4.1 INTRODUCCIÓN

El lactosuero es uno de los materiales más contaminantes que existen en la industria alimentaria. Cada 1,000 litros de lactosuero generan cerca de 35 kg de demanda biológica de oxígeno (DBO) y cerca de 68 kg de demanda química de oxígeno (DQO). Esta fuerza contaminante es equivalente a la de las aguas negras producidas en un día por 450 personas (Jelen, 1979).

Más aún, no usar el lactosuero como alimento es un enorme desperdicio de nutrimentos; el lactosuero contiene un poco más del 25 % de la proteínas de la leche, cerca del 8 % de la materia grasa y cerca del 95 % de la lactosa. Como se mostró anteriormente, por lo menos el 50 % en peso de los nutrimentos de la leche se quedan en el lactosuero.

Los mismos 1,000 litros de lactosuero a los que nos referimos arriba contienen más de 9 kg de proteína de alto valor biológico, 50 kg de lactosa y 3 kg de grasa de leche. Esto es equivalente a los requerimientos diarios de proteína de cerca de 130 personas y a los requerimientos diarios de energía de más de 100 personas.

En términos de composición y de valor energético, los sólidos del lactosuero son comparables a la harina de trigo, como se muestra en la Tabla 7.

Por consiguiente, es importante que la industria de quesería tenga un portafolio de opciones para usar el lactosuero como base de alimentos, preferentemente para el consumo humano, con el fin adicional de no contaminar el medio ambiente y de recuperar, con creces, el valor monetario del lactosuero.

Ahora bien, no todos los lactosueros son iguales. Una de las diferencias principales entre ellos es su composición, que depende no solamente de la composición de la leche para quesería y del contenido de humedad del queso sino, de manera muy significativa, del pH al que el lactosuero se separa de la cuajada.

Los lactosueros de quesos más ácidos tienen mayor contenido de minerales que los lactosueros de quesos menos ácidos, como lo muestra la Tabla 8. Como veremos más adelante, esto tiene implicaciones importantes a la hora de procesar el lactosuero para convertirlo en un requesón, en una bebida, o en otro alimento.

Por otro lado, la "capacidad de amortiguamiento" (la variación del pH como función de las cantidades añadidas de ácidos y bases fuertes) de un lactosuero está deteminada principalmente por las concentraciones de lactato y fosfato (Jeness et al., 1974), por lo que también depende del pH al que el lactosuero fue separado de la cuajada durante la fabricación de queso. Estas propiedades son importantes durante el tratamiento térmico y la precipitación de proteínas lactoséricas para elaborar requesones y, desde luego, también dependen de otros factores tales como la concentración de sólidos en el lactosuero.

La Tabla 9 muestra la composición de un lactosuero típico. Aquí cabe resaltar que la proteína en los lactosueros incluye la fracción denominada glicomacropéptido, que constituye aproximadamente el 4% de la caseína total y que pasa al lactosuero debido a la acción enzimática del cuajo o renina sobre la k-caseína. Esta fracción representa cerca del 13 % de la proteína total (N x 6.38) en un lactosuero típico.

Además del glicomacropéptido, en un lactosuero la fracción coagulable por calor consiste predominantemente de las proteínas b-lactoglobulina y a-lactalbúmina. La fracción denominada proteosa-peptona y los compuestos a base de nitrógeno no protéico no son coagulables mediante tratamientos térmicos ni mediante manipulación del pH pues, además de ser termoestables, son solubles en su punto isoeléctrico.

El costeo de los lactosueros es un juicio de valor. Algunas personas piensan que su costo debe ser muy cercano a cero, puesto que la fabricación del queso tradicionalmente absorbe el 100% del costo de la leche y los demás ingredientes. Sin embargo, aquí se ha adoptado el criterio de que el lactosuero tiene valor monetario distinto de cero, tanto por el valor intrínseco de sus componentes, como por la funcionalidad de los lactosueros y sus derivados. Además, siempre y cuándo se le de un uso comercial al lactosuero, el reconocimiento de que tiene valor monetario permite deducir la cifra correspondiente del costo de la leche, haciendo que el costo de fabricación del queso sea no sólo más cercano a la realidad, sino significativamente menor.

Aún en este caso, las cifras a usar siguen siendo juicios de valor. Por ejemplo, si se usa como criterio el valor monetario intrínseco de los componentes del lactosuero por separado, costearíamos la grasa de leche a ~ US $ 1.5 - 2.0/kg, la lactosa y los minerales a ~ $ 0.30/kg y las proteínas a un valor menor, pero cercano, al que cuestan las proteínas lactoséricas en forma de lactosuero en polvo. Un valor razonable es ~ US $ 4/kg.

Bajo este criterio, el valor monetario del lactosuero de quesos blancos pasteurizados sería de ~US $0.06/l. En otras palabras, el lactosuero representaría cerca del 25% del valor monetario de la leche a partir de la cuál se obtuvo. Sin embargo, la funcionalidad de estos componentes; es decir, lo que se puede hacer con ellos con un cierto valor agregado, es menor que la funcionalidad de los mismos componentes en la leche. Por este motivo, es prudente tomar como valor monetario, para fines de costeo del lactosuero como materia prima, una fracción de la cifra obtenida basándose en el valor intrínseco de los componentes por separado. Desde esta perspectiva, un valor razonable es el 50 % del valor mencionado arriba; es decir, ~ US $ 0.03/l.

