La investigación desarrollada en la Universidad Nacional de Colombia (UN) de la ciudad de Manizales, desarrolló el proceso de fermentación del suero del queso (lactosuero) en biorreactores.
Aplicaciones para bioimplantes, botellas, vasos, platos desechables, bolsas y máquinas de afeitar podrían fabricarse a partir del lactosuero, un residuo de la elaboración de quesos que en su mayoría va a parar a las fuentes hídricas de las zonas productoras de leche.
El lactosuero, sustancia líquida que se obtiene del proceso de cuajado de la leche en la elaboración de queso, retiene cerca del 55 % de ingredientes como lactosa, proteínas solubles, lípidos y sales minerales.
Aproximadamente, el 90 % de la leche utilizada en la industria quesera es eliminada como lactosuero. De este porcentaje, el 45 % va a parar a las fuentes hídricas de ciudades productoras como Barranquilla, Bucaramanga, Simijaca y Bogotá, lo cual hace de esta sustancia uno de los principales factores de contaminación ambiental.
Por ello, y a través de diversas investigaciones, se ha buscado la forma de utilizar este subproducto como materia prima para la producción de bebidas fermentadas y alcohólicas, ácidos orgánicos y derivados de la lactosa, entre otros. En este último caso, el 45 % es usado en forma líquida, el 30 % en polvo, el
15 % como lactosa y el resto como concentrados de proteína.
Dentro de la diversa gama de beneficios que se pueden obtener a partir del lactosuero figuran productos de panadería, bebidas para deportistas, bebidas fermentadas, gomas, empaques biodegradables, sustancias inhibidoras de crecimiento y concentrados proteicos.
Una investigación enfocada en esta sustancia llevaría a producir biopolímeros para la fabricación de botellas, vasos plásticos y otros objetos que emplean como base estos materiales naturales.
En la investigación titulada “Análisis de la producción de polihidroxibutirato usando lactosuero como materia prima”, realizada como tesis de grado para optar al título de Magíster en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, la ingeniera Catalina Álvarez Campuzano alcanzó resultados óptimos.
“Con el lactosuero, luego de muchos ensayos, logramos que las bacterias gram negativas acumularan el 77 % en peso de biopolímero. Estos microorganismos, que se usan industrialmente, han llegado a acumular hasta un 80 % en peso celular, lo cual nos mostró que luego del pretratamiento, el lactosuero tiene una buena posibilidad de ser utilizado como caldo de cultivo”, explica la investigadora.
A Escala Industrial
Con base en estadísticas de Fedegán (Federación Colombiana de Ganaderos), durante 2014 se produjeron 6.717 millones de litros de leche cruda, para la elaboración de 672 millones de kilos de queso, de los cuales se obtuvieron como subproducto 6.045 millones de litros de lactosuero, aproximadamente.
Estas cifras preocupan en el aspecto ambiental, ya que entre más desperdicio de lactosuero llegue a las aguas y suelos, mayor es el riesgo de contaminación, pues la alta demanda de oxígeno por parte de este residuo disminuye la vida acuática y deteriora la calidad de los productos agrícolas.
La contaminación y el desperdicio son algunas de las razones por las cuales la estudiante de maestría analizó el residuo, con el fin de hallar un valor agregado útil en otros sectores industriales, diferentes al alimenticio, que se podrían beneficiar con la idea. “Al ser el polihidroxibutirato (PHB) un biopolímero, su aplicación puede darse como insumo primario para la fabricación de bioimplantes, bolsas o máquinas de afeitar”, comenta la ingeniera Álvarez.
Medio de Cultivo
Para la producción de phb, la estudiante utilizó un microorganismo nativo sin modificaciones genéticas. Se trata de una bacteria gram positiva, es decir que no presenta sustancias tóxicas para el ser humano.
“En el caso del lactosuero, que contiene altas concentraciones de nitrógeno debido a la presencia de proteínas, se debe hacer un proceso de desnaturalización y precipitación, en el que se reduce la presencia de proteínas para lograr una mayor cantidad de remoción de nitrógeno”, explica.
Para ello, junto con su grupo de trabajo, experimentó varias técnicas y encontró que el método de ultrafiltración usando una membrana de celulosa-acetato permitía retirar las principales proteínas insolubles.
Con esa baja cantidad de nitrógeno, se planteó el medio de cultivo con nutrientes adicionales, se realizaron fermentaciones a 32 grados de temperatura, con 200 revoluciones por minuto de agitación, una aireación constante de 5 litros por minuto y un control de pH a 7. Ese fue el procedimiento que siguió la investigadora, quien destaca que las fermentaciones a tales temperaturas fueron muy importantes para que el metabolismo del microorganismo fuera hacia phb y no se desviara hacia otra ruta metabólica.
El proceso de fermentación se llevó a cabo en biorreactores de 1,5 litros, usando 800 mililitros de caldo de cultivo, luego de lo cual se hizo la extracción del phb y por último de las películas de polímeros.
“Después de muchos ensayos, logramos que el microorganismo acumulara más o menos el
77 % en peso de biopolímero. Los microorganismos que se usan industrialmente son bacterias gram negativas, que han alcanzado acumulaciones de hasta el 80 % en peso celular, lo cual nos mostró que el lactosuero, luego del pretratamiento, tiene una buena posibilidad para usarse como caldo de cultivo”, puntualiza la ingeniera química de la UN.
No obstante, aclara que todavía se requieren mejoras tecnológicas para hacerlo completamente competitivo en el mercado de los plásticos convencionales.
Todo el proceso se desarrolló en el Instituto de Biotecnología y Agroindustria de la Sede Manizales, bajo la tutoría del profesor Juan Carlos Higuita.