after standardization is as follows: a value of 2.9 to 3.7%, preferably 3.0 to 3.8, even more preferable from 3.1 to 3.5%, even better from 3.2 to 3.4%,
  • this milk is subjected to the UF process where a "milk concentrate" retentate is obtained (between 4.7 to 5.3%, preferably between 4.8 to 5.2%, and even more preferable between 4.9 to 5.1% ⁇ and which will be subsequently mixed with the permeate resulting from the NF.
  • This concentration must be reached in the retentate in the stage ultrafitration to obtain the lactose level in the reconstituted milk.
  • the proportions in the UF step are: 55 to 63%, preferably 56 to 62%, even more preferable 57 to 61%, even better 58 to 60% retentate; and for the piercing of 37 to 45%, preferably 38 to 44%, even more preferable, 39 to 43%, even better than 40 to 42%.
  • the perrneado obtained from the ÜF is subjected to the NF process to obtain a retentate (water, lactose and minerals) and a perrneado (water and minerals).
  • our process establishes that we have the following proportions: in the retentate from 30 to 38%, preferably from 31 to 37%, even more preferable from 32 to 36%, even better from 33 to 35% of what that enters; and for bolting from 62 to 70%, preferably from 63 to 69%, even more preferable from 64 to 68%, even better from 65 to 67%.
  • the diafiltration process is used primarily to make the recovery of mineral salts and possible flavoring aromatic compounds more efficient, and starts when the level of lactose is critical (crystallization of lactose in membranes) in the retentate of NF, keeping lactose levels close to this point but undiluted the retentate.
  • a step that also includes our process, in the steps of UF and NF, 35 and 40% should be removed, preferably between 36 and 39%, and even more preferably between 37 and 38% ;
  • the reconstituted milk should be between 2.7 to 3.5% lactose, preferably between 2.8 to 3.4%, and even more preferable between 2.9 to 3.3% and even better between 3.0 and 3.2% lactose.
  • the proportion obtained from retained and permeated in the UF and NF process is the proportion obtained from retained and permeated in the UF and NF process.
  • Our process has the following proportions: The proportions in the UF process are: 55 to 63%, preferably 56 to 62%, even more preferable 57 to 61%, even better 58 to 60 retentate; and for the permeate from 37 to 45%, preferably from 38 to 44%, even more preferable, 39 to 43%, even better from 40 to 42%.
  • NF process in the retentate from 30 to 38%, preferably from 31 to 37%, even more preferable from 32 to 36%, even better from 33 to 35%: and for the permeate from 62 to 70%, preferably from 63 to 69%, even more preferable from 64 to 68%, even better from 65 to 67%.
  • Figure 1 is a schematic of the process of the present description, with all the steps included.
  • Figure 1 is a schematic of the process of the present description, with all the steps included.
  • tank 1 of standardized semi-skimmed milk. This milk is fed into the equipment of uS ⁇ rafiitrado 2, schematizing with the diagonal broken line the membrane, With this specification we can say that line 2a conducts the retentate to tank 5.
  • ia line 2b conducts the permeate of UF ai tank 3 permeate.
  • Line 3a leads the permeate from the permeate tank to the NF 4 equipment.
  • line 3b conducts the permeate with the addition of water that is stored in the retentate mixing tank 7 with the diafiltration water.
  • Tank 8 has the water to be injected to the NF retentate. The part of! Retained that does not recirculate is sent to tank 8 where you have the concentrated lactose solution.
  • the permeate of the NF is sent to the mixing tank 5 where it is mixed with the retentate of UF, to result in the desiactose milk product that is sent to the tank 8, milk that subsequently receives the step of enzymatic fractionation of lactose.
  • the first step in the process of the present invention is the standardization of the milk to be treated. This standardization is carried out by playing with two components of milk, one of them is fat concentration and protein concentration.
  • Raw milk is standardized at the level of fat required, that is, a value of 1.4 to 2.2% is established, preferably 1.5 to 2.1, even more preferable from 1.6 to 2.0, even better from 1.7 to 1.9% of butyric fat.
  • the level of protein after standardization is as follows: a value of 2.9 to 3.7%, preferably 3.0 to 3.8, even more preferable from 3.1 to 3.5%, even better from 3.2 to 3.4%.
  • the next step is the uitrafi ⁇ traconstru, where it is obtained in permeate of UF and a retentate of UF.
  • the permeate is sent to the next step which is the NF nanofiltration step.
  • the retentate of the uitrafi ⁇ traconstru is subsequently mixed with the permeate resulting from the NF.
  • the permeate obtained from the UF is subjected to the NF process to obtain a retentate (water, lactose and minerals) and a permeate (water and minerals).
  • the product obtained has a dairy profile and is very diluted.
  • the product although less sweet than the product of Example I, and although it has a slightly more latent profile, has a diluted consistency.
  • Example V ogia Determine if with additional processes of homogenization and pasteurization it is possible to retain more flavor compounds in the fat globules. result is still not acceptable, the product feels diluted and sweetness is deficient.
  • Example V ogia
  • the product obtained has a better milk profile, however the sweetness is perceived slightly below that of a pasteurized milk.
  • Standardization is performed at a level of 8% butyric fat.
  • the product has a better milk profile with a noticeable decrease in the sensation to dilute and the sweetness is similar to that of a fresh milk.
  • Enido has a better milk profile, however it is slightly below a pasteurized milk.
