ES2260281T3 - Metodo para filtrar leche. - Google Patents

Abstract

Método para eliminar bacterias y esporas bacterianas de la leche, caracterizado porque la leche es filtrada sobre un filtro de membrana con una superficie de membrana lisa que tiene una rugosidad de menos de 100 nm, que comprende una capa de filtro delgada de un espesor que es menor que 2000 nm, con poros de un tamaño determinado con precisión con una desviación típica de menos del 5% y una tortuosidad pequeña, de menos de 0, 1.

Description

Método para filtrar leche.

La presente invención se refiere a un método para eliminar bacterias y esporas bacterianas de la leche. Este método puede ser aplicado particularmente de forma ventajosa en la preparación de leche y queso de consumo, en el cual el calentamiento necesario de la leche puede reducirse a un mínimo.

En la producción de un producto lácteo con una buena vida útil y un buen sabor, es necesario buscar un equilibrio entre el deseo de proporcionar un producto con la calidad bacteriológica más favorable posible que no sea, al mismo tiempo, afectado desfavorablemente por el tratamiento de calor necesario.

Frecuentemente es aplicada la microfiltración para esterilizar líquidos, por ejemplo, en la industria farmacéutica. Los filtros son generalmente aplicados para este propósito con un tamaño de poro menor o igual que 200 nm. Ya ha sido descrita la posibilidad de eliminar bacterias de la leche utilizando microfiltración. Las micelas de caseína son de media aproximadamente seis veces menor que los microorganismos, pero para ambos componentes hay una distribución de tamaño de amplitud considerable. Incluso parece haber un solapamiento en las distribuciones de tamaño: las micelas de caseína más grandes son probablemente tan grandes como las bacterias más pequeñas. Además, será aparente que debido al tamaño comparable en partículas de bacteria y grasa, la leche, para su filtración, debe ser desnatada antes de la filtración. La figura 1 anexa de un artículo de J.-L. Maubois, Boletín del IDF, 320, 37 (1997) muestra la frecuencia de las diferentes partículas de la leche de acuerdo con el tamaño (nm, logarítmico).

Los tipos de membrana aplicados para microfiltración de la leche pueden ser caracterizados de forma general como membranas con una distribución determinada de tamaño de poro (dimensiones de poro no precisas) y un espesor que es un múltiplo de, y aún hasta cientos de veces mayor que, el diámetro medio de poro. No hay relación directa entre la retención de bacterias y el tamaño medio de poro de la membrana. Durante la microfiltración de la leche, puede ser alcanzado un alto grado de eliminación de bacterias con una membrana cerámica de 1400 nm, mientras que es conocido que poco más de la mitad de las bacterias son menores que 1400 nm. La retención de las bacterias depende en gran medida, entre otras cosas, del historial del proceso y de las condiciones del proceso. Además, la retención de las bacterias también depende de la morfología de los filtros de membrana, tal como la tortuosidad de los poros. Dichos factores determinan el grado de contaminación del filtro durante la realización del proceso. Esto hace compleja la aplicación de microfiltración para eliminar bacterias, porque es necesario tener en cuenta esta dependencia de la retención de bacterias en la elección de los filtros de membrana y en la aplicación del proceso de filtrado.

Un método para preparar leche de consumo con una vida útil mejorada está descrito en la solicitud de patente internacional WO 96/36238. Este proceso está basado en microfiltración. Una limitación significativa de este método es la selectividad entre micelas de caseína y bacterias. Con el fin de obtener una eliminación suficiente de bacterias, las operaciones son llevadas a cabo, por lo general, con respecto a la selectividad relativamente baja, bajo condiciones en las cuales una parte de la caseína es retenida por el microfiltro. Debido a que tiene que encontrarse un equilibrio entre la optimización del producto (las menor cantidad de bacterias posible) y la minimización de costos (el mayor flujo posible de corriente de líquido), el rendimiento de filtrado del proceso de microfiltración está por lo general limitado, a este respecto, a menor o igual a 95%. Por otra parte, en este proceso la fracción de riqueza en grasas de la leche es pre-separada de la leche y tratada separadamente. En la situación descrita, la microfiltración de la leche con la grasa sólo proporcionaría un resultado peor a causa de la rápida contaminación del filtro.

