ES2295580T3 - Proceso para producir un producto lacteo sin lactosa. - Google Patents

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Abstract

Un proceso para producir un producto lácteo sin lactosa o sustancialmente sin lactosa, caracterizado por las etapas de a) ultrafiltrar la leche, b) nanofiltrar el permeado de UF obtenido a partir de la ultrafiltración, c) concentrar el permeado de NF obtenido en la etapa b) mediante ósmosis inversa, d) usar el retentado RO obtenido en la etapa c) como sal para añadir al retentado de UF, e e) hidrolizar el producto lácteo por medio de lactasa.

Description

Proceso para producir un producto lácteo sin lactosa.
Objeto de la invención
La invención se refiere a un proceso para producir productos lácteos sin lactosa y particularmente al uso de diferentes técnicas de membrana en la producción de productos lácteos.
Antecedentes de la invención
Las técnicas de membrana son procesos de separación conocidos usados a niveles molecular e iónico. Dichos procedimientos consumen poca energía y permiten la concentración y el fraccionamiento de la leche. Se ahorra energía por ejemplo debido a que el uso de técnicas de membrana no requiere un cambio de fase para la deshidratación como en el caso de la condensación y la evaporación.
En términos generales, actualmente se usan procesos de filtración de membrana de cuatro tipos básicos, cada uno de los cuales sirve para diferentes fines de uso. De acuerdo con la capacidad de separación, estos cuatro tipos básicos son, desde el que tiene menor tamaño de poro hasta el que tiene el mayor tamaño de poro, ósmosis inversa (RO), nanofiltración (NF), ultrafiltración (UF) y microfiltración (MF). De estos, la ósmosis inversa se usa generalmente para concentración, la ultrafiltración y microfiltración para fraccionamiento y la nanofiltración tanto para concentración como para fraccionamiento.
La microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración son procedimientos de separación de membrana, en los que se filtra el líquido a través de una membrana semipermeable. Una membrana semipermeable es una membrana que permite pasar a su través solamente parte de los componentes en una solución. El sistema puede comprender también un filtro preliminar para eliminar por filtración los componentes precipitados de mayor tamaño.
La ósmosis es el movimiento espontáneo de un líquido a través de una membrana semipermeable desde una solución diluida a través de la membrana hasta una solución más concentrada. En un dispositivo de ósmosis inversa, el flujo se invierte mediante un aumento de presión de la solución concentrada para superar la presión osmótica. La ósmosis inversa permite la separación de las sales disueltas. En la práctica, el líquido (permeado) obtenido a partir de la ósmosis inversa es lo suficientemente puro como para descargarlo en una alcantarilla. El uso más común de la ósmosis inversa es la producción de agua potable a partir de agua de mar.
El uso de técnicas de membrana permite la separación de los componentes de la leche haciendo fluir a la leche a una presión elevada a través de una membrana. Los componentes que son más pequeños que el tamaño de poro de la membrana pasarán después a través de la membrana (permeado) y los componentes de mayor tamaño se retienen en la membrana (retentado). En otras palabras, siempre se generan dos flujos que salen del sistema de separación.
Durante las últimas décadas, la industria láctea ha usado con éxito técnicas de membrana por ejemplo, en el tratamiento del suero y de aguas residuales. Sin embargo, se ha observado en la industria láctea que las técnicas de membrana son extremadamente adecuadas para el tratamiento de la leche de vaca, que se sabe que contiene abundantes cantidades de nutrientes valiosos y compuestos funcionales. De hecho, los estudios recientes se han centrado en la filtración de membrana de la leche y en el uso de dicha leche filtrada para la producción de productos lácteos, tales como queso, helado y yogurt.
Se ha prestado atención especial en los estudios a la demanda en aumento de productos lácteos sin lactosa durante los últimos años. Se sabe generalmente que algunos individuos son intolerantes a la lactosa, es decir no pueden tolerar productos lácteos que contienen una cantidad normal de lactosa. Además, algunas veces es necesario ingerir productos lácteos bajos en lactosa por otras razones. Por ejemplo, cuando un individuo ha tomado antibióticos, la capacidad intestinal para descomponer la lactosa en monosacáridos puede alterarse.