  • # EN product obtained has a better milk profile and sweetness practically equal to that of a pasteurized milk, improving the body but still with opportunity area vs a pasteurized milk.
  • the product obtained has a better milk profile and sweetness almost equal to that of a pasteurized milk, improving the body but still with an area of opportunity vs a pasteurized milk.

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Abstract

El objeto de la invención es un proceso de separación de lactosa de la leche para obtener leche deslactosada y aprovechamiento del subproducto que comprende una estandarización de la leche a tratar, la aplicación de un paso de ultrafiltración con el cual se obtiene un permeado que será tratado con nanofiltración para obtener un retentado de nanofiltración. Entre la ultrafiltración y la nanofiltración se da un paso de diafiltración.

Description

PROCESO PARA LA SEPARACION DE LA LACTOSA DE LA
LECHE PARA LA PRODUCCIÓN DE LECHE DESLACTOSADA Y APROVECHAMIENTO DEL SUBPRODUCTO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada con la industria lechera en general y con la industria del tratamiento de la leche para obtener leche deslactosada y valoración del subproducto en particular, y todavía más particularmente con la industria de tratamiento de leche por medio de diferentes medios de separación de los componentes tale como ios equipo de micro y nano filtración.
ANTECEDENTES DE LA INVENCI
Después de cierto tiempo, se ha podido observar en las poblaciones, hombres y mujeres que tienen problemas para digerir la lactosa, dis- acárido formado por glucosa y galactosa. Esta situación puede originar problemas leves de digestión, pero también problemas fuertes. Se ha intentado resolver este problema de varias maneras.
Y aunado a esto, se tiene una tendencia en un buen porcentaje de la población , como se puede ver en las bebidas refrescantes, a reducir la ingesta de carbohidratos en general y la de azucares en particular.
Una de las maneras es proporcionando a la persona con este problema de intolerancia a Sa lactosa, una enzima desdobladora de la lactosa, de manera externa y por ingestión oral, previo al consumo de algún producto lácteo. Esta solución es engorrosa y requiere de cierta programación y disciplina en el consumidor. Características no siempre está presente en el público objetivo de un producto que se quiere comercializar de manera extensa.
La otra opción consiste en aplicar la enzima lactasa en la leche fluida como un proceso para la obtención de un producto para consumo directo o para preparación de diferentes derivados de la leche, para asegurar su bajo contenido en lactosa. Con estos procesos que emplean lactasa en el producto le confieren un dulzor incrementado por la cantidad de galactosa que se obtiene, resultando en un producto no deseado por el consumidor.
En la patente US 5.334.399 se divulga una solución para resolver esta situación y consiste en agregar cloruro de potasio al producto donde se efectuó ia hidrólisis enzimática. Esta solución es práctica, pero muchas veces no es permitido por incumplimiento de las normas oficiales en algunos países.
Por otra parte, dicho procedimiento no permite la valorización de un componente que en esta situación no es deseado que permanezca en el producto y un proceso que permita quitar dicho componente cumpliría de una manera con mayores ventajas.
Como uno de estos procesos tenemos Sos que usan equipos con membranas (filtros) de diferente caiibre (tamaño de poro) para obtener diferentes procesos de filtración, entre ellos el de uStrafiítración. Dependiendo del tamaño de poro, la filtración se hace más selectiva en el siguiente orden de procesos llamados:
1. Mícrof iltración .- Usada para retener partículas dei tamaño de bacterias y esporas. Deja pasar proteínas, glóbulos de grasa, azucares, aminoácidos, minerales y agua.
2. Ultrafiltración. Usada para retener partículas del tamaño de proteínas y glóbulos de grasa. Deja pasar azucares, aminoácidos, minerales y agua.
3. Nanofittració . Usada para retener partículas deí tamaño de azúcares corno la sacarosa o azúcar de mesa. Deja pasar minerales y agua.
4. Osmosis Inversa. Deja pasar prácticamente sólo agua en conjunto con minerales muy sencillos.
Con este conocimiento no es todavía posible determinar un proceso de tratamiento de la leche para obtener una leche desíactosada con características organolépticas semejantes a la leche ultra- pasteurizada sin proceso de desiactosado.
Es decir, por ejemplo, un proceso conocido actualmente es el que tiene la siguiente serie de pasos:
Los equipos utilizados son de membranas capaces de realizar procesos de microfiitración, ultrafiltración, nanofiitración y osmosis inversa para el fraccionamiento de ¡os diferentes componentes en este caso de la leche. El proceso general para ía obtención de leches sin lactosa o reducidas en lactosa es:
Someter una leche descremada o parcialmente descremada ai proceso de ultraf iitración para ía obtención respectiva de un retentado y permeado.
> El permeado de la UF es sometido entonces al proceso de nano- íiltración para obtener de igual forma el respectivo retentado y per- meado.
> Se realiza un mezclado del retentado de la UF y el permeado de la NF.
Con estos dos procesos UF y NF se puede realizar una eliminación parcial o incluso casi total del contenido de lactosa en donde se pierde también parte de los minerales. Esta mezcla es sometida luego a un proceso de hidrólisis enzimática con ía enzima β-ga!actosidasa para terminar de reducir el contenido de lactosa generando glucosa y galactosa.
También se puede realizar la reconstitución de la leche usando sólo el retentado de Sa UF con ia adición de agua hasta el nivel deseado de proteína o incluir ei procesos de osmosis inversa para concentrar los minerales del permeado de la NF y ser usados en la reconstitución de ia leche.