Es posible llegar a cifras similares, basándose en factores tales como el precio, en América Latina, del lactosuero en polvo importado o nacional de la misma composición, el costo de transporte y procesamiento del lactosuero fluido (bombeo, almacenamiento, enfriamiento o pasteurización, secado, etc.), o el costo de arrojar el lactosuero fluido sin tratamiento al medio ambiente.

Tomando todo en consideración, la cifra de US $0.03/l es razonable desde los puntos de vista comercial y tecnológico. Esta cifra es cercana al 10 % del valor comercial de la leche fluida entera de vaca, cruda (bronca), a puerta de planta. Es importante recordar que, en términos de peso, el lactosuero fluido de quesos blancos pasteurizados contiene el 50 % de los sólidos de la leche.

4.2 REQUESONES

El propósito de esta sección es proporcionar bases sólidas y razonablemente detalladas para ayudar a los empresarios queseros a desarrollar productos económicos y deseables para los consumidores, a base de estructuras producidas por coagulación de las proteínas lactoséricas mediante acidificación, tratamientos térmicos y calcio. Estos productos reciben varios nombres, tales como requesón, ricottone y Ricotta. Emplearemos aquí el término requesón para referirnos a todos ellos.

En términos sencillos, aquí se trata básicamente de recuperar la mayor cantidad posible de la proteína en el lactosuero y de diseñar cuidadosamente el pH y el contenido de humedad y de calcio en el producto terminado. El mecanismo principal para la elaboración de requesones es la desnaturalización controlada de las proteínas en el lactosuero. Sin embargo, el reto no es trivial pues el producto debe tener ciertos atributos específicos, sensoriales y de textura, esperados por los consumidores.

En este sentido, siguiendo la definición de Haschemeyer y Haschemeyer (1973), el término "desnaturalización" se aplica a "cualquier proceso, que no involucre la ruptura de enlaces peptídicos, que cause un cambio en la estructura tridimensional de una proteína, a partir de la forma que existe en su estado "nativo", incluyendo entre esos procesos la ruptura de enlaces -S-S- o la modificación química de ciertos grupos en la proteína, siempre y cuando estas alteraciones vayan acompañadas de cambios en la estructura tridimensional general".

Claramente, dado el inmenso número de posibilidades, tanto en cuanto a mecanimos moleculares como a sus efectos y a los enfoques metodológicos de estudio, el concepto de desnaturalización es muy amplio y un tanto difuso. Por ejemplo, la desnaturalización puede ser parcial o total, y en algunos casos puede ser reversible, aunque esto es también cuestión de grado.

Las proteínas lactoséricas se pueden desnaturalizar elevando la temperatura a un valor suficientemente alto y generalmente ya se comienzan a ver algunos efectos entre 60 y 70^oC. Por ejemplo, en el caso de la leche se ha observado que hay desnaturalización incipiente bajo condiciones usuales de pasteurización de la leche (Dannenberg y Kessler, 1988; Lau et al., 1990). En algunas proteínas, como las lactoséricas, la desnaturalización a altas temperaturas promueve la ruptura de enlaces -S-S- o las reacciones de intercambio -SH/-S-S-, particularmente a valores alcalinos de pH, pero, fuera de estas reacciones que involucran a los aminoácidos cisteína y cistina, en general el calor solamente afecta a interacciones no covalentes. Algunas de éstas son extremandamente importantes en la fabricación de requesones.

Lo que esto significa es que, al hablar de desnaturalización térmica en procesos de elaboración de requezón, debemos estar atentos siempre a los posibles efectos de la desnaturalización inducida también por los cambios usuales en pH. Estos efectos pueden variar en un rango muy amplio, desde cambios conformacionales menores hasta la generación de conformaciones prácticamente aleatorias. Desde luego, hay que promover los que contribuyen a nuestros propósitos y evitar hasta donde sea posible los que tienen consecuencias indeseables.

Como bien señalan Kilara y Harwalkar (1996), el concepto un tanto "elusivo" de desnaturalización tiene diferentes connotaciones para técnicos y científicos de distintas especialidades. Generalmente, el problema principal para llegar a una definición específica o a una medición numérica que sea útil como referencia en la práctica industrial es la falta de capacidad para reconocer e interpretar el fenónemo cuando se estudia, el enfoque metodológico, o ambas cosas.

De cualquier forma, se trata de procesos en los que se cambia el arreglo espacial o conformación de las cadenas de polipéptidos, a partir del arreglo típico de la proteína nativa y hacia un arreglo más desordenado. El cambio siempre requiere energía, que puede provenir de distintas fuentes, generalmente calor. Desde esta perspectiva, podemos considerar a la desnaturalización más bien como un proceso físico, aunque agentes químicos tales como algunos ácidos o algunos metales puedan causar cambios físicos en la alineación molecular y afectar así las interacciones intermoleculares y las propiedades funcionales.

Uno de los objetivos aquí es proporcionar sustento científico y tecnológico para estimar cifras razonables de recuperación (factores de conversión) de las proteínas, así como de materia grasa, lactosa y minerales, como función de la composición inicial del lactosuero, del tratamiento térmico, de la concentración de Ca⁺⁺ y del perfil de pH durante el proceso, para fines de diseño y costeo.

Los requesones, producidos por tratamiento térmico y acidificación, en ausencia de cuajo, no tienen un grado significativo de elasticidad, aunque pueden ser más firmes o menos firmes, porque la estructura protéica no proviene de la acción enzimática del cuajo. Más aún, la estructura y propiedades de la red protéica están determinadas en gran medida por la proporción entre las concentraciones de proteínas, grasa, agua y calcio. Así, la manipulación del tipo y cantidad de proteínas y grasas y de las condiciones de proceso permite obtener un rango amplísimo de productos.

