La manipulación de las proteínas de suero de quesería

El sector lácteo es uno de los pilares de la industria alimentaria y el quesero, en concreto, se sitúa actualmente en una fase relevante de desarrollo y expansión en el mercado global. Los avances en este sector son paralelos al crecimiento en la producción de suero lácteo, uno de los principales subproductos de la industria, y también una materia prima valiosa.

El suero de quesería, suero de la leche o lactosuero, es el líquido que se obtiene tras la coagulación de la leche. A pesar de tener una composición nutricional excepcional, durante años fue tratado como un producto de deshecho que se aprovechaba en la alimentación animal o directamente era tirado sin ningún control específico. Su elevado contenido en materia orgánica, de un alto poder contaminante, convierte su vertido en un problema medioambiental importante, por lo que hoy por hoy se considera como un subproducto o residuo en su tratamiento y gestión, y se prohíbe su evacuación como vertido de aguas residuales.

En la línea vigente de responsabilidad medioambiental y aprovechamiento de residuos de producción, la industria viene dándole un mayor valor añadido al lactosuero, de modo que ya no se contempla como un subproducto, sino como coproducto de la industria láctea, y los esfuerzos se orientan a lograr desarrollar métodos para mejorar la reutilización y valorización de sus preciados componentes.

Debido a su alto valor nutritivo (relevante contenido de proteína, lactosa, grasa, minerales -calcio y fósforo-) y a la funcionalidad de sus componentes, existen numerosas tecnologías que permiten potenciar la valorización del lactosuero, que centran los esfuerzos en aprovechar aquellos nutrientes que resultan más atractivos desde el punto de vista nutricional y económico.

Estas posibilidades de valorización van desde aquellas más tradicionales, como la obtención de productos lácteos y bebidas, a las más novedosas, basadas en la producción de biogás mediante digestión anaerobia, generación de energía eléctrica, etc.

En la mayoría de los casos, para implementar estas tecnologías se emplean equipamientos e infraestructuras con grandes costes de instalación y consumos. En consecuencia, este tipo de valorización no es accesible para muchas de las compañías del sector quesero español. Sin embargo, existen alternativas más viables para parte de las empresas del sector quesero que se concentran en el aprovechamiento de uno de los nutrientes esenciales del lactosuero: las proteínas séricas. Estas se caracterizan por ser una magnifica fuente nutricional porque son fácilmente digeribles y poseen un valor biológico muy alto, superior incluso al de otras proteínas de la dieta, y también por su contenido de aminoácidos esenciales.

Junto con sus propiedades nutritivas, las proteínas séricas pueden desempeñar un papel importante en muchos alimentos, pues son capaces de influir en características como color, sabor, textura, apariencia y viscosidad. Aquellas propiedades fisicoquímicas que afectan al comportamiento de las proteínas en los alimentos durante su procesado, almacenamiento, preparación y consumo se conocen como propiedades funcionales.

En particular, estas proteínas se caracterizan porque poseen una buena solubilidad en un amplio rango de pH, crean viscosidad gracias a su capacidad de retener agua, forman geles, ligan grasa, son agentes emulsionantes y espumantes, además de que mejoran el color, el sabor y la textura. Todo ello las hace muy útiles para su aplicación en la elaboración de alimentos tan variados como productos de panadería, pastelería y confitería, productos lácteos, cárnicos, pesqueros, aperitivos, bebidas, salsas, cremas, etc.

Es por todo esto que las técnicas basadas en el aprovechamiento de las proteínas séricas están cada vez más presentes en la industria láctea, desde las tecnologías de separación selectiva fundamentadas en la filtración tangencial, hasta técnicas más innovadoras como la microparticulación.

Con las tecnologías de separación selectiva se puede llevar a cabo la concentración de las proteínas séricas mediante filtración por membranas, con lo que se obtienen diferentes productos en función del tipo de tecnología empleada. En la actualidad, el uso de la ultrafiltración permite obtener concentrados de proteínas séricas (WPC) con diferentes contenidos proteicos que se pueden posteriormente deshidratar o emplear como materia prima para otros procesos.

Por su parte, la microparticulación es una tecnología que se define como el proceso por medio del cual un concentrado de proteínas se somete a un tratamiento térmico en condiciones de estrés mecánico, de manera que las fuerzas de cizalla evitan que se forme una matriz gelificada y dan lugar al desarrollo de pequeños agregados de proteínas séricas. Es decir, que con determinadas condiciones se consigue desarrollar una tecnología que posibilita la modificación estructural de las proteínas séricas mediante desnaturalización proteica y agregación controlada por la aplicación de esfuerzos mecánicos intensos.