Este proceso da por resultado una leche con características organolépticas extrañas para una leche normal y este proceso no toma en cuenta esta situación, además de la posibilidad de utilizar operaciones unitarias que encarecen el proceso de producción.
Efectivamente, un invento que demuestre qué etapas (micro, ultra y nanofiitración y osmosis inversa) son indispensables para lograr un proceso de deslactosado que logre la obtención de una leche deslac- tosada o sin lactosa con un perfil sensorial equivalente al de una leche pasteurizada normal (sin deslacíosar) , con una remoción parcial de ia lactosa por medios físicos en una primera etapa y la posterior eliminación de la lactosa remanente con ei uso de ia enzima íactasa (β-gaíactosidasa) y la obtención de una lactosa integra como subproducto, estará aportando al estado de la técnica conocimiento no existente actualmente y ameritará una patente para su protección. El documento de patente CA2701068 del inventor Vernazza, Francesco, divulga un método para obtener ¡eche con bajo contenido de azúcar a partir de leche, y que comprende al menos dos pasos: un primer paso en el cual la leche es sometida a una uitrafiltración de manera a producir, a la salida, un permeado de uitrafiltración y un retentado de uitrafiltración; y un segundo paso en el cual ei permeado de ultra- filtración es sometido a una operación de nanofiitración de manera a producir, a ¡a salida, un permeado de nanofiitración y un concentrado de nanofiitración. ES permeado de nanofiitración es continuamente reciciado directamente a la operación e nanofiitración de manera a diluir el retentado de ia uitrafiltración y obtener la leche baja en azucares a partir de esta última, En este método no se toma en cuenta las condiciones fisicoquímicas para lograr una leche con características organolépticas definidas.
El documento de patente mexicano PA/a/2004/011243, de JANNE- SAHLSTEIN, divulga un procedimiento para producir productos de leche sin lactosa. El procedimiento de ia invención está caracterizado por ias etapas de someter un producto de leche lácíeoa uitrafiltración (UF), nanofiitración (NF) y concentración por osmosis inversa, seguido por ia adición de sal al retenido de UF. El inconveniente de este método es la inclusión de un paso de adición de sal ai retentado del paso de uitrafiltración y el paso adicional de concentración por osmosis inversa que encarece el método.
En el documento mexicano de patente PA/a/2005/002049 se divulga un método consistente en la separación de los componentes de ia leche, el cual comprende las etapas de: hacer pasar la leche por un aparato de filtración en un flujo de una sola dirección; uitrafiltración de ia leche en una primera etapa de filtración usando medios de uitrafiltración para producir un primer filtrado líquido y un primer concentrado, en donde el contenido de lactosa del primer filtrado es de nomás del 5.5% en peso; nanofiitración del primer filtrado líquido en una segunda etapa de filtración utilizando medios de nanofiitración para producir un segundo filtrado líquido y un segundo concentrado, en donde e! contenido de lactosa del segundo filtrado es de nomás del 0,15% en peso; osmosis inversa del segundo filtrado líquido en una tercera etapa de filtración empleado medios de osmosis inversa para producir un tercer filtrado líquido y un tercer concentrado, en donde el contenido de lactosa del tercer concentrado no es mayor del 0,06% en peso; y en donde el primer filtrado, segundo filtrado y tercer filtrado son retirados del aparato de filtración a través de una primera salida, una segunda salida y una tercera salida respectivamente. Otra vez se tiene en el documento la aparición de un paso de osmosis inversa.
En la patente estadounidense 8.445,052 (Hoist et al) se describe un proceso para producir leche libre o sustancialmente libre de lactosa, preferiblemente sin la adición de agua, y ei producto obtenido por ei proceso. El proceso comprende los pasos de: a) u raf í itración de la leche original para obtener un primer permeado y un primer retentado; b) nanofiltración de dicho primer permeado para obtener un segundo permeado y un segundo retentado; mezclar ei primer retentado con ei segundo permeado para obtener una mezcla; y d) hidrolizar la lactosa remanente en dicha mezcla para obtener una leche hidrolizada. Ei proceso da por resultado un producto libre de lactosa con e! sabor de la leche original. El inconveniente de este proceso radica en que no toma en cuenta las características de la leche original en cuanto a la composición de grasas, proteínas y carbohidratos.
Puntualizando, los procesos del estado de ia técnica adolecen de los siguientes inconvenientes: o sólo emplean la etapa de UF y mezclan ei retentado con agua suavizada directamente para alcanzar los niveles de grasa y proteína deseados, haciendo con esto que dichos niveles generalmente serán más altos para poder obtener productos con un buen perfil sensoria!. 0 consisten en un proceso complicado y por ende mayor costo de operación al emplear 3 etapas de filtrado; UF, NF y osmosis inversa.
O llegan a adicionar sabor logrando un producto que de acuerdo a la normati vid ad mexicana dejaría de Mamarse leche y se tendría que denominar como leche saborizada.
O incorporan el uso de mayor cantidad de proteínas, por encima de 3,5%, lo cual lo hace incosteable para el mercado mexicano.
O son métodos o procesos que menores rendimientos por eliminar agua del producto y no reincorporarla en los proceso de filtración,
O hace uso de sales externas para recuperar las pérdidas de minerales lo cual incrementa el costo de! producto.