Las proteínas lactoséricas no reaccionan con el cuajo, son de peso molecular relativamente bajo, y son solubles en su punto isoeléctrico (Robinson et al., 1976), por lo que es necesario desnaturalizarlas térmicamente para precipitarlas. La agregación de estas proteínas por calor o por combinación de calor/ácido está precedida por la desnaturalización y puede ser seguida por coagulación y precipitación (Hill et al., 1982). Durante este proceso, la b-lactoglobulina sufre una alteración estructural en la que quedan expuestos los grupos -S-S-, que juegan un papel central en la formación de "puentes" covalentes con otras proteínas. Estos cambios estructurales son rápidos a valores de pH mayores de 6.7 y a temperaturas mayores de 70^oC.

Durante este proceso, hay reacciones secundarias en las que se forman estructuras coloidales de mayor tamaño mediante la agregación no específica de los productos de la reacción primaria. Esta reacción secundaria ya no depende de enlaces -S-S- y sus productos se pueden involucrar en otras agregaciones no específicas, dando así un coágulo precipitable. La coagulación de los productos secundarios ocurre en la presencia de calcio y se ve favorecida por valores de pH cercanos a los puntos isoeléctricos de las proteínas. De allí el término "precipitación por ácido y calor", cuyo significado es que las proteínas lactoséricas desnaturalizadas térmicamente se desestabilizan por la adición de ácido en la presencia de calcio.

Según Kinsella (1985), la solubilidad de las proteínas lactoséricas desnaturalizadas es limitada y su susceptibilidad a la precipitación térmica aumenta al aumentar la concentración de proteína (b-lactoglobulina) y al aumentar la concentración de iones Ca⁺⁺. El calentamiento del lactosuero, tal y como se realiza en la fabricación de requesones, causa interacciones irreversibles entre las distintas proteínas y, con la participación del fosfato coloidal, causa no sólo la activación antes mencionada de grupos tiol (-SH) en las proteínas lactoséricas, sino también la activación de reacciones de Maillard responsables por el oscurecimiento no enzimático (Morr, 1985).

Para obtener máximo rendimiento de requesón de lactosuero, algunos autores recomiendan la precipitación térmica a pH ~ 4.6. Otros autores recomiendan ajustar (bajar) la acidez titulable a valores entre 0.07 % y 0.12 %, usando álcali, a temperaturas por debajo de 65^oC; calentar hasta temperaturas entre 71 y 101^oC y reajustar (subir) la acidez a valores entre 0.15 % y 0.30 %.

También se ha recomendado ajustar el pH del lactosuero a valores entre 6.3 y 6.6, usando solución de NaOH; calentando luego hasta 90^oC y acidificando con ácido hasta valores de pH entre 4.95 y 5.35 para precipitar la proteína (Robinson et al., 1976). En la práctica industrial, el lactosuero generalmente se precalienta a ~ 70^oC en un intercambiador de calor y la temperatura se eleva luego a cerca de 90^oC, mediante inyección directa de vapor.

Se puede recuperar más proteína a medida que se aumenta el tiempo de retención a 90^oC (se recomienda un mínimo de 10 minutos) y a medida que se neutraliza (sube) el pH del lactosuero antes del tratamiento térmico. Sin embargo, es importante tomar en cuenta que, al aumentar el pH antes del tratamiento térmico, también aumenta el contenido de minerales en el coágulo (Robinson et al., 1976). Según este autor, parece ser que el calcio está más bien involucrado en la precipitación de las proteínas desnaturalizadas, y no tanto en el proceso de desnaturalización.

De acuerdo a Roeper (1970), los lactosueros que tienen un pH natural por debajo de 5.9 (lactosueros de quesos Cheddar y Mozzarella, por ejemplo), solamente requieren calentamiento para precipitar entre el 70 % y el 80 % de la proteína recuperable. Los lactosueros de quesos como el Gouda o el queso blanco pasteurizado, con pH por encima de 6.0, requieren además la adición de cloruro de calcio y/o la adición de ácido para obtener el mismo grado de recuperación.

Como describe Kosikowski (1967), cuando un requesón se fabrica correctamente, la cuajada flota. La flotación se debe a aire atrapado en la estructura de la cuajada, por lo que es crítico que haya un periodo de "reposo", sin ninguna agitación, inmediatamente después de la primer señal de precipitación. Cualquier agitación durante este periodo puede destruir el "colchón" de aire y la cuajada no flotará como es debido. Es necesario cerrar la válvula de vapor (inyección directa) y dejar el sistema en completo reposo por lo menos durante 10 minutos, pudiéndose dejar activo el vapor indirecto en la chaqueta.

La precipitación de las proteínas también se puede inducir mediante la adición de concentraciones suficientemente altas de iones calcio, sin la manipulación del pH, como se describe más adelante al comentar el trabajo de Viana-Mosquim et al. (1993), pero según Hill et al. (1982), con este enfoque aumenta mucho la cantidad de compuestos que se determinan como cenizas en el queso y eso puede hacer que se aprecie un sabor amargo indeseable.

El valor óptimo del pH para la coagulación depende del tipo de lactosuero y ésto está en parte relacionado con el pH inicial y, por consiguiente, con el contenido de calcio en los lactosueros. La recuperación teórica máxima de proteína "cruda" (Nx6.38) a partir de lactosuero es de 55 % a 65 % porque la fracción proteosa-peptona, que es estable al calor, y los compuestos nitrogenados no protéicos (NNP) representan entre el 35 y el 45 % del nitrógeno en un lactosuero típico como el proveniente de la fabricación de quesos Cheddar o Mozzarella. Por este motivo, como afirman Hill et al. (1982), los procesos comerciales deberían recuperar por lo menos el 50% de la proteína "cruda"; es decir, de la cifra resultante de multiplicar el contenido de nitrógeno por 6.38.

