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Proyecto LACTOCyL: alternativas sostenibles para la valorización de lactosuero

Sostenibilidad
Economía Circular y Bioeconomía
Se plantean tres estrategias sostenibles para revalorizar este subproducto: la obtención de bioenergía en forma de metano, la generación de compuestos orgánicos de alto valor y la reincorporación de proteínas en derivados lácteos
Lactosuero


Un subproducto valorizable 

La producción de queso en España se ha incrementado en los últimos años debido principalmente al aumento en la exportación. Dicha producción alcanzó más de 442.000 toneladas en 2019, lo cual supone un incremento en 10 años del 44 % (Eurostat, 2019). 

Al precipitar y retirar la caseína de la leche durante el proceso de elaboración de queso se obtiene un subproducto líquido denominado lactosuero. Este contiene hasta un 95 % de agua y más del 50 % de los nutrientes de la leche, entre los que se encuentran la lactosa, proteínas solubles, lípidos y sales minerales (Rico y col., 2015). 

El volumen de este subproducto representa aproximadamente el 90 % del volumen de la leche procesada para la producción de queso (Imeni y col., 2019). Una inadecuada gestión de estos grandes volúmenes de lactosuero podría crear graves problemas medioambientales debido a su alta carga orgánica.

Esta elevada carga orgánica está vinculada fundamentalmente a la lactosa y en menor medida a la proteína, con valores de DQO y DBO5, de 30-50 g L-1 y 60-80 g L-1, respectivamente (Guimaraes y col., 2010). 

La legislación actual prohíbe el vertido de lactosuero a los cauces públicos y obliga a gestionarlo de forma adecuada. Entre las diversas formas de gestión se incluyen el vertido a depuradora, el uso para alimentación animal o la valorización para su uso en las industrias alimentarias, farmacéutica o cosmética. 

Sin embargo, este tipo de tecnologías no son siempre viables económicamente en el caso de las pequeñas y medianas empresas del sector.

Aprovechamiento integral del lactosuero

En los últimos años se ha incrementado el interés en el concepto de economía circular, que supone un aprovechamiento integral de los subproductos orgánicos para obtener bioenergía y/o bioproductos. 

En este sentido, el lactosuero es una importante fuente de ingredientes de alto valor añadido y un interesante sustrato para procesos bioquímicos

El proyecto LACTOCyL: ‘La bioeconomía aplicada a la valorización del lactosuero en alimentación, transformación energética y obtención de bioproductos’, pretende proporcionar alternativas sostenibles para la valorización de lactosuero generado en las empresas queseras de Castilla y León.

El proyecto está financiado por los fondos FEADER y está coordinado por el Instituto Tecnológico Agrario de Castilla y León (ITACyL)

Participan 5 empresas queseras de la comunidad, altamente interesadas e implicadas en obtener resultados aplicables en sus queserías, y que podrían replicarse posteriormente al sector. 

La industria del queso en Castilla y León representa el 34 % de la producción de queso en España (más de 104.000 toneladas al año) (JCYL, 2016).

Dentro del proyecto LACTOCyL se evalúan diferentes estrategias para la valorización de este subproducto. Estas son:

  • El uso del lactosuero como sustrato para producción de bioenergía en forma de metano
  • Su uso para la producción de distintos compuestos orgánicos de alto valor en el mercado. 
  • El uso del lactosuero para la reincorporación de sus proteínas en la fabricación de productos lácteos mediante la tecnología de microparticulación.

El lactosuero como fuente de energía 

Dada la alta carga orgánica del lactosuero, la digestión anaerobia se presenta como una solución muy apropiada para su valorización. 

La eficiencia y estabilidad del proceso de digestión anaerobia es altamente dependiente de la composición de los sustratos. Por ello, para suplir las posibles deficiencias en nutrientes de sustratos con alta carga orgánica, se utiliza la co-digestión con otros sustratos ricos en nutrientes como son los residuos ganaderos (Molinuevo-Salces y col., 2015).

Para estudiar la vialidad de la co-digestión es necesario realizar ensayos de co-digestión y un escalado del proceso. El digestato de la producción de biogás, en función de su composición final, puede ser empleado como fertilizante

Un reciente estudio ha concluido que la co-digestión de lactosuero con residuos ganaderos es viable económicamente con una proporción de lactosuero en la mezcla en torno al 30 % (Imeni y col., 2019).

Los compuestos bioactivos del lactosuero

En segundo lugar, la recuperación de compuestos bioactivos a partir de lactosuero es de gran interés, dado el elevado precio de algunos productos derivados de la lactosa como los oligosacáridos, con precios unitarios de 4,9  kg-1 frente a los 0,7  kg-1 de la lactosa en polvo (Byfiled y col., 2010). 

Los principales factores que afectan a la obtención de estos prebióticos (galacto-oligosacáridos [GOS] y lacto-oligosacáridos [LOS]) son la concentración inicial de lactosa y el origen de la enzima (Vera y col., 2016). Otro prebiótico obtenido a partir de la lactosa que está generando interés es la lactulosa, disacárido sintético compuesto por uniones de fructosa y galactosa (Panesar y col., 2010).