Se han presentado varios procesos para eliminar la lactosa de la leche. En términos generales, el problema en todos los procesos conocidos es un cambio de las características organolépticas. Un procedimiento bien conocido en el campo es el proceso enzimático convencional para eliminar lactosa, comprendiendo el proceso la etapa de añadir lactasa a la leche, dando como resultado de este modo la conversión del más del 80% de la lactosa en monosacáridos, es decir glucosa y galactosa. En este caso, el problema es el sabor inaceptablemente dulce de la leche, provocado por los monosacáridos.
La publicación WO 00/45643 describe un proceso que intenta conservar las características organolépticas de la leche. De acuerdo con la publicación, esto se consigue reduciendo la cantidad de lactosa hasta alcanzar una proporción de lactosa con respecto a proteína de aproximadamente 1:1 y después tratando la leche con lactasa para convertir la lactosa residual en monosacáridos. De acuerdo con la publicación, la cantidad de lactosa puede reducirse mediante ultrafiltración o diafiltración. Las características esenciales del proceso presentado es la reducción de la proporción de lactosa con respecto a proteína. Esto se consigue además aumentando la cantidad de proteína concentrando la leche original o añadiendo proteína a la leche en cualquier etapa del proceso. El problema en dicho proceso es que en asociación con ultrafiltración o diafiltración, no solamente la lactosa, sino también parte de las sales que tienen un significado evidente para el sabor de la leche se eliminan también de la misma. Otro obstáculo para el uso de ultrafiltración es la dificultad para utilizar el subproducto, permeado, que contiene agua, lactosa, sales y compuestos de nitrógeno de bajo peso molecular.
La publicación finlandesa 104 783 B1 describe un proceso para preparar un polvo de suero salino a partir de suero o de un permeado de ultrafiltración de leche. El proceso comprende nanofiltración, concentración y secado del suero o del permeado.
El polvo de suero salino obtenido mediante el proceso puede usarse como un sustituto para la sal de mesa convencional (NaCl).
La publicación EP 226 035 B1 describe un proceso para la separación cromatográfica específica de lactosa de la leche. En el proceso, la leche se fracciona de tal manera que se separa una fracción de lactosa y las sales permanecen en la fracción de proteínas o en la fracción de proteínas/grasas. La ventaja del proceso es que en lugar de un permeado, se obtiene una solución de lactosa pura y que todas las sustancias significativas para el sabor, incluyendo las sales, permanecen en la leche. Sin embargo, la separación cromatográfica es un proceso que requiere mucho tiempo y es muy complejo. Otro problema con la separación cromatográfica es el elevado precio de adquisición del equipo, ya que las industrias lácteas convencionales no tienen normalmente dicho equipo.
La publicación WO 93/022037 describe un proceso para filtración de membrana de la leche para regular los componentes sólidos de la leche. Para aumentar el contenido de sales monovalentes sin aumentar el contenido de lactosa de la leche, pueden usarse ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa. Las sales se devuelven en forma de un retentado de RO en una tubería de suministro de una unidad de ultrafiltración. La desventaja del proceso es que el retentado de RO devuelto a la filtración UF solamente tiene un efecto poco importante sobre el contenido de sales del retentado de UF.
La solicitud de patente FR 2125137 describe un proceso para producir un producto lácteo sin lactosa mediante las etapas de ultrafiltración y ósmosis inversa mediante el que se trata un permeado de la ultrafiltración mediante ósmosis inversa, obteniendo de este modo una fracción retenida mediante ósmosis inversa y que contiene lactosa y otra fracción que pasa a través de la membrana de filtración que contiene las sales minerales y agua. Esta ultima fracción, es decir el permeado, se combina con un retentado de ultrafiltración. La composición y concentración de las sales a retener/pasar en un permeado de RO no puede controlarse mediante este proceso de dos etapas. Por lo tanto, no es posible obtener las características organolépticas favorables de un producto lácteo sin lactosa mediante ultrafiltración y ósmosis inversa.
