Producción de leche de larga duración (ESL) mediante membranas cerámicas de microfiltración

Abstract

El procesado de leche en un reducido número de grandes empresas ha llevado a un alargamiento de la cadena de distribución. Además, en la actualidad la demanda de productos con mayor vida útil y mejores características organolépticas por parte de los consumidores, hace necesario el desarrollo de nuevos procesos productivos. Por este motivo, surge la denominada leche ESL (Extended Shelf Life). Entre los procesos ESL, la tecnología con membranas se presenta como una de las mejores herramientas para conseguir estos objetivos. En la presente Tesis Doctoral, el proceso estudiado es la microfiltración de leche con membranas cerámicas de resistencia variable, que presentan flujo de permeado constante. Este tipo de membranas, incluyen una modificación en su estructura que permite un mejor control de las condiciones de trabajo y una prolongación de los tiempos de operación. En la primera parte de este trabajo se aborda el estudio de la influencia de las condiciones de operación y el comportamiento con la coordenada longitudinal de las membranas con un dispositivo diseñado específicamente para este fin. Se han realizado ensayos con distintos tipos de membranas y en distintas condiciones para ver la influencia de estos parámetros sobre el rechazo de proteínas y la retención bacteriana. El ensuciamiento en este tipo de operaciones es el factor limitante de la selectividad y los tiempos de operación. El análisis del comportamiento de las membranas empleadas, así como la búsqueda de las condiciones óptimas de operación son esenciales para obtener el mayor rendimiento posible de este tipo de operaciones. Por este motivo, en esta Tesis se ha desarrollado una metodología para la determinación de las condiciones hidrodinámicas críticas (CHC) denominada Método Square Wave Barovelocimetry. Este método permite determinar cuáles son las condiciones de operación más favorables para trabajar con la membrana y el análisis detallado del tipo de ensuciamiento que tiene lugar cuando nos alejamos de estas condiciones. Dada la dificultad que presenta el trabajo con un fluido natural con elevada carga bacteriana como la leche, se ha desarrollado una metodología que permita simular los tamaños de partícula presentes en la leche, mediante emulsiones de aceite en agua. Esta metodología facilita el estudio de los rechazos de partículas, aportando como alimentación un fluido de composición estándar y estable en el tiempo. De manera global, se busca optimizar un proceso de microfiltración para extender la vida útil de la leche pasteurizada comercial, de manera que alcance una vida útil que le permita entrar en las redes de distribución de otros productos lácteos más duraderos. Para ello, se ha realizado el estudio de la combinación de la MF con tratamientos térmicos. Se ha buscado el mínimo tratamiento térmico posible que puede conseguir alcanzar los objetivos de vida útil marcados. Se ha realizado la combinación de la MF con un tratamiento térmico indirecto, en un intercambiador tubular, y varios pares temperatura-tiempo, al igual que en el caso del tratamiento térmico directo por inyección de vapor. Por último, se ha realizado un análisis de los costes de inversión y de operación que conllevaría la implantación de este proceso a escala industrial. Debido a que el proceso de MF elimina gran parte la carga bacteriana, los tratamientos térmicos posteriores pueden ser a menor temperatura. Este hecho conlleva un ahorro energético que también ha sido estimado.