O no toman en cuenta ia recuperación de saies minerales y de posibles compuestos de aromáticos que son responsables total o parcialmente del sabor en la leche,
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN
Uno de los objetivos de ia presente invención es la de permitir una leche desiacíosada o sin lactosa con un perfil sensorial equivalente al de una leche pasteurizada normal sin deslactosar.
Otro de los objetivos fue el lograr ia anterior cualidad utilizando ios pasos esenciales de separación para disminuir los costos de producción. Aún otro objetivo, fue el de determinar el efecto en las características organolépticas de la concentración de los componentes naturales de la leche y las concentraciones que logran el primer objetivo planteado.
Todavía otro objetivo es e! de determinar la proporción entre retentado y permeado para obtener un perfil sensorial equivalente a! de una leche pasteurizada normal sin deslactosar,
Y todos aquellos objetivos y cualidades que se harán patente por medio de la presente descripción,
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
En pocas palabras, el proceso objeto de la presente descripción empieza con la estandarización de la leche a tratar.
La leche cruda es estandarizada al nivel de grasa requerido, es decir se establece un valor de 1.4 a 2.2%, preferentemente de 1.5 a 2.1, aún más preferible de 1.6 a 2.0, aún mejor de 1.7 a 1.9% de grasa butí ica.
Por su parte, ei nivel de proteina después de la estandarización es la siguiente: un valor de 2.9 a 3.7%, preferentemente de 3.0 a 3.8, aún más preferible de 3.1 a 3.5%, aún mejor de 3.2 a 3.4%,
Enseguida, esta leche es sometida al proceso de UF en donde se obtiene un retentado "concentrado de leche" (entre 4.7 a 5,3%, preferentemente entre 4.8 a 5.2%, y aún más preferible entre 4.9 a 5.1%}eí cual será mezclado posteriormente con el permeado resultante de la NF. Esta concentración se debe alcanzar en ei retentado en la etapa de ultrafiitración para poder obtener eí nivel de lactosa en la leche reconstituida.
En nuestro proceso, las proporciones en el paso de UF son: 55 a 63%, preferentemente 56 a 62%, aún más preferible 57 a 61%, aún mejor 58 a 60% de retentado; y para el perrneado de 37 a 45%, preferentemente de 38 a 44%, aún más preferible, 39 a 43%, aún mejor de 40 a 42%.
El perrneado obtenido de la ÜF es sometido al proceso de NF para ob- tener un retentado (agua, lactosa y minerales) y un perrneado (agua y minerales).
Para el paso de NF, nuestro proceso establece que se tenga las proporciones siguientes: en el retentado de 30 a 38%, preferentemente de 31 a 37%, aún más preferible de 32 a 36%, aún mejor de 33 a 35% de lo que entre; y para el perrneado de 62 a 70%, preferentemente de 63 a 69%, aún más preferible de 64 a 68%, aún mejor de 65 a 67%.
Ei proceso de diafiltración se utiliza prlmordialmente para hacer más eficiente la recuperación de las sales minerales y de posibles compuestos aromáticos que dan sabor, y se inicia cuando el nivel de lactosa es crítico (cristalización de lactosa en membranas) en el retentado de la NF, manteniendo los niveles de lactosa cercanos a este punto pero sin diluir de más el retentado.
En la diafiltración sólo se usa ei agua necesaria para poder restituir el agua que se va perdiendo durante todo ei proceso, de tal manera que ai mezclar el retentado de la UF y el perrneado de la NF se obtenga prácticamente el mismo volumen de leche con ei que se comenzó sólo obteniendo un menor rendimiento por ei ajuste de proteínas necesario para proveer un mejor perfil sensorial, La mezcla obtenida del retentado de la UF y ei perrneado de la NF "leche reconstituida" es después sometida al proceso de UHT para luego adicionarle la enzima necesaria por envase para hidroiizar la lactosa remanente.
Ei uso de perrneado de la UF de una leche provoca una limitante en la concentración del retentado de la NF, (entre lactosa y calcio), ya que se corre e! riesgo de cristalización en la membrana, por lo que se establece mantener una concentración del retentado entre 9 y 10°Bx, preferentemente de 10 a 11üBx, aún más preferible de 11 a 12, aún mejor de 12 a 13°Bx mientras se realiza eí proceso de Diafiltración. Para poder generar un dulzor similar a la leche pasteurizada normal a! momento de realizar la hidrólisis enzímática, paso que también incluye nuestro proceso, en ios pasos de UF y NF, se debe de remover un 35 y 40%, preferentemente entre un 36 y 39%, y aún más preferible entre un 37 a 38%; ia leche reconstituida deberá estar entre un 2.7 a un 3.5% de lactosa, preferentemente entre un 2,8 a 3.4%, y aún más preferible entre un 2.9 a 3.3% y mejor aún entre un 3.0 a 3.2% de lactosa.
Otro parámetro que define nuestro proceso es la proporción obtenida de retentado y permeado en el proceso de UF y NF. Nuestro proceso tiene las siguientes proporciones: Las proporciones en el proceso de UF son: 55 a 63%, preferentemente 56 a 62%, aún más preferible 57 a 61%, aún mejor 58 a 60 de retentado; y para el permeado de 37 a 45%, preferentemente de 38 a 44%, aún más preferible, 39 a 43%, aún mejor de 40 a 42%. Para el proceso de NF: en el retentado de 30 a 38%, preferentemente de 31 a 37%, aún más preferible de 32 a 36%, aún mejor de 33 a 35%: y para el permeado de 62 a 70%, preferentemente de 63 a 69%, aún más preferible de 64 a 68%, aún mejor de 65 a 67%.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La figura 1 es un esquema del proceso de la presente descripción, con todos ios pasos incluidos.