Breve descripción de la invención
El objeto de la invención es por lo tanto proporcionar un proceso para resolver los problemas anteriores. El objeto de la invención se consigue mediante un proceso que se caracteriza por lo que se afirma en las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones de la invención se describirán en las reivindicaciones adjuntas.
La invención se basa en la sorprendente observación de que las sales que se eliminan junto con la ultrafiltración convencional pueden devolverse al producto lácteo usando los procesos de la invención, en la que el producto lácteo se ultrafiltra, se nanofiltra y se concentra por medio de ósmosis inversa, seguido de la adición de sales al retentado de UF. El producto lácteo bajo en lactosa obtenido de este modo puede someterse después a hidrólisis, donde la lactosa residual se convierte en monosacáridos por medio de la enzima lactasa, dando como resultado un producto lácteo sustancialmente sin lactosa.
Una ventaja del proceso de la invención es que las características organolépticas del producto lácteo se conservan. Además, en el proceso de la invención, los flujos de salida generados, el retentado de NF y el permeado de RO, pueden procesarse adicionalmente fácilmente. El retentado de NF contiene en su mayor parte lactosa y agua, y el permeado de RO contiene esencialmente agua. El permeado de RO obtenido es lo suficientemente puro para usarlo por ejemplo como agua de aclarado en el lavado de equipos. Otra ventaja es que el proceso de la invención permite la producción de un producto lácteo que contiene solamente componentes originarios de la leche. Sin embargo, esto no es necesario para la invención, pero en el proceso de la invención pueden añadirse también otras sustancias al producto lácteo, si fuera necesario.
Breve descripción de las figuras
A continuación, se describirán con detalle realizaciones preferidas de la invención con referencia a la figura adjunta, en la que la Figura 1 muestra un diagrama de bloques de un proceso de una realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
La invención se refiere a un proceso para producir un producto lácteo sin lactosa, caracterizado por las etapas de someter al producto lácteo a ultrafiltración, nanofiltración y concentración mediante ósmosis inversa y añadir sales al retentado de UF. El proceso de la invención permite la eliminación de lactosa de la leche sin ningún efecto sobre las características organolépticas del producto lácteo a producir, ya que las sales que se eliminan junto con la eliminación de la lactosa pueden restaurarse y/o sustituirse.
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El proceso de la invención comprende preferiblemente las etapas de
a)
ultrafiltrar la leche,
b)
nanofiltrar el permeado de UF obtenido a partir de la ultrafiltración,
c)
concentrar el permeado de NF obtenido en la etapa b) mediante ósmosis inversa,
d)
usar el retentado de RO obtenido en la etapa c) como sal para añadir al retentado de UF.
En una realización de la invención, además de o en lugar de la sal contenida en el retentado de RO obtenido a partir del mismo proceso de producción, se añade otra sal al retentado de UF. La sal a añadir es preferiblemente sal de suero, que es por ejemplo un retentado de RO preparado a partir de un permeado de nanofiltración de suero o un polvo de sal separada por cromatografía. La sal de suero a añadir puede estar pulverizada o en solución. El retentado de UF y el retentado de RO preparados a partir del permeado del ultrafiltración de la leche y que se añadirán a la misma, también pueden producirse en diferentes procesos.
La Fig. 1 muestra un diagrama de bloques de una realización de la invención. A continuación, se describirán realizaciones preferidas de las diferentes etapas del proceso. En la presente publicación, los porcentajes se refieren a porcentajes en peso, a menos que se indique otra cosa.
La ultrafiltración se realiza preferiblemente mediante un coeficiente de concentración k = 1 a 4, más preferiblemente k = 1,5 a 2. El coeficiente de concentración (k) se refiere a la proporción de peso entre el líquido suministrado a la filtración y el retentado, y se proporciona mediante la siguiente formula:
1
El permeado de UF generado en la ultrafiltración de la leche contiene típicamente aproximadamente el 4,3% de lactosa y aproximadamente el 0,4% de cenizas, estando su contenido de materia seca entre el 5,0 y el 5,5%. El retentado de UF (k = 1,5 a 2) generado en la ultrafiltración contiene aproximadamente del 5 al 7% de proteína, aproximadamente del 4,6 al 4,9% de lactosa y aproximadamente del 1,0 al 1,2% de cenizas; estando su contenido de materia seca entre el 11 y el 14%. Las membranas adecuadas son por ejemplo GR81 PP y GR61 PP fabricadas por Danish Separation Systems, Dinamarca.
