Aplicaciones de la microfiltración en la industria láctea.

LECHE FLUIDA

Leche fluidaLa leche cruda contiene partículas en suspensión con rangos de distribución por tamaño relativamente bien definidos que, en orden decreciente, están representados por células somáticas (15-6 µm), glóbulos grasos (15-0,2 µm), bacterias (6-0,2 µm) y micelas de caseína (0,3-0,03 µm) .

Su flora microbiana está integrada por numerosos géneros y especies, pudiendo incluir bacterias patógenas (Listeria, Brucella, Mycobacterium, Salmonella), constituyendo una contaminación que puede tener diversas fuentes (ubre, máquinas ordeñadoras, medio ambiente, tanques de almacenamiento, equipos de transporte, etc).

La distribución por tamaño de las bacterias resulta muy similar a la de los glóbulos grasos, por lo que para una efectiva eliminación de microorganismos mediante MF se requieren membranas de tamaño de poro muy pequeño, con las cuales quedaría conjuntamente retenida la fracción mayoritaria de grasa. Esto representa una limitación para el proceso, haciéndolo aplicable solamente a leche descremada (Jost y Jelen, 1997; Kelly y Touhy, 1997).

Por otro lado, puede observarse que en el rango comprendido entre 0,2 y 2 µm, una pequeña fracción de las micelas de caseína posee un diámetro igual al de las bacterias, hecho que plantea la necesidad de adoptar una solución de compromiso en el momento de elegir la membrana de MF.

Se deberá optar por aquella que minimice tanto la carga microbiana como la pérdida de sólidos, maximizando así la eficiencia del proceso, siendo por esta razón, 1,4 µm un diámetro de poro muy conveniente. Consecuentemente, un porcentaje minoritario de microorganismos estará presente en el producto microfiltrado (permeado), con lo que se hace indispensable someterlo a un posterior tratamiento térmico que asegure la ausencia de patógenos en el producto final.

Esto se suma al hecho de que la legislación argentina no permite llevar a cabo ningún proceso lácteo sin una pasteurización HTST o equivalente (Birollo, 1999; Binetti y col., 2000).

Algunos estudios (Trouvé y col., 1991, Madec y col., 1992; Saboya y Maubois, 2000) realizados en Suiza y Francia, permitieron la obtención de leche fluida microfiltrada para consumo, haciendo uso de un equipo llamado Bactocatch (Tetra Laval Co.).

Actualmente, en estos países la leche descremada es tratada a 50 °C, haciéndola circular por una membrana Sterilox (tamaño de poro de 1,4 µm) a una velocidad de 7,2 m/seg, con un valor de PTU cercano a 0,5 bar y un flux en el orden de los 500 l/hm2 durante 10 h. A partir de una leche descremada con un contenido de 2.104 UFC/ml, la reducción observada luego del tratamiento resultó de aproximadamente 3,5 órdenes log, obteniéndose un producto microfiltrado con menos de 10 UFC/ml.

En el caso de bacterias esporuladas (que suelen sobrevivir a los tratamientos de pasteurización), la retención por la MF resulta más eficiente debido a su mayor tamaño celular, reduciéndose su carga inicial en más de 4,5 órdenes log (Trouvé y col., 1991).

De acuerdo a trabajos realizados por Madec y col.(1992), para Listeria monocytogenes, Brucella abortus, Salmonella typhimurium y Mycobacterium tuberculosis se observaron reducciones de 3,4, 4, 3,5 y 3,7 órdenes log en sus concentraciones, respectivamente. De este modo, teniendo en cuenta los niveles de contaminación usualmente encontrados en leche cruda para estos microorganismos patógenos, se aseguraría en el producto final una carga inferior a 1 UFC/l.

Asimismo, las células somáticas son totalmente eliminadas mediante la MF y, en consecuencia, la leche obtenida no estará expuesta a la acción perjudicial de sus enzimas, que suelen soportar los tratamientos convencionales de pasteurización (Saboya y Maubois, 2000).

Comercialmente, se disponen de distintos tipos de leche MF. En el mercado francés existe una leche MF no pasteurizada, por lo cual es considerada como leche cruda, con una vida útil de 15 días a 4-6 °C. En otros países europeos y en Canadá, el producto obtenido por MF es sometido a un tratamiento térmico HTST (72 °C – 15seg) antes del envasado aséptico, con lo cual su vida útil se extiende hasta 35 días. En general, estas leches MF tienen amplia aceptación por parte de los consumidores debido a sus agradables caracteres organolépticos (ausencia de sabor a cocido) y a la posibilidad de almacenarlas por un período más prolongado que las leches solamente pasteurizadas (Eino, 1997).

En la Argentina, para el desarrollo de un producto de similares características, se operó en condiciones muy parecidas a las descriptas, pero haciendo uso de una membrana multicanal bicapa de óxido de aluminio (Membralox) de 1,4 µm de diámetro de poro.

En cuanto a la carga microbiana, pudo observase que la leche procesada de esta forma experimenta, en promedio,una reducción de 5 órdenes log en el recuento total, 4 en el de bacterias psicrotrofas y 2 en el de bacterias coliformes. La pasteurización posterior no reveló una reducción adicional significativa en el contenido microbiano. El estudio de conservabilidad de esta leche demostró que su vida útil puede extenderse a un período mínimo de 28 días en condiciones adecuadas de almacenamiento (4-6 °C) (Binetti y col., 2000).

LECHE PARA QUESERÍA

La aplicación de la MF a la leche destinada a la elaboración de quesos tiene como objeto la obtención de un producto con caracteres organolépticos similares a los elaborados a partir de leche cruda, pero asegurando una constancia en las características del producto final y preservando la salud del consumidor.