Un proceso para preparar leche esterilizada está descrito en la solicitud de patente internacional WO 97/49295. Se aplican para este proceso membranas con un tamaño de poro de entre 50 a 200 nm. La mayor parte de la caseína de la leche permanece detrás, en el concentrado en este proceso. Este concentrado rico en grasas y rico en caseína es sometido a un calentamiento a alta temperatura y después agregado al filtrado. Una gran inconveniente de este proceso es que, además de la grasa, la mayor parte de la caseína de la leche también es retenida por el microfiltro. Esto tiene como resultado que una gran parte de la leche aún tiene que ser esterilizada por medio de otra técnica de esterilización, por lo general calentamiento a alta temperatura, lo cual produce un deterioro del sabor. Además, el relativamente bajo flujo da como resultado unos costos considerablemente altos.

La patente U.S. 4.140.806 describe en la separación de leche desnatada de leche líquida, el uso de un filtro en el cual la cantidad principal de los poros del filtro tiene cada uno un diámetro de 200 a 10.000 nm, en cuyo proceso los productos de la leche fluyen por la superficie del filtro sobre un lado del filtro a una velocidad de 0,5 a 20 m/seg. En el documento WO 98/13131 ha sido descrito un sistema para filtrar fluidos médicos y biológicos, en el cual una membrana de filtro está proporcionada con tamaños de poro dimensionados con precisión, adaptados al tipo de artículo. Las membranas pueden ser de una variedad de espesores, tales como 1000 nm, 3000 nm, 5000 nm o 10.000 nm.

En la patente Holandesa Nº 1006118C y la correspondiente solicitud de patente EP 879635 está descrito un dispositivo para filtrar un líquido fermentado, en el cual son eliminadas las bacterias. Según la invención descrita en los mismos, el filtro comprende una capa de filtro de membrana delgada con poros de un tamaño determinado con precisión que está adaptada a los microorganismos tales como células de levadura, cuyos poros están formados haciendo uso de técnicas fotolitográficas. El uso del dispositivo para filtrar líquidos fermentados produce un resultado de filtración fiable.

El uso de un filtro de membrana con una capa de filtro de membrana delgada y poros de un tamaño determinado con precisión, hecho como se describe por ejemplo en el documento NL 1006118C, también produce un resultado de filtración fiable cuando se aplica a la leche, con una inesperadamente alta selectividad entre bacterias y micelas de caseína. Esto es sorprendente dado que las bacterias y las micelas de caseína difieren poco unas de otras en dimensiones, y las distribuciones de tamaño se solapan aún parcialmente una con otra (véase la figura 1 anexa). Los poros son preferentemente formados haciendo uso de técnicas fotolitográficas, con mayor preferencia, con un tamaño de menos de 1500 nm, menos de 1000 nm o menos de 500 nm y de un mínimo de aproximadamente 50 nm. La desviación típica del tamaño de los poros es menor que el 5%, preferentemente menor que el 3% o que el 1%.

La tortuosidad de los poros de la capa de filtro de membrana a ser aplicada es pequeña, menor que aproximadamente 0,1, preferentemente menor que 0,01.

La capa de filtro de membrana tiene un espesor que es menor que 2000 nm, preferentemente menor que 1500 nm o menor que 1000 nm o que 500 nm, y de un mínimo de aproximadamente 50 nm.

La superficie de membrana del filtro de membrana aplicado es también lisa, es decir, la rugosidad de la misma es menor que 100 nm, preferentemente menor que 50 nm y más preferentemente menor que 10 nm.

Será aparente que todas estas dimensiones son dependientes del producto a ser producido, desde el cual las bacterias son eliminadas, tal como un producto con una vida útil comparable a la de leche pasteurizada o esterilizada, es decir, dependientes de la calidad bacteriológica deseada del producto.

De forma general, es aplicado un filtro de membrana, el cual incluye una capa portadora de soporte, por ejemplo de cerámica, en el cual la membrana o filtro de membrana está diseñada en sí como una capa de filtro de membrana. El uso de un filtro de membrana que incluye esta capa portadora para la eliminación de bacterias de la leche también forma parte de la presente invención.