Cuando el quesero decide añadir leche al lactosuero para elaborar requesón, es imprescindible no añadir la leche antes de inactivar térmicamente el cuajo residual en el lactosuero. De no hacerlo así, se corre el riesgo de que coagulen las caseínas de la leche antes de tiempo y se pierda el lote. Para inactivar el cuajo residual en el lactosuero, un tratamiento clásico de pasteurización (62^oC - 65^oC, durante 25 a 30 minutos) es suficiente, siempre y cuando el pH del lactosuero no sea menor de 6.6 (Harper y Lee, 1975).

Si el lactosuero proveniente de la operación de quesería tiene un pH más bajo, es importante añadir un neutralizante grado alimentario para elevar el pH a un valor no menor de 6.6. A medida que el lactosuero sea más ácido - que tenga un pH más bajo - mayor será la actividad residual del cuajo después del tratamiento térmico de pasteurización. La leche se debe añadir justo depués de este tratamiento de inactivación del cuajo y entonces se puede proceder con el procedimiento escogido para la fabricación de requesón.

En síntesis, basándose en la ciencia y tecnología de formación de estas estructuras, es posible partir de la composición, costo y textura deseadas en el requesón y, mediante "ingeniería inversa", diseñar los requerimientos de materias primas y las variables de procesamiento, como por ejemplo: el rendimiento por tina, la relación entre el contenido de Ca⁺⁺ y el contenido de proteína en el sistema, el perfil de temperatura y pH, etc.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques del proceso tradicional. Este diagrama, en su parte final, se refiere a la pasteurización de requesones untables de alto contenido de humedad. Las adiciones de sal y de leche fluida son opcionales.

Entre los ácidos empleados industrialmente se encuentran los ácidos láctico, cítrico, acético y fosfórico, grado alimentario. Al seleccionar el ácido se deben considerar varios factores, tales como: disponibilidad, costo, seguridad en su almacenamiento y manejo, características físicas de la cuajada y sabor y rendimiento de los requesones.

En la elaboración artesanal del requesón generalmente se utiliza vinagre (una solución acuosa de ácido acético) o jugos de frutas ácidas (soluciones acuosas de ácido cítrico) en volúmenes de aproximadamente 5 a 10 % en relación al volumen del lactosuero. El ácido tiene como función bajar el pH hasta valores cercanos al punto isoeléctrico de estas proteínas. Ésto, junto con las reacciones de desnaturalización térmica, conduce a la floculación y precipitación de las proteínas lactoséricas.

Otra opción para la elaboración de requesón consiste en utilizar cloruro de calcio en substitución del ácido empleado tradicionalmente (Viana-Mosquim et al., 1993). En este caso, la acción del calcio sobre las proteínas lactoséricas se puede interpretar a través del fenómeno conocido en química de proteínas como "salting-out" o "desestabilización salina". El calcio añadido al lactosuero interacciona con los grupos cargados eléctricamente de las proteínas, obstaculizando las interacciones proteína-agua y promoviendo la floculación. El requesón obtenido con este proceso puede ser menos ácido, con textura más firme, y tener mayor contenido de calcio.

En 1973, True publicó uno de los estudios más completos acerca de los factores que afectan la recuperación de proteínas lactoséricas, así como del mejoraramiento de los procedimientos de procesamiento para la fabricación de requesón.

Se hicieron 22 lotes de requesón a partir de lactosuero proveniente de la elaboración de queso Cheddar o Edam. Se estudiaron los efectos de la acidez inicial de los lactosueros, de la temperatura final del calentamiento y de la acidez final al momento de la coagulación. Los criterios para juzgar las mejores condiciones fueron: naturaleza de la coagulación, rendimiento, pérdidas de sólidos en el lactosuero residual y facilidad con la que se pudo separar la cuajada del lactosuero.

Para estudiar el efecto de la acidez inicial, True (1973) hizo experimentos con lactosueros entre 0.13 % y 0.37 % de acidez titulable. En este caso, la acidez fue producto de los microorganismos de los fermentos lácticos presentes en los lactosueros. Se calentó hasta 87.8^oC, agitando suavemente, y se añadió 0.1 % de ácido cítrico granular al final del calentamiento. En ese momento se dejó de calentar y de agitar y se dejó reposar el lactosuero durante 15 minutos. La Tabla 10 muestra los resultados.

Se puede apreciar que, al aumentar la acidez inicial (al bajar el pH), disminuyó el grado de coagulación de las proteínas lactoséricas. Los datos de la Tabla 10 sugieren que no se debe emplear lactosuero con acidez titulable mayor de 0.14 %.

La Tabla 11 muestra el efecto de la temperatura final de calentamiento. El lactosuero fue previamente calentado hasta ~ 52^oC para eliminar la mayoría de los microorganismos del fermento láctico y mantener así constante la acidez. True (1973) dejó reposar la cuajada durante 15 minutos, después de acidificar.

Se observó que la firmeza de la cuajada aumentó al aumentar la temperatura final de calentamiento, lo cual probablemente se debe a mayor grado de sinéresis, argumento consistente con el menor rendimiento obtenido al aumentar la temperatura. A 90.6^oC y temperaturas más altas, True (1973) detectó sabor a quemado y concluyó, entonces, que la temperatura óptima es 87.8^oC.