El uso de leche tratada por MF con la misma tecnología descripta para la obtención de leche fluida proporciona a la industria quesera un completo control sobre la materia prima. Consecuentemente, es de esperar que en los quesos elaborados con leche microfiltrada se vea minimizado el riesgo sanitario, en comparacióncon aquellos obtenidos a partir de leche pasteurizada.

Además, las membranas de MF eliminan una alta proporción de bacterias formadoras de esporos, como Clostridium tyrobutyricum. En consecuencia, la adición de nitratos para evitar la hinchazón tardía de los quesos duros o semiduros (que todavía se realiza en algunos países, como Nueva Zelanda), podría suprimirse beneficiando así la salud del consumidor (Trouvé y col., 1991).

Por otro lado, el uso de leche microfiltrada permite determinar y caracterizar el rol exacto que juega cada especie microbiana durante la maduración de los quesos (bacterias lácticas integrantes o no del starter, propionibacterias, hongos y levaduras de la superficie), eliminando la influencia de la actividad enzimática de las células muertas, que resulta inevitable en el caso de leches tratadas térmicamente.

PURIFICACIÓN DE SALMUERAS

En la industria quesera se requiere de la sanitización eficiente de la salmuera para prevenir la post-contaminación de los quesos durante la etapa de salado.

Se sabe que la salmuera suele contener microorganismos indeseables como lactobacilos productores de gas, bacterias patógenas (Staphylococcus, Listeria, etc), levaduras y hongos. La calidad de la salmuera y, consecuentemente,del queso, dependerá no sólo de su carga microbiana, sino también de un equilibrio entre el contenido de NaCl (18-26%), las sales de Ca solubles y precipitadas, la lactosa, el ácido láctico y las proteínas de suero solubles y desnaturalizadas (Pedersen, 1992).

Las metodologías tradicionalmente empleadas para el tratamiento de las salmueras son el calentamiento y la filtración Kieselguhr. En la actualidad, ambas tienden a ser reemplazadas debido a razones económicas y de salubridad.

Particularmente, el uso de la MF para la purificación de salmueras se lleva a cabo en equipos PTU con membranas de 1,4 ó 0,8 ìm, reteniendo completamente levaduras y hongos, así como el 99,9 % de las bacterias contaminantes y una fracción minoritaria de sales de calcio y de materia nitrogenada. De este modo, su aplicación en procesos de rutina será posible si el costo de las membranas cerámicas de MF disminuye, como es de esperarse.

SEPARACIÓN SELECTIVA DE CASEÍNA MICELAR

Cuando la leche se hace circular por una membrana de MF con un diámetro de poro de 0,1-0,2 µm, se obtiene un microfiltrado con una composición similar a la de un suero dulce. Este microfiltrado es cristalino y puede ser considerado estéril y libre de partículas virales.

El retenido de MF es una solución enriquecida en caseína micelar nativa. Esta caseína deshidratada puede usarse para fortificar leche de quesería o para la purificación de las distintas fracciones de caseína. La obtención de caseínas individuales a partir de la MF de leche reemplaza exitosamente el procedimiento tradicional, que requiere su insolubilización en condiciones ácidas (Fauquant y col., 1988).

Exceptuando el tamaño de poro de la membrana de MF, los detalles técnicos de este proceso son los mismos que los usados para el caso de remoción de bacterias

en leche.

FRACCIONAMIENTO SELECTIVO DE LOS GLÓBULOS GRASOS

La separación por tamaño de los glóbulos grasos es una metodología para la que recientemente se ha propuesto el uso de membranas especiales de cerámica, que minimizan el daño producido sobre la membrana de los mismos.

Se ha comprobado que la leche con glóbulos grasos de un diámetro menor a 2 µm contribuye a suavizar la textura y palatibilidad de ciertos productos lácteos (crema, leche fluida, quesos, etc.) cuando se los compara con aquellos elaborados a partir de leche estándar o leche que contiene glóbulos grasos de mayor tamaño.

Las características observadas se atribuyen a la capacidad de los componentes de la membrana lipídica para unirse al agua y a la diferencia en la composición de triglicéridos (Saboya y Maubois, 2000).

REMOCIÓN DE GRASA DE SUERO

Algunos estudios previos (Maubois y Olliver, 1997; Maubois y col, 1987) se destinaron a optimizar la re- moción total por MF de la grasa residual en el suero.

Este procedimiento comprende una preconcentración del suero por UF, la remoción de microorganismos por MF (membrana de 0,8 µm de diámetro de poro) y la separación del complejo fosfolipídico de calcio agregado por MF (membrana de 0,1 µm). El suero desgrasado así obtenido es posteriormente concentrado por UF hasta un contenido proteico del 10%. Este producto adquiere propiedades espumantes similares a las de la clara de huevo.

LA MF Y LAS FERMENTACIONES MICROBIANAS

Las tecnologías de membrana y, particularmente, la MF pueden ser incorporadas ventajosamente en cualquier etapa de un proceso de fermentación microbiana, tanto en operaciones discontinuas, para separar biomasa de los metabolitos producidos, como en procesos de fermentación continuos. Por ejemplo, se pueden incorporar asépticamente compuestos termolábiles estériles (vitaminas, sales, etc) mediante un equipo de MF con una membrana de 0,1 µm conectado al fermentador.

Por otro lado, mediante el uso de membranas cerámicas de 1,4 µm, se pueden recuperar las células provenientes del starter, aumentando la concentración

de biomasa hasta 1012-1013 UFC/ml