Ahora, pasaremos a hacer una descripción detallada de la invención, apoyándonos en los ejemplos que para tal fin se llevaron a cabo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La figura 1 es un esquema del proceso de la presente descripción, con todos los pasos incluidos. En ia figura 1 tenemos el tanque 1 de la leche semidescremada estandarizada. Esta leche es alimentada en el equipo de uSírafiitrado 2, esquematizando con la línea interrumpida diagonal la membrana, Con esta especificación podemos decir que la línea 2a conduce el retentado ai tanque 5. Por su parte ia línea 2b conduce el permeado de la UF ai tanque 3 de permeado.
La linea 3a conduce el permeado de del tanque de permeado al equipo de NF 4. Por su parte la línea 3b conduce el permeado con la adición de agua que se almacena en el tanque 7 de mezcla de retentado con el agua de diafilfración. El tanque 8 tiene el agua a inyectar al retentado de NF. La parte de! retentado que no se recircula se envía al tanque 8 donde se tiene la solución concentrada de lactosa.
El permeado de la NF se envía al tanque de mezclado 5 donde se mezcla con el retentado de UF, para dar por resultado el producto de leche desiactosado que se envía al tanque 8, leche que posteriormente recibe el paso de fraccionamiento enzimático de la lactosa.
El primer paso en el proceso de la presente invención es la estandarización de la leche a tratar. Esta estandarización se lleva a cabo jugando con dos componentes de la leche, uno de ellos es la concentración de grasa y la concentración de proteínas.
La leche cruda es estandarizada ai nivel de grasa requerido, es decir se establece un valor de 1.4 a 2.2%, preferentemente de 1.5 a 2.1, aún más preferible de 1.6 a 2.0, aún mejor de 1.7 a 1.9% de grasa butírica.
Por su parte, el nivel de proteína después de la estandarización es la siguiente: un valor de 2.9 a 3.7%, preferentemente de 3.0 a 3.8, aún más preferible de 3.1 a 3.5%, aún mejor de 3.2 a 3.4%.
El siguiente paso es la uitrafiítración , donde se obtiene in permeado de UF y un retentado de UF. El permeado se envía al siguiente paso que es el paso de nanofíltración NF. El retentado de la uitrafiítración es mezclado posteriormente con el permeado resultante de la NF. El permeado obtenido de la UF es sometido ai proceso de NF para obtener un retentado (agua, lactosa y minerales) y un permeado (agua y minerales).
EJEMPLOS
Ejemplo I
Ho.
Fecha Actividades
Prueba
M e t o d o í o g í a :
Uso de leche descremada (2 g/L).
♦ Concentración hasta 12.8% sólidos totales (ST) (8.26% proteína} utilizando el proceso de Ultra-
21 -
P1 filtración (UF).
Abr-14 ♦ Reconstitución de la leche utilizando el retentado y agua suavizada a ios valores de proteína iniciales de la leche (3.1%), dejando sólo 2.12% de lactosa.
♦ Tratamiento térmico de la leche -Proceso UHT- Hidrólisisenzimática (con la enzima β- galaciosidasa) de la lactosa remanente a meno del 1%,
esuitados:
El producto obtenido tiene un perfil lácteo y du ce muy diluido.
Mejorar el perfil incrementando el nivel de grasa a 1.6%.
En este ejemplo se partió de una leche descremada con un contenido de grasa butírica de alrededor de 2 g/L. No se utilizó ningún paso de nanofiltración y ¡a hidrólisis enzimática de la lactosa remanente se llevó a cabo hasta menos de 1%.
El resultado no fue deseable ya que el producto resulto muy dulce y muy diluido.
* Uso de leche descremada (2 g/L).
«• Concentración hasta 12.98% ST (8.14% proteína) utilizando e! proceso de UF,
<■ Reconstitución de la leche utilizando el retentado y agua suavizada a ios valores de proteína iniciales de la leche (3.1%), dejando sólo 2.2% de lactosa.
«- Estandarización a 1.6% de grasa butírica (G.B).
* Tratamiento térmico de la leche -Proceso UHT-
* Hidrólisis enzimática de la lactosa remanente a me¬
Iay-14 nos del 0.5%.
Resu liados :
* El producto obtenido tiene un perfil un poco más lácteo vs P1 pero sigue siendo menos dulce y diluido.
Siguientes pasos:
** Explorar la posibilidad de disminuir el uso de agua suavizada y reincorporación de sales y posibles compuestos de sabor que se pierden en el permeado de la UF por medio de ia inclusión del proceso de Nanoíiltración (NF),
En este ejemplo se utilizó la misma concentración de grasa butírica en la leche a tratar (2 gil). La concentración mediante la UF alcanza sensiblemente las mismas concentraciones de Sos componentes de la leche
El producto, aunque menos dulce que el producto del ejemplo I, y aunque tiene un perfil un poco más lateo, tiene una consistencia diluida.
jempf© U
Prueba exploratsva de proces o
Evaluar la íactibiíidad de proce sar el permeado de la UF con el proceso de NF, con l< a finalidad de ¡nejórar el perfil lácteo del producto al recuperar las sales y posibles compuestos de sabor, a demás de disminuir el uso de agua suavizada.