La lactulosa tiene una capacidad edulcorante 1,5 veces superior a la lactosa y resulta más fácil de cristalizar. La lactulosa se puede sintetizar vía enzimática utilizando β-galactosidasas y gliciosidasas. En ambos procesos, es necesario optimizar las condiciones de hidrólisis, que maximicen el rendimiento de la misma.

Por otra parte, la alta carga orgánica del lactosuero unida a su baja alcalinidad es una ventaja para la producción de ácidos grasos volátiles (AGV). Existe una gran demanda de AGV por parte del mercado dado su elevado potencial como fuente de carbono para la producción industrial de una gran variedad de compuestos

Los precios actuales de los AGV en el mercado van desde los 400 € ton-1 de ácido acético hasta los 2.500 € ton-1 de ácido propiónico (Atasoy y col., 2019). En la actualidad, los AGV se producen a partir de compuestos derivados del petróleo, por lo que hay un gran interés en el estudio de alternativas sostenibles para la producción de estos compuestos. 

Los AGV son productos intermedios de la digestión anaerobia. La producción de AGV se lleva a cabo mediante cambios en las condiciones de operación en dicho proceso que inhiban la actividad de los microorganismos productores de metano. De este modo, la reducción del tiempo de retención hidráulico y los ajustes en el pH son las dos técnicas más utilizadas para la producción de AGV.

La microparticulación del lactosuero 

En tercer lugar, se estudiará la valorización del lactosuero mediante la microparticulación. Se entiende por microparticulación al proceso tecnológico que permite obtener un concentrado de proteínas de suero en el que sus partículas proteicas presentan un tamaño controlado (0,1-10 μm). 

El tamaño alcanzado entra dentro del rango normal de los glóbulos de grasa de la leche. El proceso de microparticulación se compone de dos etapas: en una primera etapa mediante un tratamiento térmico se desnaturalizan las proteínas, seguido de una agregación de las mismas; en una segunda etapa, se realiza un tratamiento mecánico de los agregados (normalmente mediante homogenización) para la estandarización del tamaño de dichos agregados en el rango deseado (Masotti y col., 2017). 

De este modo, al mezclar las proteínas microparticuladas con leche, estas proteínas pueden quedar atrapadas en la matriz caseínica a la hora de elaborar distintos productos lácteos (quesos, yogures, helados, postres etc.), bien como sustitutos de grasa o conjuntamente con la grasa láctea. 

El tratamiento de microparticulación puede ser utilizado para generar concentrados proteicos que se pueden utilizar como ingrediente lácteo debido a sus propiedades tecnológicas y funcionales (capacidad espumante, emulsionante, gelificante) y organolépticas.

Al mismo tiempo, mejora las propiedades sensoriales en productos bajos en grasa, ya que aporta una sensación de cremosidad extra al producto (Ipsen, 2017). 

El empleo de microparticulado de suero ha sido estudiado en la fabricación de diferentes variedades de queso (Di Cagno y col., 2014; Sturaro y col., 2015) ofreciendo ventajas como mayor sensación de cremosidad, mayor elasticidad y aumentos de rendimiento. 

Por ello su considera interesante explorar la tecnología de microparticulación como una alternativa para la valorización y el aprovechamiento del suero lácteo, y extrapolar estos beneficios a los quesos de pasta prensado producidos en Castilla y León, así como su empleo para el desarrollo de nuevos productos.

Bibliografía

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  • Byfield, J., Cardenas, S., Alméciga-Diaz, C.J., & Sánchez, O. F. 2010. Β galactosidase and galactooligosaccharides production and applications. Recent Patents on Chemical Engineering, 3(1), 17-29. 
  • Di Cagno, R., De Pasquale, I., De Angelis, M., Buchin, S. 2014. Use of microparticulated whey protein concentrate, exopolysaccharide-producing Streptococcus thermophilus, and adjunct cultures for making low-fat Italian Caciotta-type cheese. Journal of Dairy Science, 97, 72-84.
  • Eurostat 2019. https://ec.europa.eu/eurostat/databrowser/view/tag00040/default/table?lang=en
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  • Imeni, S.M., Pelaz, L., Corchado-Lopo, C., Busquets, A.M., Ponsá, S. and Colón, J., 2019. Techno-economic assessment of anaerobic co-digestion of livestock manure and cheese whey (Cow, Goat & Sheep) at small to medium dairy farms. Bioresource technology, 291, p.121872.
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  • Molinuevo-Salces, B., Mahdy, A., Ballesteros, M., González-Fernández, C., 2015. From piggery wastewater nutrients to biogas: Microalgae biomass revalorization through anaerobic digestion. Renew. Energy 1–8.
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  • Vera, C., Córdova, A., Aburto, C., Guerrero, C., Suárez, S., & Illanes, A. 2016. Synthesis and purification of galacto-oligosaccharides: state of the art. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 32(12), 197.

08 junio 2022
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