Cuando es aplicado el proceso de la invención, es posible una mayor reducción en el número de bacterias sin incremento en el contenido de caseína en el flujo de concentrado. Además, se encuentran niveles más altos de flujo que los reportados por otros dispositivos de microfiltración conocidos. Finalmente, inesperadamente no es necesario desnatar la leche antes de la filtración.

Cuando es aplicada la microfiltración con el filtro de membrana expuesto anteriormente, es posible alcanzar una clara separación entre micelas de caseína, por una parte, y bacterias y esporas bacterianas, por otra parte. Como es aparente de las dimensiones de las partículas de leche, como se muestra en la figura 1, preferentemente es aplicado un filtro con un diámetro de poro de aproximadamente 50 a aproximadamente 1500 nm, en el cual las micelas de caseína entran en el flujo filtrado y las bacterias junto con los glóbulos de grasa entran en el flujo de concentrado.

Con respecto a las pequeñas diferencias de tamaño entre micelas de caseína y bacterias, es importante para una progresión exitosa del proceso de microfiltración alcanzar la separación más clara posible entre dichos componentes. El uso de un filtro de membrana con poros de un tamaño determinado con precisión es de gran importancia aquí. Entonces, si estas membranas tienen una capa de filtro muy delgada, una superficie de membrana muy lisa y poros con una tortuosidad muy pequeña, el proceso de microfiltración total entonces exhibe una inesperada gran mejoría. Una ventaja significativa es que la retención de bacterias es prácticamente constante durante el proceso de filtración cuando se aplica un determinado filtro de membrana y, por consiguiente, ya no es dependiente del historial del proceso o de las condiciones del proceso y similares, dado que los poros del filtro de membrana se vuelven mucho menos contaminados que cuando se aplica un microfiltro convencional. Los niveles de flujo aquí alcanzados son mayores que los reportados por los dispositivos de microfiltración conocidos. El flujo de micelas de caseína a través de la membrana ya era grande con una membrana con una capa de filtro de un espesor de 1000 a 2000 nm. Los cálculos demuestran que el flujo de micelas de caseína aumenta aún más cuando hay una disminución adicional en el espesor de la capa de filtro hasta, por ejemplo, 500 nm o 200 nm. Las bacterias ya son retenidas antes de alcanzar la membrana, mientras que las micelas de caseína pasan a través del filtro de membrana relativamente rápido, de forma que no ocurre acumulación de componentes justo antes de la membrana, de manera tal que esto ejerce una fuerte influencia sobre la retención efectiva de bacterias. Además, el proceso de microfiltración de la leche con los filtros de membrana descritos puede ser llevado a cabo sorprendentemente a una presión transmembrana muy baja. Un flujo máximo ya es normalmente alcanzado a una presión transmembrana de menos de 200 mbar. Bajo las presiones transmembrana aplicadas en los ejemplos, el flujo es despreciablemente pequeño en las membranas de microfiltración convencionales.

Cuando el proceso de la presente invención es aplicado en la eliminación de bacterias de la leche, la mayor parte de la caseína de la leche pasa a través de la membrana y entra en el filtrado. El rendimiento del filtrado puede, por medio de esto, ser incrementado comparado con la aplicación de técnicas de microfiltración convencionales, y sólo una pequeña parte de la leche (concentrado y/o la crema) aún tiene que ser esterilizada de otra manera. De este modo, es posible preparar leche esterilizada con un sabor considerablemente mejorado comparado con la leche esterilizada y la leche UAT preparada de la manera convencional, en la cual es aplicado un proceso de calentamiento de por lo menos 1 segundo a 135ºC como se especifica en el Ducth Commodities Act, Foodstuffs (B-1.3.1, apéndice III, publicado el 12-12-1999). También es posible preparar leche pasteurizada (fuertemente) con una vida útil mejorada comparada con la leche pasteurizada preparada de la manera convencional, en la cual es aplicada una temperatura alta durante un corto tiempo (por ejemplo, un mínimo de 71,7ºC durante 15 segundos), véase el Dutch Commodities Act expuesto anteriormente.

Todavía se ha encontrado que ya no es necesario desnatar la leche cuando es aplicado el filtro de membrana delgada como el descrito anteriormente. Las partículas de grasa son retenidas junto con las bacterias en el flujo de concentrado sin tener esto un efecto adverso en la permeabilidad de las micelas de caseína a través del filtro. Por supuesto, el contenido en grasa del flujo de filtrado puede ser llevado al nivel deseado mezclándolo con una cantidad deseada de crema esterilizada. El concentrado podría ser utilizado para este propósito después de la esterilización mediante, por ejemplo, calentamiento.