Para estudiar el efecto de la velocidad de calentamiento (en pequeña escala, en el laboratorio), True (1973) usó lactosuero con 0.14 % de acidez. La Tabla 12 muestra los resultados.

Este autor concluyó que la velocidad de calentamiento más satisfactoria, para obtener la mejor coagulación y poder separar la cuajada del lactosuero residual con facilidad, es de ~2^oF/min (~1.1^oC/min). Es desafortunado que este estudio, como muchos otros, se haya realizado estudiando los efectos de cada variable importante una a la vez, por separado. Con este enfoque experimental no es posible aprender lo suficiente acerca de los efectos de las interacciones entre las variables, mismos que generalmente resultan ser muy importantes, si no es que indispensables, para el diseño óptimo de productos o procesos.

True (1973) hizo también pruebas en planta piloto, con el siguiente procedimiento:

1.Usó lactosuero fresco con acidez titulable entre 0.12 y 0.15 %.

2. Se usó calentamiento indirecto (chaqueta de vapor), a una velocidad tal que se llegara a 87.8^oC en cerca de 45 minutos.

3. Se suspendió la agitación y el calentamiento al llegar a 87.8^oC.

4. Se añadió ácido cítrico granular hasta obtener una acidez titulable final de 0.30 %.

5. Se dió un tiempo de reposo de 30 minutos.

6. Se recuperó la cuajada con una criba, se colocó en moldes para queso Cheddar cubiertos de lienzo para quesería y se dejó desuerando por gravedad en un cuarto frío, de la noche a la mañana.

7. Se midió el rendimiento y se añadió 0.5 % de sal.

Con el procedimiento listado arriba, cuyos resultados se muestran en la Tabla 13, True (1973) recuperó cerca del 50 % de la proteína y obtuvo un rendimiento de cerca de 60 g de requesón/kg de lactosuero. El contenido de humedad varió dentro del rango entre 75 % y 78 % y el contenido de grasa varió dentro del rango entre 5.5 % y 6.5 %. El análisis de una muestra dio ~9.5 % de proteína. El pH de los requesones varió dentro del rango entre 4.7 y 4.9 y su vida de anaquel, definida como el tiempo para que las cuentas microbianas totales no fueran mayores de 100 UFC/g, fue de por lo menos 3 semanas a 4.5^oC.

La Tabla 14 en la siguiente página muestra el rendimiento y la composición esperadas, con los factores de conversión óptimos para estas tecnologías y con la composición típica de lactosuero de queso Cheddar, para requesón con 76.5 % de humedad, aproximadamente el promedio de los datos de contenido de humedad obtenidos por True (1973).

La comparación entre los datos en la Tabla 14 y los resultados obtenidos por True (1973) indica que los factores de conversión empleados para los cálculos son razonables. Estos son los factores que se pueden obtener en la práctica con procesos 100 % eficientes y que se usarán más adelante en los ejemplos 3 y 4 de cálculos de rendimiento y composición en la elaboración de requesones.

Streiff et al. (1979) reportaron un proceso modificado en el que el lactosuero se condensa hasta 30% de sólidos por evaporación con vacío y el pH se estandariza a 6.5. El lactosuero condensado se procesa después calentándolo a 44^oC, añadiendo 0.8 % de NaCl, calentando a 88^oC y ajustando el pH a 4.8-5.0. El requesón se separa del lactosuero desproteinizado residual por filtración. De esta manera se obtuvo un requesón aceptable con lactosuero concentrado hasta 21% de sólidos. Los rendimientos fueron cercanos al 21% y se recuperó por lo menos el 59 % de la proteína cruda. Las ventajas de este método son que se evita la recolección manual del requesón, que el calentamiento se hace en tinas cerradas y que se recupera esencialmente toda la proteína precipitada. Esto sugiere que a mayor concentración de proteína, mayor es su factor de conversión, del lactosuero al requesón.

En resumen, la máxima recuperación de proteína se obtiene desnaturalizando las proteínas del lactosuero a valores de pH entre 6.0 -7.0 y a temperaturas mayores de 90^oC durante 10 -30 minutos, seguido de precipitación a valores de pH entre 4.5 y 5.0. El efecto del pH en la agregación disminuye en la presencia de calcio. El contenido de cenizas aumenta al neutralizar el lactosuero y se minimiza precipitando a valores muy bajos de pH (3.5 - 4.6). Hacer la desnaturalización antes y la precipitación ácida después minimiza la solubilidad de la proteína. La recuperación teórica máxima de nitrógeno es 55 % - 65 %, por lo que aquí usaremos el factor 0.60 para la recuperación de proteína en procesos in-dustriales 100 % eficientes.

Las condiciones de proceso se controlan para producir una cuajada flotante que facilite su retiro de la tina. La flotación se debe a oclusión de aire, que reduce la densidad (Weatherup, 1986). La eficacia de la flotación está influenciada por la cantidad de grasa y por la acidez del lactosuero. La acidez titulable del lactosuero debe ser menor de 0.16 %. El uso de lactosuero ácido conduce a precipitación prematura y a menores rendimientos. De ahí la práctica de neutralizar el lactosuero a pH ~ 6.8 usando soluciones acuosas de hidróxido de sodio (sosa cáustica) o de hidróxido de calcio grado alimentario, como lo justifican los datos de la Tabla 15. Los autores no indican si estos datos de rendimiento fueron ajustados a humedad constante, pero lo más probable es que no lo fueron.

