Crioconcentración al vacío de tres tipos de suero de leche de vaca

Abstract

Cryoconcentration is considered an emerging technology in which a food fluid can be concentrated by freezing water. For this project, the vacuum-assisted block cryoconcentration of three types of cow's milk was carried out, to assess optimal process conditions to maximize recovered soluble solids (SSR) and concentration index (IC). An experimental design of 9 trials was planned with three replicates each, employing a combination of times of 20, 35 and 50 min and pressures of 10, 40 and 50 kPa vacuum. After finishing the experimental phase, a Factor Analysis was performed using the statistical tool for Design of Experiments (DOE) provided by Minitab 19, to make an evaluation of the influences of the factors on the response variables IC and SSR, using two levels for the two factors: vacuum time at 20 and 50 min and pressure at 10 and 50 Kpa. Subsequently, the optimization of the system was carried out, adding central points and axial points to the Factorial Analysis, combined with the intermediate levels: vacuum time of 35 min and pressure of 40 kPa, creating a Central Composite Design, using the Response Surface methodology (RSM). In total, the Central Composite Design consisted of 4 trials of the Factorial Design, 1 central point and 4 axial points. By means of Factor Analysis, the individual factors of time and vacuum pressure had a significant effect on IC and SSR and the interaction of pressure and time was significant for SSR, although it was a weak interaction. The quadratic terms were not significant except for the quadratic interaction (time-time) that was for SSR. Through the Response Surface Analysis it was defined that to maximize CI, the ideal conditions were a time of 20 min and a vacuum pressure of 70 kPa, reached 6 times the initial concentration. To maximize SSR the optimal working conditions were a time of 50 min and a pressure of 10 kPa, achieving percentages higher than 60% of solids recovered. Optimum conditions were applied during the cryoconcentration of different whey in order to determine the influence of this technique on the lactose content, concluding that lactose tends to spread more towards the concentrated fraction. Keywords: Vacuum-assisted cryopreservation, concentration, whey, lactose, optimization.

La crioconcentración se considera una tecnología emergente en la que un fluido alimentario puede ser concentrado mediante la congelación del agua. Para este proyecto se realizó la crioconcentración en bloque asistida por vacío de tres tipos de leche de vaca con la finalidad de evaluar las condiciones óptimas del proceso para maximizar los sólidos solubles recuperados (SSR) y el índice de concentración (IC). Se planteó un diseño experimental de 9 ensayos con tres replicas cada uno, empleando una combinación de tiempos de 20, 35 y 50 min y presiones de 10, 40 y 50 kPa de vacío. Tras acabar la fase experimental, se realizó un Análisis Factorial utilizando la herramienta estadística de Diseño de Experimentos (DOE) proporcionada por Minitab 19, para hacer una evaluación de la influencias de los factores sobre las variables respuesta IC y SSR, utilizando dos niveles para los dos factores: tiempo de vacío a 20 y 50 min y presión a 10 y 50 Kpa. Posteriormente se realizó la optimización del sistema, añadiendo puntos centrales y puntos axiales al Análisis Factorial, combinado con los niveles intermedios: tiempo de vacío de 35 min y presión de 40 kPa, creando un Diseño Central Compuesto, empleando la metodología de Superficie de Respuesta (RSM). En total el Diseño Central Compuesto constó de 4 ensayos del Diseño Factorial, 1 punto central y 4 puntos axiales. Mediante el Análisis Factorial se determinó los factores individuales de tiempo y presión de vacío tuvieron un efecto significativo sobre IC y SSR y la interacción de presión y tiempo fue significativa para SSR, aunque se trataba de una interacción débil. Los términos cuadráticos no fueron significativos excepto la interacción cuadrática (tiempo-tiempo) que sí lo fue para SSR. A través del Análisis de Superficie de Respuesta se definió que para maximizar IC, las condiciones idóneas eran un tiempo de 20 min y una presión de vacío de 70 kPa, alcanzado 6 veces más la concentración inicial. Para maximizar SSR las condiciones de trabajo óptimas eran un tiempo de 50 min y una presión de 10 kPa, logrando porcentajes superiores al 60% de sólidos recuperados. Se aplicaron las condiciones óptimas durante la crioconcentración de diferentes lactosueros con la finalidad de determinar la influencia de esta técnica sobre el contenido de la lactosa, llegando a la conclusión de que la lactosa tiende a repartirse más hacia la fracción concentrada que a la fracción de hielo. Palabras clave: Crioconcentración asistida por vacío, concentración, lactosuero, lactosa, optimización.

La crioconcentració es considera una tecnologia emergent en la qual un fluid alimentari pot ser concentrat mitjançant la congelació de l'aigua. Per a aquest projecte es va realitzar la crioconcentració en bloc assistida per buit de tres tipus de llet de vaca amb la finalitat d'avaluar les condicions òptimes del procés per a maximitzar els sòlids solubles recuperats (SSR) i l'índex de concentració (IC). Es va plantejar un disseny experimental de 9 assajos amb tres repliques cadascun, emprant una combinació de temps de 20, 35 i 50 min i pressions de 10, 40 i 50 kPa de buit. Després d'acabar la fase experimental, es va realitzar una Anàlisi Factorial utilitzant l'eina estadística de Disseny d'Experiments (DOE) proporcionada per Minitab 19, per a fer una avaluació de la influències dels factors sobre les variables resposta IC i SSR, utilitzant dos nivells per als dos factors: temps de buit a 20 i 50 min i pressió a 10 i 50 Kpa. Posteriorment es va realitzar l'optimització del sistema, afegint punts centrals i punts axials a l'Anàlisi Factorial, combinat amb els nivells intermedis: temps de buit de 35 min i pressió de 40 kPa, creant un Disseny Central Compost, emprant la metodologia de Superfície de Resposta (RSM). En total el Disseny Central Compost va constar de 4 assajos del Disseny Factorial, 1 punt central i 4 punts axials. Mitjançant l'Anàlisi Factorial es va determinar els factors individuals de temps i pressió de buit van tenir un efecte significatiu sobre IC i SSR i la interacció de pressió i temps va ser significativa per a SSR, encara que es tractava d'una interacció feble. Els termes quadràtics no eren significatius excepte la interacció quadràtica (temps-temps) que sí que ho era per a SSR. A través de l'Anàlisi de Superfície de Resposta es va definir que per a maximitzar IC, les condicions idònies eren un temps de 20 min i una pressió de buit de 70 kPa, aconseguit 6 vegades més la concentració inicial. Per a maximitzar SSR les condicions de treball òptimes eren un temps de 50 min i una pressió de 10 kPa, aconseguint percentatges superiors al 70% de sòlids recuperats. Es van aplicar les condicions òptimes durant la crioconcentració de diferents sèrum de llet amb la finalitat de determinar la influència d'aquesta tècnica sobre el contingut de la lactosa, arribant a la conclusió que la lactosa tendeix a repartir-se més cap a la fracció concentrada. Paraules clau: Crioconcentració assistida per buit, concentració, sèrum de llet, lactosa, optimització.