Será aparente a las personas expertas que el método de la presente invención puede ser igualmente aplicado ventajosamente en procesos relacionados con la preparación de leche de consumo, en los cuales es purificada la leche en cualquier forma, tal como, por ejemplo, en la eliminación de bacterias y esporas bacterianas de leche de quesería y en el pretratamiento de leche de quesería con el fin de preparar queso, tal como, por ejemplo, queso de leche cruda.

La invención es explicada además con referencia a los siguientes ejemplos, que sirven sólo a modo de ilustración y no afectan al alcance de la invención.

Ejemplo 1

Una leche desnatada es tratada a 50ºC con un filtro de membrana liso (rugosidad superficial de menos de 100 nm) que tiene una capa de filtro con un tamaño de poro de 750 nm (desviación típica 5%) y un espesor de 1000 nm. A una presión de 25 mbar, es medido un flujo de 263 l/m^{2}h (litros por m^{2} de área de superficie de membrana por hora). A una presión de 37 mbar el flujo aumenta hasta 630 l/m^{2}h.

Ejemplo 2

Una leche desnatada es tratada a 50ºC con un filtro de membrana liso que tiene una capa de filtro con un tamaño de poro de 1200 nm (desviación típica 5%) y un espesor de 1000 nm. A una presión de 10 mbar, es medido un flujo de 3500 l/m^{2}h.

Ejemplo 3

Una leche desnatada es tratada a 50ºC con un filtro de membrana liso que tiene una capa de filtro con un tamaño de poro de 750 nm (desviación típica 5%) y con un tamaño de poro de 1200 nm (desviación típica 5%) a una presión transmembrana de aproximadamente 20 mbar. En ninguno de los dos casos es medida una retención de proteína; una determinación Kjeldahl de nitrógeno da una retención < 0,01.

Ejemplo 4

Una ultrafiltración de Leche (SMUF) como la descrita por R. Jenness y J. Koops en Neth. Milk Dairy, J. 16, 153 (1962), inoculada con bacterias de Bacillus subtilis es tratada en una configuración de flujo directo, en la cual la velocidad del líquido tangencialmente a la membrana es cero, con un filtro liso con un tamaño de poro de 500 nm (desviación típica 5%) y un espesor de 1000 nm. Es medida una reducción decimal en las bacterias de 6,6.

Claims (12)

1. Método para eliminar bacterias y esporas bacterianas de la leche, caracterizado porque la leche es filtrada sobre un filtro de membrana con una superficie de membrana lisa que tiene una rugosidad de menos de 100 nm, que comprende una capa de filtro delgada de un espesor que es menor que 2000 nm, con poros de un tamaño determinado con precisión con una desviación típica de menos del 5% y una tortuosidad pequeña, de menos de 0,1.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de filtro tiene un espesor que es menor que 1500 nm.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque la capa de filtro tiene un espesor que es menor que 1000 nm.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque la capa de filtro tiene un espesor que es menor que 500 nm.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los poros están formados utilizando técnicas fotolitográficas.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de filtro contiene poros con un tamaño de menos de 1500 nm.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque la capa de filtro contiene poros con un tamaño de menos de 1000 nm.

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque la capa de filtro contiene poros con un tamaño de menos de 500 nm.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la leche es filtrada a una presión transmembrana de menos de 200 mbar.

10. Método para producir queso a partir de leche de quesería, caracterizado porque la leche de quesería es filtrada como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

11. Método para producir leche de consumo con un determinado contenido de grasa, caracterizado porque la leche es filtrada de acuerdo con el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el cual la leche es dividida en un flujo de concentrado y en un flujo de filtrado, en el cual el flujo de filtrado, que contiene micelas de caseína, además es procesado para la leche de consumo mezclando este flujo, si se desea, con una cantidad deseada de crema esterilizada y/o el flujo de concentrado después del calentamiento.

12. Método según la reivindicación 11, en el cual la crema esterilizada procede del flujo de concentrado después del calentamiento.