En la Tabla 16, 500 ppm de Ca⁺⁺ equivalen a ~ 56 g de Ca⁺⁺/kg de proteína en un sistema consistente solamente de lactosuero (con ~0.9 % de proteína) y 2000 ppm de Ca⁺⁺ equivalen a ~222 g de Ca⁺⁺/kg de proteína en el mismo sistema. Los resultados de las Tablas 15 y 16 demuestran que los factores de conversión para proteínas lactoséricas son, en realidad, también una función del pH y de la concentración de Ca⁺⁺ en el sistema.

Para estudiar y conocer mejor los efectos de la concentración de calcio, no es suficiente conocer la cantidad de CaCl₂añadido por cada cierto volumen de lactosuero. Es más importante conocer la concentración de Ca⁺⁺ con respecto a la concentración de proteína en el sistema, puesto que el efecto del calcio sobre el rendimiento y la textura de los requesones se debe a su acción sobre las proteínas en el sistema.

El contenido de calcio se puede manipular, como mencionamos antes, añadiendo cantidades variables de cloruro de calcio a la leche y/o manipulando el pH de la leche. Al añadir cantidades crecientes de cloruro de calcio, aumentarían el rendimiento y el factor de transferencia para minerales y, por otro lado, al disminuir el pH, disminuye el factor de transferencia para minerales debido a la descalcificación parcial de la estructura.

De acuerdo a Sloth-Hansen y Jensen (1977), los iones calcio están involucrados en la etapa final de la desestabilización térmica de las proteínas lactoséricas. El calentamiento a valores de pH entre 6.6. y 6.9, con adición de solución de cloruro de calcio, da lugar a precipitación independiente del pH, durante el enfriamiento. Sin embargo, tratándose de producción comercial, se regula el pH a un valor entre 4.5 y 4.8, para producir "hojuelas" grandes y fáciles de separar del lactosuero residual. La optimización de las relaciones tiempo/temperatura/pH produce un rendimiento máximo de cerca del 60 % de las proteínas no caseínicas. Se recomiendan temperaturas entre 85^oC y 100^oC, con tiempos de reacción no menores de 15 min, junto con disminución del pH usando, por ejemplo, ácido acético al 33 %.

Los minerales, especialmente el fosfato tricálcico, precipitan en cantidades crecientes junto con las proteínas a los valores más altos de pH. Por ejemplo, sobre la base de materia seca, un precipitado térmico obtenido a pH 4.0 contiene cerca de 90 % de proteína y cerca de 1.1 % de minerales, mientras que, a pH 6.0, el precipitado contiene, sobre la base de materia seca, cerca de 47 % de proteína y cerca de 37 % de minerales (Sloth-Hansen y Jensen, 1977). Por consiguiente, el pH tiene un gran efecto sobre el contenido de minerales en el producto y sobre su textura.

El contenido de materia grasa de un requesón es un reflejo del contenido de materia grasa en el lactosuero. Sin embargo, en la práctica, otra forma de controlar el contenido de materia grasa es empleando crema con un contenido fijo de materia grasa, para estandarizar el producto terminado. De acuerdo a Mathur y Shahani (1981), el requesón fresco (de mezclas de lactosuero y leche) absorbe muy bien la crema.

Los requesones son en realidad toda una familia de productos. Por ejemplo, una vez obtenido un requesón tradicional de alto contenido de humedad, mediante calentamiento, moldeado y prensado se puede disminuir a voluntad el contenido de humedad para obtener un rango amplio de productos para distintos usos, desde requesones untables hasta requesones para rallar, incluyendo requesones para rebanar. Por otro lado, como hemos mencionado, es posible estandarizar a voluntad su contenido de materia grasa, incorporando crema.

Los requesones se pueden comercializar como tales o se pueden usar para reemplazar parcial o totalmente el queso empleado en quesos procesados para untar (Irvine et al., 1982), o como bases para la formulación de "dips" similares a los que usualmente se fabrican a base de crema ácida (True y Patel, 1973). Dado que los requesones de alto contenido de humedad son muy perecederos, se pueden empacar en atmósferas inertes, tales como mezclas de CO₂y N₂. Con este método, Kosikowski (1967) obtuvo requesón - de leche - con vida de anaquel de más de 70 días a 5^oC.

Ejemplo 3. Requesón Untable. En el Ejemplo 1 (Sección 3.4), la composición del lactosuero resultante de la fabricación de queso blanco pasteurizado con 50 % de humedad fue la siguiente:

Proteína » 0.9 %, grasa » 0.3 %, lactosa » 5.2 %, minerales » 0.5 % y sólidos totales » 6.9 %.

Si deseamos obtener un requesón untable con 67 % de humedad y 1.5% de sal, ¿cuál sería el rendimiento de requesón, su composición y la composición del lactosuero desproteinizado residual, si la eficiencia de fabricación del requesón fuera 100%?

Usando los factores de conversión mencionados anteriormente, y 100 kg de lactosuero como base de cálculo, se transfieren al requesón las siguientes cantidades de los componentes del lactosuero:

Si el porcentaje de humedad en el requesón es 67 %, el porcentaje de lactosa será aproximadamente 67 x 0.055 » 3.7 %. Por consiguiente, la suma de proteínas, grasa y minerales constituye el 100 - 67 - 3.7 - 1.5 » 27.8 % del requesón y, entonces, el rendimiento esperado es de: 1.10/0.278 » 4 kg de requesón/100 kg de lactosuero.

Finalmente, se obtendrán aproximadamente 100 - 4(1 - 0.015) » 96 kg de lactosuero desproteinizado residual, con la siguiente composición:

Sólidos totales » 5.9 %, proteína » 0.3 %, grasa » 0.02 %, lactosa y minerales » 5.6 %.