Metodología:
* Uso de leche descremada (2 g/L)
« Concentración hasta 9.51% ST (¿ í.2% prole na) u finzando eí proceso de UF,
♦ Uso del permeado de la UF para su procesa amiento
21 - por NF,
P3 * Concentración del retentado de \ a NF hasta 13.5°Bx
M a y - 14
máx (se detiene eí proceso en este punto).
Resultados:
* Se encuentra que si es factibíe r ealizar el proceso de NF utilizando ei permeado de UF y disminución de uso de agua suavizada para I a reconstitución de la leche sin adicionar lactosa al producto r econsti- luido.
Siguientes pasos:
*- Realizar prueba utilizando eí prc ¡ceso de UF y NF.
En este ejemplo, la concentración de grasa butírica en la leche de arranque sigue siendo ia misma, pero la concentración en sólidos to- tales finales y protema es más baja lo cual significa que se eliminó menos agua con el paso de uitrafütración , porque posteriormente se va a aplicar un paso de nanoíiltración a! permeado.
Se encuentra que si es íactibie realizar el proceso de NF utilizando el permeado de UF y disminución de uso de agua suavizada para ia reconstitución de ia leche.
Ejemplo SV
M & t o d © S o g f :
* Uso de leche descremada (2 g/L).
& Concentración hasta 14.32% ST (8.58% proteina) utilizando el proceso de UF.
Procesamiento del permeado de UF por medio de la NF.
Concentración del retentado de NF hasta 12% de lactosa.
* Reconstitución de la leche utilizando e! retentado de UF, el permeado de NF y agua suavizada a ios valores de proteina iniciales de la leche (3.2%), dejando sólo 1 ,7% de lactosa.
*· No se realiza estandarización a un nivel de 1.6 % de grasa butírica con la finalidad de poder comparar contra el producto obtenido con sólo ia UF (P1).
«- Tratamiento térmico de la leche -Proceso UHT-
* Hidrólisis enzimática de ia iactosa remanente a menos del 0.5%.
lay-14
Resultados:
»- El producto obtenido mejora su perfil lácteo con el uso de estos dos procesos vs el de ia P1 , pero aún se percibe menos dulce y diluido.
Siguientes pasos:
* Determinar la cantidad mínima de lactosa remanente en ia leche reconstituida para poder tener el mismo dulzor que la leche inicial.
** Ver ia factibiiidad de usar desde un inicio leche se- midescrernada de 16g/L
* Determinar si con procesos adicionales de homoge- neización y pasteurización se logra retener más compuestos de sabor en los glóbulos de grasa. resultado todavía no es aceptable, se siente diluido el producto y dulzor es deficiente. Ejemplo V ogia:
* Uso de leche descremada (16 g/L).
* Pasteurización y bomogeneización de ia leche
(72°C/16s a 170bar)
« Concentración hasta 16.11% ST (8.7% protefna) utilizando el proceso de UF (ver texto en cursivas en el apartado de resultados*).
%. Procesamiento del permeado de UF por medio de la N F .
Concentración dei retentado de NF hasta 9.18% de lactosa.
«. Reconstitución de ¡a leche utilizando el retentado de UF, el permeado de NF y agua suavizada a los valores de proteína iniciales de ia leche (3.2%), con 2.52% de lactosa (se tuvo que estandarizar a este nivel de lactosa*).
*■ Ajuste de H por medio de ácido láctico, debido a que se pierde acidez durante todo el proceso de filtración.
«· Tratamiento térmico de la leche -Proceso UHT- *> Hidrólisis enzimática de la lactosa a menos de!
P5 0.5%,
Jun-14
Resultados:
El producto obtenido tiene un mejor perfil lácteo, sin embargo el dulzor se percibe ligeramente por debajo al de una leche pasteurizada.
* Al parecer el proceso de pasteurización y homogeneización no contribuye de manera perceptible a la mejora del perfil pero si complica la operación y costo.
- Se percibe mayor beneficio utilizando leche semi- descremada aunque:
*Con el uso de leche semidescremada se encuentra que la curva utilizada en el equipo de métodos rápidos (Milkoscan) no es ia adecuada el observarse datos atípleos durante el seguimiento del proceso c UF, ebido a esto el producto se concentró de más en el paso de UF obteniendo lo valores antes mencionados.
sgyíentes pa¡
Elaborar una curva específica en el Mükoscan para obtener datos confiables durante e! proceso de con- centración ai iniciar con una leche semidescremada, ¾ Explorar la posibilidad de incorporar el proceso de Díafiltración en la etapa de NF para mejorar !a recuperación de sales minerales y de compuestos aromáticos y así eliminar e! uso directo de agua suavizada.
de proces¡
Validar la curva elaborada en el equipo iikos- can, monitoreando los datos arrojados a ía par co el método de titulación de proteina.
Explorar el proceso de Diaftltración en la etapa de NF con ía finalidad de mejorar el perfil lácteo de! producto y hacer más eficiente la recuperación de las saíes y posibles compuestos aromáticos y con esto eliminar el uso de agua suavizada directamente en la reconstitución al obtener el mismo volumen de per- meado de la UF.
Uso de leche descremada (2 g/L).
Concentración hasta 10,54% ST (4.69% proteina)
25- utilizando el proceso de UF.
J u n■ 14 Procesamiento del permeado de UF por medio de la
NF y Díafiltración .