En el proceso de la invención, la nanofiltración se realiza preferiblemente mediante un coeficiente de concentración k = 1 a 6, más preferiblemente k = 3 a 5. El permeado (permeado de NF) generado en la nanofiltración contiene principalmente sales univalentes y urea, estando su contenido en materia seca entre el 0,1 y el 0,3%. El retentado de NF generado en la nanofiltración contiene lactosa (aproximadamente el 90% de la materia seca) y su contenido en materia seca está entre el 20 y el 24%. Las membranas adecuadas son por ejemplo Desal 5 (Osmonics, Estados Unidos) y NF45 (Filmtec, Estados Unidos).
En el proceso de la invención, la ósmosis inversa se realiza preferiblemente mediante el coeficiente de concentración k = 2 a 20, más preferiblemente k = 5 a 12. El permeado (permeado de RO) generado en la ósmosis inversa contiene principalmente sólo agua. El retentado de RO generado en la ósmosis inversa contiene típicamente del 0,5 al 2% de cenizas, estando su contenido de materia seca entre el 1 y el 3%. Las membranas adecuadas son por ejemplo Nanomax-95, fabricada por Millipore Corp., Estados Unidos.
En una realización de la invención, la leche se estandariza hasta el contenido de grasas deseado antes de la ultrafiltración. En la producción de leche el contenido de grasas puede variar entre el 0 y el 7%, estando preferiblemente entre el 0 y el 4,5%. Si el contenido de grasas en la leche supera el 7%, entonces generalmente está implicada la nata. El proceso de la invención también puede usarse para la producción de nata sin lactosa.
La leche también puede tratarse con calor, es decir pasteurizarse, antes de la ultrafiltración. La pasterización se refiere al calentamiento de alimentos líquidos (particularmente leche) a una temperatura de 60 a 90ºC para destruir los patógenos.
El proceso de la invención también comprende preferiblemente una etapa de hidrólisis enzimática, en la que la lactosa residual se convierte en monosacáridos mediante la lactasa, es decir, \beta-D-galactosidasa. Varias enzimas diferentes adecuadas para su uso en el proceso de la invención están disponibles en el mercado. Éstas incluyen, por ejemplo lactasas producidas por Kluyveromyces fragilis (por ejemplo HA-lactasa, Chr. Hansen A/S, Dinamarca) o lactasa producidas por Kluyveromyces lactis (por ejemplo, Validasa, Valley Research Inc., Estados Unidos). La hidrólisis dura preferiblemente entre 1 y 36 horas y se realiza a una temperatura de 5 a 70ºC, preferiblemente 6 a 15ºC. Sin embargo, debe observarse que los fabricantes de enzimas comerciales proporcionan las condiciones de hidrólisis óptimas para sus enzimas en sus propias instrucciones.
El contenido de materia seca del producto lácteo obtenido mediante el proceso de la invención puede ajustarse mediante la adición de agua. Por otro lado, el proceso de la invención también puede usarse para producir polvo de leche sin lactosa, es decir la leche obtenida se seca. La producción de polvo es particularmente adecuada para la producción de leche en polvo sin lactosa sin grasas, pero también pueden producirse polvos grasos.
Antes de que se envase en producto lácteo, la leche puede tratarse con calor por ejemplo mediante pasteurización (72ºC, 15 s.), mediante tratamiento ESL (130ºC, 1 a 2 s.) o mediante tratamiento UHT (138ºC, 2 a 4 segundos).