Con este proceso de microparticulación se puedan obtener agregados proteicos con un tamaño de partícula entre 0,5 y 10 µm, similar al tamaño de los glóbulos de grasa, lo que facilita su inclusión en matrices proteicas, comportándose como un sustituto potencial de la grasa en determinados productos alimentarios.

En el Aula de Productos Lácteos y Tecnologías Alimentarias (APLTA) hemos trabajado durante años en el estudio del proceso de microparticulación, generando conocimiento sobre el propio proceso, así como sobre las posibles aplicaciones de este nuevo ingrediente en diferentes matrices alimentarias (quesos, yogures o masas panaderas).

Los primeros trabajos del APLTA con esta tecnología se dirigieron a comprender los diferentes procesos y tecnologías disponibles en el mercado, al igual que en investigar y analizar cómo obtener microparticulados con diferentes características y funcionalidades modificando factores en su composición y/o proceso.

Uno de los principales trabajos realizados en APLTA fue el diseño, en colaboración con la empresa Perinox S.A., de un equipo de microparticulación que emplea una tecnología basada en el control del proceso de calentamiento y cizalla.

Como se ha apuntado anteriormente, el proceso de microparticulación consiste en modificar estructuralmente las proteínas del suero mediante desnaturalización y agregación controlada. La mayor parte de las proteínas del suero se desnaturalizan a temperaturas entre 70 ºC y 90 ºC, produciéndose en primer lugar una desnaturalización y después una agregación proteica.

Durante el proceso de desnaturalización tiene lugar el desplegamiento de las moléculas, la ruptura de los enlaces intramoleculares y la exposición de los grupos reactivos sin que exista ruptura de la estructura primaria. Posteriormente, durante la agregación, se agrupan los residuos de cisteína y los grupos hidrófobos, y se forma así una red tridimensional.

La etapa de desnaturalización es una etapa reversible, no obstante, la agregación produce geles irreversibles térmicamente debido a los puentes disulfuros formados durante el calentamiento.

En el proceso de microparticulación se pretende conseguir una agregación controlada de las proteínas séricas a través del control del tratamiento térmico y la cizalla. Para conseguir este proceso de microparticulación, las diferentes empresas fabricantes de equipamiento han diseñado varias tecnologías que permiten conseguir los agregados proteicos con un tamaño controlado.

En el APLTA se han evaluado tipos de proceso de microparticulación en una y en dos etapas; el diseño del equipo de microparticulación de Perinox S.A., actualmente disponible en nuestras instalaciones, se fundamenta en la microparticulación en doble etapa.

Durante la investigación destinada al diseño de este equipamiento, se valoraron numerosos factores que tienen efecto directo sobre las características finales de las partículas de microparticulado. En concreto, los factores mejor estudiados han sido: temperatura y tiempo de calentamiento, tiempo de mantenimiento a la temperatura de tratamiento, velocidades de cizalla, presión de homogeneización, composición del suero de partida (proteína, pH, lactosa).

Las propiedades físicas del microparticulado, que nos permiten conocer de modo rápido y directo sus características, son el tamaño de las partículas obtenido y el grado de desnaturalización proteica.

Es destacable el hecho de que el nivel de proteína del suero de partida afecta al tamaño de partícula de manera directa de modo que, para conseguir tamaños de partícula menores, es necesario partir de contenidos en proteína más elevados. Al disminuir el contenido en proteína, los agregados se vuelven más grandes y porosos mientras que, al aumentar este contenido, se producen agregados más pequeños y compactos (figura 1).

Por todo lo expuesto, para alcanzar una mayor optimización del proceso de microparticulación, este debe ir siempre acompañado de una tecnología previa de separación selectiva que posibilite una concentración de la proteína y una estandarización del suero.

Tras estas investigaciones, se ha podido concluir que la elaboración de microparticulado es un proceso que debe ser estandarizado para cada materia prima y adaptado a la aplicación final que se le vaya a dar al producto. Es importante destacar que el proceso de microparticulación no se basa en elaborar partículas inertes, sino partículas que sean capaces de integrarse e interaccionar con el resto de componentes que forman la matriz del alimento.

En el Aula de Productos Lácteos y Tecnologías Alimentarias de la Universidad de Santiago de Compostela disponemos de diferentes tecnologías de separación selectiva y del equipamiento de microparticulación de Perinox S.A. descrito, que son accesibles para realizar estudios completos del proceso, además de un conocimiento del mismo que nos permite realizar el asesoramiento en el diseño de la línea de aprovechamiento del lactosuero.