Concentración del retentado de NF usando el proceso de Díafiltración al momento que se marcan 12 - 13°Bx en el retentado evitando que se sobrepasen estos valores y hasta que se recupera el mismo volumen del permeado de la UF. La concentración del permeado de NF final queda en 7,26% de lactosa. Reconstitución de la leche utilizando el retentado de UF, y ei permeado de NF diafiíírado a los valores de proteina iniciales de la leche (3.07%) dejando sólo 3.26% de lactosa.
Se realiza estandarización a un nivel de ,8% de grasa butírica.
> Tratamiento térmico de la leche -Proceso UHT- ; Hidrólisis enzirnáíica de la lactosa remanente a menos del 0,5%, Resu liados :
# El producto presenta un mejor perfil lácteo con una disminución perceptible en la sensación a diluido y el dulzor es similar al de una leche fresca.
* Se corrobora el buen funcionamiento de ia curva generada para este proceso de concentración.
* Se observa factible y benéfico el uso del proceso de Diafiltración .
Siguientes pasos:
# Realizar el proceso utilizando de inicio leche sems- descremada.
* Utilizar la curva generada en el Milkosean para leches concentradas.
# Utilizar el proceso de Diafiltración en ia etapa de NF,
enido tiene un mejor perfil lácteo, sin embargo ei dul igeramente por debajo ai de una leche pasteurizada.
Figure imgf000017_0001
en e! cuerpo y un poco en dulzor.
Siguientes pasos;
* Mejorar e! nivel de dulzor tratando de alcanzar un nivel de 3.1 +/- 1% de lactosa en Sa leche reconstituida.
*. Lograr menor amplitud de variación de ios °Bx durante el proceso de Diaf iltración manteniendo las lecturas en ei límite superior, es decir entre 12 a 13°Bx.
En este ejemplo se tuvo lo siguiente:
E! producto obtenido tiene un mejor cuerpo, perfil lácteo y dulzor similar al de una leche pasteurízada vs la P6, pero todavía presenta área de oportunidad en el cuerpo y un poco en dulzor. lo Vil!
Metodología:
* Uso de leche semidescrernada (18 gil).
«- Concentración del retentado hasta 13.05% ST
(5.02% proteína) utilizando el proceso de UF.
* Procesamiento de! permeado de UF con NF y Diaíiitración.
* Concentración final del retentado de NF con uso de la Diaíiitración a 7.68% de lactosa (10.13% ST), tratando de no pasar ei valor de 13°Bx durante la Día- filtración (ios °Bx varían de 10 a 12.5}.
* Reconstitución de ¡a leche usando el retentado de
01 -Ju! UF más permeado diaíiltrado de NF a los valores de proteina iniciales de la leche (3.26%), quedando 14 sólo 3,27 % de lactosa.
* Se realiza ajuste de pH en leche reconstituida.
* Tratamiento térmico de ia leche -Proceso UHT-
* Hidrólisis enzimática de ia lactosa remanente a menos de! 0,5%
Resultados:
# ES producto obtenido tiene un mejor perfil lácteo y dulzor prácticamente igual al de una leche pasteuri zada, mejorando el cuerpo pero todavía con área dí oportunidad vs una leche pasteurizada.
* Se logra disminuir la amplitud de variación del °Bx pero se tiene que seguir cerrando ia variación
Figure imgf000019_0001
Los resultados de esta prueba fueron:
El producto obtenido tiene un mejor perfil lácteo y dulzor prácticamente igual al de una leche pasteurizada, mejorando el cuerpo pero todavía con área de oportunidad vs una leche pasteurizada.
Se logra disminuir la amplitud de variación de! Bx pero se tiene que seguir cerrando la variación.
M e t o d o f o g í a :
* Uso leche con grasa de 1.4%, debido a que en las pruebas anteriores se observa que ia grasa incrementa en la leche reconstituida dependiendo del nivel de concentración deseado en el retentado de UF.
* Concentracióndei retentado hasta 14.14% de sólidos totales (5.81% proteína) utilizando el proceso de UF.
* Procesamiento del perrneado de UF con NF y Diaíiltración.
* Concentración fina! de! retentado de NF con uso de la Diafiltración a 9.59% de lactosa (12,94% ST), tra¬
16-Jul-
P9 tando de no pasar e! valor de 13°Bx durante ia Dia¬
14 filtración (ios °Bx varían de 10.5 a 12.5).
* Se realizan dos reconstituciones a diferentes niveles de proteína {3.2 y 3.5 %) usando el retentado de UF mas perrneado díafiltrado de NF, quedando sólo 2,91% de iactosa en 3.2% de proteína y 3.03% de lactosa en la de 3.5% de proteína, ambas a 1.6% de g asa.
* Tratamiento térmico de la leche -Proceso UHT-
* Hidrólisis enzimática de ia lactosa remanente a menos del 0.5%.
Resultados:
* Los productos obteni >s tienen un mejor perfil lácteo, encontrándose iqeramente meior el de 3.5 % de proteína pero con una ligera falta de cuerpo
* Se logra controlar mejor la amplitud de
¡guíenles pasos:
Realizar reconstituciones de leche a diferentes niveles de proteína y de grasa (hasta 1,8% G.B para seguir siendo sernidescremada)
El resultado de este tratamiento fue los productos obtenidos tienen un mejor perfil lácteo, encontrándose ligeramente mejor e! de 3.5 % de proteína pero con una ligera falta de cuerpo.