El proceso de la presente invención es particularmente adecuado para el tratamiento de la leche de vaca. Sin embargo, el término "leche" se refiere a cualquier secreción normal obtenida de las glándulas mamarias de mamíferos, tales como leche de vaca, de cabra, de caballo o de oveja. La expresión "leche estandarizada" se refiere a leche cuyo contenido de grasas se normaliza al nivel deseado. El producto lácteo producido mediante el proceso de la invención puede ser por ejemplo leche, yogur, leche cuajada, queso cuajado o una bebida láctea agria, tal como leche agria o mantequilla. El proceso también permite el ajuste del contenido de materia seca según se desee, siendo entonces el producto una sustancia líquida, gelatinosa o sólida. El producto obtenido mediante el proceso de la invención puede injerirse como tal o añadirse como aditivo a un producto alimenticio o a una parte del mismo. Los productos alimenticios pueden ser productos por ejemplo de la industria láctea, de la industria del procesamiento de la carne, de la industria de alimentos preparados, de la industria de bebidas, de la industria panadera o de la industria pastelera.
Ejemplo 1
Se ultrafiltraron 30 litros de leche pasteurizada (72ºC, 15 s.) que tenía un contenido de grasas del 1,5% a 50ºC con un ultrafiltrador Labstak a escala de laboratorio a un coeficiente de concentración de 1,5 usando membranas GR61PP que tenían un valor límite de 20.000 Da. Se recuperaron el retentado obtenido (20 l) y el permeado obtenido (10 l).
El permeado de UF (10 l) se nanofiltró adicionalmente a temperatura ambiente mediante un coeficiente de concentración 4 a través de membranas de nanofiltración Nanomax-50 de Millipore, con lo que los iones univalentes pasaron a través de la membrana (retención de NaCl < 65%), (7,5 l). El componente principal del permeado de UF era lactosa, que se retenía en la porción del retentado en la nanofiltración. En la nanofiltración, se eliminaron las sales del permeado de UF, es decir la porción de lactosa (2,5 l) y por lo tanto el retentado de nanofiltración era adecuado para su uso como una fracción baja en lactosa mineral.
El permeado de nanofiltración (7,5 l) se concentró a temperatura ambiente usando membranas de ósmosis inversa Nanomax-95 (Millipore) mediante el coeficiente de concentración 10, con lo que las sales contenidas en el nanopermeado se concentraron en el retentado de ósmosis inversa (retención de NaCl > 94%). El retentado de RO obtenido de este modo puede usarse en la producción de leche sin lactosa en la restauración de sales.
Se mezclaron 69,2 g de retentado de UF y 10,5 g de retentado de RO y 20,3 g de agua y se añadieron 0,35 g de HA lactasa (Chr. Hansen A/S, Dinamarca). Se dejó hidrolizar a la mezcla a 10ºC durante 24 horas, periodo durante el cual el contenido de lactosa cae por debajo del 0,01%. La Tabla 1 muestra la composición del retentado de UF y el retentado de RO. La composición del producto obtenido está muy próxima a de la leche semidesnatada ordinaria y sabe como la leche semidesnatada, pero está completamente libre de lactosa (lactosa < 0,01%).
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TABLA 1 Producción de leche sin lactosa a partir de leche estandarizada y de un retentado de RO preparado a partir de un permeado de UF de leche
2
De la misma manera puede producirse leche sin lactosa y sin grasas, o por ejemplo con un contenido de grasas del 3,5%. En este caso, de forma correspondiente, la leche de partida debe ser libre de grasas o tener un contenido de grasas del 3,5%.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2
Se ultrafiltraron 30 litros de leche pasteurizada (72ºC, 15 s.) que tenía un contenido de grasas del 1,5% a 50ºC y a un coeficiente de concentración de 1,5 usando membranas GR61PP, que tenían un valor límite de 20.000 Da. Se recogieron el retentado obtenido (20 l) y el permeado obtenido (10 l).
En lugar del retentado de RO producido a partir del permeado de UF de la leche, en productos lácteos en forma de queso, se toma un concentrado (retentado de RO) preparado a partir del permeado de la nanofiltración del suero, siendo la composición del concentrado similar a la del retentado de RO preparado a partir del permeado de UF de la leche (Tablas 1 y 2).