Ejemplo 4. Requesón de Pasta Dura. En el Ejemplo 2 (Sección 3.4), la composición del lactosuero resultante de la elaboración de queso blanco pasteurizado para rallar, con 35 % de humedad, fue la siguiente:

Proteína » 0.8 %, grasa » 0.2 %, lactosa » 5.3 %, minerales » 0.5 % y sólidos totales » 6.9 %.

Finalmente, se obtendrán aproximadamente 100 - 2.1(1 - 0.025) » 98 kg de lactosuero desproteinizado residual, con la siguiente composición:

Sólidos totales » 5.9 %, proteína » 0.3 %, grasa » 0.01 % y lactosa y minerales » 5.6 %.

Entonces, partiendo de 1,000 kg de leche, con procesos 100 % eficientes se pueden obtener: (a) 12.8 kg de queso blanco pasteurizado con 50 % de humedad y 4 kg de requesón untable con 67 % de humedad (Ejemplos 1 y 3), o (b) 7.9 kg de queso blanco pasteurizado para rallar, con 35 % de humedad, y 2.1 kg de requesón de pasta dura con 50 % de humedad (Ejemplos 2 y 4).

Para concluir, si además se utiliza el lactosuero residual desproteinizado para elaborar bebidas refrescantes, son tres los productos que se pueden obtener a partir de la leche, todos ellos de valor agregado y con la enorme ventaja de que no se contamina el ambiente y no se desperdician nutrimentos valiosos.

4.3 BEBIDAS

Los lactosueros tienen muchos usos además de los que se mencionan con algo de detalle en este capítulo. Entre los usos convencionales para las empresas pequeñas y medianas, algunos requieren poca tecnología y volúmenes modestos (uso del lactosuero como fertilizante y uso como complemento alimenticio para cerdos y becerros), mientras que otros requieren tecnologías industriales convencionales y cantidades mayores (fabricación de lactosueros en polvo, de jarabes edulcorantes concentrados para la industria alimentaria, de bebidas refrescantes, etc.)

Las bebidas o fórmulas lácteas son bebidas nutricionales análogas de leche, ideales para programas gubernamentales, que se pueden elaborar a base de lactosueros no salados. El contenido de proteína de las bebidas lácteas nutricionales debería ser el mismo de la leche, ~30 g/l, pero su contenido de materia grasa puede variar dentro del rango entre 1 y 33 g/l, como lo es en las leches descremadas, semidescremadas y enteras, siendo estas consideraciones de diseño más bien un reflejo de los propósitos y las estrategias de dichos programas.

Si la filosofía es ofrecer a ciertos segmentos de la población (niños en edad escolar, mujeres embarazadas, etc.) bebidas nutritivas a bajo costo, el balance de nutrimentos (grasas y proteínas) puede provenir de fuentes de menor costo que el de sus contrapartes en la leche fluida (grasas y/o aceites vegetales, concentrados de proteínas de lactosuero y/o de soya). En tal caso, el bajo contenido de colesterol constituye un beneficio adicional.

La Tabla17 muestra información acerca de tres posibles bebidas lácteas nutricionales basadas en un lactosuero típico proveniente de la fabricación de un queso blanco pasteurizado. Para fines de costeo, se ha asignado al lactosuero un costo de US$0.03/l, a los concentrados de proteína al 80% US$5/kg, a la grasa vegetal US$0.8/kg, a los carbohidratos US$0.4/kg y al agua US $0.001/l.

En conclusión, con ~333 a ~940 litros de lactosuero de quesos blancos pasteurizados se pueden fabricar 1,000 litros de bebidas lácteas con contenido de grasa entre 0.1 y 3.3 % y con 3.0 % de contenido de proteína, a un costo de materia prima dentro del rango entre US$0.18/l y $0.19/l. Este es un costo muy atractivo para los programas gubernamentales. A los costos asignados, la grasa vegetal representa entre el 0 y el 13 % de dicho costo, los carbohidratos representan entre el 0 y el 7 %, el lactosuero representa entre el 5 y el 16 % y el concentrado de proteína entre el 71 y el 89 %. No se incluye aquí el costo del agua, de los probables saborizantes ni el costo de probables aditivos vitamínicos.

Como su contraparte, la leche, estas bebidas nutricionales se pueden elaborar pasteurizadas, saborizadas (fresa, chocolate, etc.) o no saborizadas, fortificadas (vitamina A, calcio, etc.), o no fortificadas; con lactosa como carbohidrato principal o con gran parte (80% o más) de la lactosa hidrolizada, usando la enzima lactasa, para consumidores intolerantes a la lactosa.

NOTAS:

1.Bebidas pasteurizadas, homogenizadas, con pH ajustado a 6.6 - 6.7.

2.Composición del lactosuero: 0.9 % de proteína, 0.3 % de materia grasa, 5.0 % de lactosa y 0.5 % de minerales.

3. El concentrado de proteína puede ser WPC-80, aislado de proteína de soya al 80%, o una combinación de ambos.

4. Los carbohidratos pueden ser sólidos de jarabe de maíz ("glucosa") y/o maltodextrinas.

 

El lactosuero también se puede utilizar para la fabricación de bebidas refrescantes de alto contenido energético. La Tabla 18 muestra una formulación que contiene 30 % de lactosuero.