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000021_0001
paración con la encontrada con ia grasa de 1.8 a 1.8%.
Figure imgf000021_0002
Se hace constar que ei mejor método conocido por el solicitaníe para ílevar a cabo la invención es el que resulta de la presente descripción.
E! invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en ia materia pueda reproducir y obtener ios resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embar- go, cualquier persona hábil en el campo de Sa técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en un proceso de deslactosado de leche, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichos sistemas deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.

Claims

R E I V i N D I C A C t O M E S Habiendo descrito el invento, se considera como novedad y se recia- ma por tanto como propiedad, So contenido en las siguientes cláusulas reivindicatorías.
1. Proceso para la separación de la iactosa de la leche para la ducción de leche desíactosada y aprovechamiento de! subproducto, del tipo que comprende una estandarización de la leche a tratar, la aplicación de un paso de ultrafiltración UF, e! permeado obtenido de ía aplicación se la UF es sometido aS proceso de NF para obtener un retentado de nano filtración, entre la UF y la NF, se da un paso de diafiltrado, caracterizado porque ia estandarización se ISeva a cabo para proporcionarle a la leche a desiactosar un contenido de grasa de entre 1.4 a 2.2%, preferentemente de 1.5 a 2.1, aún más preferible de 1.6 a 2.0, aún mejor de 1.7 a 1.9% de grasa butírica y un contenido de proteina de entre 2.9 a 3.7%, preferentemente de 3.0 a 3.6, aún más preferible de 3,1 a 3.5% y aún mejor de 3.2 a 3,4%; e! paso de UF está diseñado para lograr un retentado de 55 a 63%, preferentemente 56 a 82%, aún más preferible 57 a 61%, aún mejor 58 a 60% y obviamente un permeado de 37 a 45%, preferentemente de 38 a 44%, aún más preferible, 38 a 43%, aún mejor de 40 a 42%.
2. Proceso para ia separación de la lactosa de la leche para ia producción de leche desíactosada y aprovechamiento del subproducto, tai y como se reclama en la reivindicación anterior, caracterizado además porque el paso de n anofiltr ación tiene las proporciones siguientes: en el retentado de 30 a 38%, preferentemente de 31 a 37%, aún más preferible de 32 a 36%, aún mejor de 33 a 35% de ío que entre; y para el permeado de 62 a 70%, preferentemente de 63 a 69%, aún más preferible de 64 a 68%, aún mejor de 65 a 67%.
3. Proceso para la separación de la iactosa de la leche para la ducción de leche desíactosada y aprovechamiento del subproducto, tai y como se reclama en la reivindicación 1, caracterizado también porque el paso de diafiltrado se inicia cuando el nivel de lactosa es crítico (cristalización de lactosa en membranas) en el retentado de la NF, manteniendo los niveles de lactosa cercanos a este punto pero sin diluir de más el retentado, para hacer más eficiente ia recuperación de las sales minerales y de posibles compuestos aromáticos que dan sabor, sólo se usa el agua necesaria para poder restituir el agua que se va perdiendo durante todo ei proceso, de tai manera que ai mezclar el retentado de la UF y ei permeado de la NF se obtenga prácticamente el mismo volumen de leche con el que se comenzó sólo obteniendo un menor rendimiento por el ajuste de proteínas necesario para proveer un mejor perfil sensorial.
4. Proceso para la separación de ia lactosa de la leche para ia producción de leche desiactosada y aprovechamiento del subproducto, tal y como se reclama en ia reivindicación anterior, caracterizado también porque en ei retentado de la nanofiliración se mantiene una concentración del retentado entre 9 y 10°Bx, preferentemente de 10 a 11°Bx, aún más preferible de 11 a 12, aún mejor de 12 a 13°Bx mientras se realiza e! proceso de Diafsitración.
5. Proceso para ia separación de ia lactosa de la leche para ia producción de leche desiactosada y aprovechamiento del subproducto, tal y como se reclama en la reivindicación 1, caracterizado también porque el paso de UF y NF se debe de remover un 35 y 40%, preferentemente entre un 38 y 39%, y aún más preferible entre un 37 a 38%; la leche reconstituida deberá estar entre un 2.7 a un 3,5% de lactosa, preferentemente entre un 2.8 a 3.4%, y aún más preferible entre un 2.9 a 3.3% y mejor aún entre un 3.0 a 3.2% de lactosa.
6. Proceso para ia separación de la lactosa de ia leche para la producción de ieche desiactosada y aprovechamiento del subproducto, tai y como se reclama en la reivindicación 1, caracterizado también porque las proporciones en el en el proceso de UF son: 55 a 63%, preferentemente 56 a 82%, aún más preferible 57 a 61%, aún mejor 58 a 80 de retentado; y para el permeado de 37 a 45%, preferentemente de 38 a 44%, aún más preferible, 39 a 43%, aún mejor de 40 a 42%.
7. Proceso para la separación de la lactosa de la leche para ia producción de leche desiactosada y aprovechamiento del subproducto, tai y como se reclama en ia reivindicación 1, caracterizado también porque en el proceso de NF, en el retentado se tiene un porcentaje de 30 a 38%, preferentemente de 31 a 37%, aún más preferible de 32 a 36%, aún mejor de 33 a 35%; y para el permeado de 62 a 70%, preferentemente de 83 a 69%, aún más preferible de 64 a 68%, aún mejor de 85 a 67%.
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