Se mezclan 69,2 g de retentado de UF y 10,5 g de concentrado de sal y 20,3 g de agua y se añaden 0,35 g de HA lactasa (Chr. Hansen A/S, Dinamarca). Se deja hidrolizar a la mezcla a 10ºC durante 24 horas, periodo durante el cual el contenido de lactosa cae por debajo de 0,01%. La Tabla 2 muestra las composiciones del retentado de UF y del retentado de RO. La composición del producto obtenido es muy similar a la de la leche semidesnatada ordinaria y sabe como leche semidesnatada, pero está completamente libre de lactosa (lactosa < 0,01%).
TABLA 2 Producción de leche sin lactosa a partir de leche estandarizada y de un retentado de RO obtenido a partir de la nanofiltración del suero
3
El retentado de RO obtenido a partir de la nanofiltración del suero puede usarse en la producción de leche sin lactosa, del mismo modo que el retentado de RO obtenido del permeado de UF de la leche.
Ejemplo 3
La leche producida de acuerdo con el ejemplo 1 ó 2 también puede secarse hasta un polvo. La leche se pasteuriza a 75ºC \pm 3ºC/3 minutos y se evapora hasta del 40 al 45% de contenido de materia de seca. Esto se introduce después en un secador por pulverización. Se realiza el secado con un secador laminar (Filtermat) a los valores de secado correspondientes a los polvos de leche de lactosa hidrolizada normales.
Presión del inyector de 110 a 150 bares
Temperatura del aire del inyector de 185 a 190ºC
Temperatura del flujo laminar de 160 a 170ºC
Etapa post-secado de 120 a 130ºC
Enfriamiento de 20 a 25ºC
Temperatura de salida de 60 a 65ºC
Humedad objetivo del 1,75%, máximo del 2-3%.
La producción de polvo es particularmente adecuada para la producción de polvo de leche sin lactosa y sin grasas, pero también pueden producirse polvos grasos.
Ejemplo 4
Los productos lácteos sin lactosa de acuerdo con los ejemplos 1 a 3 pueden usarse para el procesamiento adicional de productos convencionales pero sin lactosa. La leche sin lactosa puede usarse para producir nata sin lactosa ajustando el contenido de grasas del producto adecuado antes de la hidrólisis de la lactosa. Análogamente, la leche sin lactosa puede usarse para producir leche agria añadiendo a la leche un agente para agriar la leche y dejando que la leche se agrie de la misma manera que en la producción de leche agria normal. Puede producirse helado sin lactosa de la misma manera que a partir de la leche normal. Análogamente, pueden producirse casi todos los productos lácteos posibles sin lactosa por medio de la tecnología de producción convencional. Pueden ser necesarios cambios menores en los parámetros de producción de los diferentes productos cuando se usa leche sin lactosa.
Es evidente para un especialista en la técnica que, a medida que la tecnología avanza, la idea básica de la invención puede implementarse de diversas maneras. Por lo tanto la invención y sus realizaciones no se limitan a los ejemplos anteriores, sino que pueden variar dentro de las reivindicaciones.

Claims (8)

1. Un proceso para producir un producto lácteo sin lactosa o sustancialmente sin lactosa, caracterizado por las etapas de
a)
ultrafiltrar la leche,
b)
nanofiltrar el permeado de UF obtenido a partir de la ultrafiltración,
c)
concentrar el permeado de NF obtenido en la etapa b) mediante ósmosis inversa,
d)
usar el retentado RO obtenido en la etapa c) como sal para añadir al retentado de UF, e
e)
hidrolizar el producto lácteo por medio de lactasa.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por añadir otra sal al retentado de UF además del retentado de RO.
3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la otra sal es sal de suero.
4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la hidrólisis dura de 1 a 36 horas.
5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque se realiza la hidrólisis a una temperatura de 5 a 70ºC.
6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se acondiciona la leche al contenido de grasas deseado y se pasteuriza antes de la ultrafiltración.
7. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende también el ajuste del contenido de materia seca del producto lácteo añadiendo agua.
8. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por:
a)
ultrafiltrar la leche con un coeficiente de concentración de 1 a 4,
b)
nanofiltrar el permeado de UF obtenido a partir de la ultrafiltración con un coeficiente de concentración de 1 a 6,
c)
concentrar el permeado de NF obtenido en la etapa b) mediante ósmosis inversa con un coeficiente de concentración de 2 a 20.
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