Una de las opciones más sencillas consiste en hacer bebidas refrescantes, como la que se describe en la Tabla 19. El procedimiento consiste en filtrar el lactosuero para eliminar partículas pequeñas de queso, diluirlo ~ 1:1 (una parte de lactosuero en una parte de agua purificada), añadir alrededor de 8 % de azúcar (8 kg de azúcar por cada 100 kg de bebida), añadir jugo de alguna fruta localmente disponible (limón de distintas variedades, naranja, toronja, maracuyá, mora, piña, mango, etc., sólos o en combinación) en cantidad de 10 % o más, pasteurizar la bebida de la manera usual y envasarla caliente (a temperaturas no menores de 70°C) en un recipiente de plástico o de vidrio, previamente higienizado, que tenga tapa hermética, de preferencia a base de rosca.

De esta manera, por cada 100 litros de lactosuero residual, se obtendrán por lo menos 250 litros de bebida refrescante. En este caso se puede considerar el uso de un conservador, en particular si la cadena comercial no garantiza que la bebida estará siempre en refrigeración a temperatura no mayor de 4^°C. Puesto que el lactosuero residual tiene un pH cercano a 5.5 y los jugos son de frutas ácidas, el conservador adecuado es el benzoato de sodio y la dosificación máxima es de 0.1 % (100 g de benzoato de sodio por cada 100 kg de bebida). Es importante recordar que la función de un conservador es conservar una buena calidad que ya existe, pero no la puede mejorar. En otras palabras, además de usar el conservador, sigue siendo esencial usar buenas prácticas de manufactura (BPM).

Las bebidas de este tipo tienen vida de anaquel de hasta 21 días, a temperaturas de refrigeración comercial, 8 ± ^oC (Torres et al., 1989).

4.4 OTRAS OPCIONES DE USO

Los "quesos" tipo Mysost son productos comerciales de origen escandinavo, que tienen las ventajas de usar todos los sólidos del lactosuero y de que su procesamiento no requiere grandes inversiones. Su tecnología de producción es esencialmente un proceso de concentración de sólidos, casi idéntica a la de fabricación de dulce de leche. De hecho, los productos tienen el color del dulce de leche, debido a las reacciones de oscurecimiento no enzimático y pueden ser formulados con textura para cortar o para untar. La Figura 4 muestra en forma esquemática el proceso de elaboración de estos productos.

Más que ser un producto, el "queso" Mysost es una familia de productos cuya composición, textura y color varía de acuerdo a los ingredientes, a las condiciones de proceso y al contenido final de humedad.

El primer paso consiste en concentrar la mezcla de ingredientes a 50 % -55 % de sólidos en un evaporador convencional como los usados para evaporar leche o lactosuero. La concentración final se hace en forma intermitente en marmitas o cocinadoras equipadas con agitador, como las usadas en la industria de los dulces de leche. Para afinar la textura, el color y el sabor a caramelo, la pasta se calienta a cerca de 110^oC durante varios minutos en un intercambiador de calor de superficie raspada tipo "Votator", para evitar "arenosidad" en la textura, debida a lactosa cristalizada durante el tiempo del producto en el anaquel. Para ésto, es importante que más del 90 % de los cristales de lactosa sean menores de 50 micras (Jelen y Buchheim, 1976; Wilson, 1981).

El producto puede ser de pasta dura para cortar (~ 85 % de sólidos) o untable (~ 70 % de sólidos), con consistencia similar a la de la mantequilla de maní (cacahuate); los productos untables generalmente contienen cerca de 10 % de azúcar (sacarosa). Los productos untables tienen mayor vida de anaquel que los productos de pasta dura, a pesar de tener mayor contenido de humedad. Esto se debe a que los productos untables contienen usualmente más de 10 % de sacarosa, la cual baja la actividad de agua del producto por debajo de los niveles encontrados en los productos de pasta dura.

La Tabla 20 muestra un ejemplo con los ingredientes, el rendimiento, la composición y el valor energético típicos de "quesos" Mysost de pasta dura y untable. Como es usual tratándose de productos nuevos, el reto principal es el desarrollo de mercados. Para las industrias de quesería, se trata de adaptar las formulaciones escandinavas al gusto de los mercados latinoamericanos, y el producto sería una innovación. Por su bajo costo y alto valor nutrimental, esta familia de productos tiene grandes posibilidades para programas escolares de alimentación infantil.

En Nueva Zelandia, la irrigación (por aspersión) de tierras para pastura con lactosuero ha sido un método exitoso para disponer del exceso de este material. El lactosuero se aplica a razón de 110 - 125 litros por hectárea, por día (Radford et al., 1986). Este es otro ejemplo de una situación ganar-ganar: los agricultores reciben un buen reemplazo de fertilizante a bajo costo y los queseros aumentan su rentabilidad al vender el lactosuero y no contaminar el medio ambiente. Desde luego, es probable que el agricultor y el quesero sean la misma persona.

Cien litros de lactosuero de quesería contienen alrededor de 150 gramos de nitrógeno, 33 gramos de fósforo inorgánico, 150 gramos de potasio, 14 gramos de azufre, 50 gramos de calcio y 55 gramos de sodio. Es importante que el lactosuero empleado en esta aplicación sea lactosuero dulce de quesería; es decir, aquél que no haya desarrollado acidez en exceso y que no contenga sal. En términos prácticos, lo que esto significa es que se debe usar lactosuero fresco, o lactosuero enfriado rápidamente para minimizar el desarrollo de acidez.

Finalmente, si no se puede hacer otra cosa con el lactosuero, se le puede dar el uso más conocido, como complemento alimenticio para cerdos y becerros. En este caso, es importante que el lactosuero no contenga sal y que no se haya acidificado. De cualquier forma, como podemos apreciar, es realmente posible no arrojar al medio ambiente prácticamente nada de lactosuero.