Leche (Autoguardado)

ELABORACIÓN DE LECHE DE SOYA

Karla Selene Gutiérrez Martínez, Priscila Hernández Villegas, Jovani Navejas Romero, Mauricio Rivero Lobato

División de Ingeniería Química y Bioquímica, Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec. Av. Tecnológico S/N, Valle de Anáhuac, C.P. 55120, Ecatepec, Edo de

México, México. e-mail autor para correspondencia

Resumen.- En esta práctica se pretendió utilizar tres operaciones unitarias para la elaboración de un producto a través de un material de origen orgánico. Se utilizaron 100 gramos de frijol de soya el cual fue remojado durante un tiempo aproximado de ocho horas y se procedió a licuar en 1 litro de agua para la obtención del filtrado. Obteniendo el producto (leche de soya) se procedió a realizar una centrifugación para obtener aceite de soya y proteína, obtener los tiempos de filtración, homogenizado y rompimiento celular.

Introducción

La soya es una leguminosa cuyos granos o semillas se consumían en el extremo Oriente desde hace seis o siete mil años. Es cultivada industrialmente en Estados Unidos desde 1930. (Armijo, 2010).

En las dos últimas décadas se ha tenido un gran desarrollo científico y tecnológico en su aprovechamiento.

Entre las especies que podemos distinguir de la soya, se encuentran la Soja hispida(Maximowicz), la Glycine Soja (Siebold y Zuccarini) y la Glycine javanica (Linneo).De la Glycine soja, se puede decir que existen entre variedades y subvariedades, más de 600. (Armijo, 2010).

La leche de soya es rica en aminoácidos esenciales y vitaminas. Es un alimento concentrado de proteínas, recomendable para el metabolismo celular. Dada su concentración se recomienda en muy pocas cantidades o porciones algo diluidas a los niños, salvo para reemplazar la leche de vaca prescripción médica.

El grano se puede procesar para obtener directamente la materia prima para la elaboración de una gran variedad de productos alimenticios 100% de soya como son leche, masa queso, helado, yogurt, entre otros. (Cerdán, 2008)

Bien procesada la soya es una excelente fuente de proteína, aceite, carbohidratos y vitaminas, además presenta una alta digestibilidad.

Contiene más proteínas y menos calorías que otros alimentos de origen animal, proveen de ácidos grasos indispensables, es rica en ácidos grasos poli-insaturados y no contiene colesterol. (Suzzane, 2010)

La leche de soya contiene lecitina que generalmente se refiere a una mezcla compleja y natural de fosfátidos obtenida del desgomado de la soya. Los tres principales fosfátidos de la soya son: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol.

Fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina son catiónicos y aniónicos al mismo tiempo, sin embargo, fosfatidil inositol es un ácido relativamente fuerte de tipo aniónico.

Por los últimos 50 años la lecitina cruda ha tenido un contenido de aceite de soya del 30-50%. Fosfatidil colina, uno de los principales componentes, es encontrado en la mayoría de lecitina cruda a niveles del 16%. Fosfatidiletanolamina, es también uno de los principales componentes de la lecitina de soya, presente en un 14%. El tercer fosfolípido encontrado en la lecitina de soya está formado por una compleja mezcla de fosfátidos de inositol, los cuales están presentes a niveles del 12%. Otros componentes están presentes a niveles bajos como es el caso de varios glucolípidos, fosfatidilserina, carbohidratos, esteroles y tocoferoles.

El peso específico de la leche es entre 1,000 y 1,035 gr / litro, y su punto de ebullición es entre 100 y 102° C. (Armijo, 2010)

En la producción de la leche de soya, generalmente se recuperan 70-80% de proteína y un 55-60% de sólidos. El objetivo de este trabajo es hacer uso de operaciones unitarias como filtración, centrifugación y rompimiento celular para la elaboración de una leche de soja y la aplicación de nuestros conocimientos en el área de ingeniería de bioseparaciones.

Descripción de las operaciones unitarias

Se realizó la extracción de la proteína de soya por medio de una preparación de 20 mililitros de leche de soya en 20 mililitros de éter de petróleo los cuales se agitaron y se dejaron reposar por dos minutos (obsérvese en la figura 1) sin dejar de agitar se agregan 20 mililitros de acetona hasta observar una capa de fosfolípidos y grasa, se deja reposar durante un tiempo aproximado de 10 minutos. Se filtró la mezcla con papel filtro a peso constante (obsérvese en la figura 2) y una vez obteniendo el residuo se observó que este era la proteína la cual fue lavada con alcohol metílico frio y llevada a secar a 50°C para después obtener el peso de la proteína.

Figura 1. Mezclado de éter de petróleo y leche de soya

Figura 2. Filtrado de proteínas de soya

Peso de la proteína de soya (100 g de frijol/ 1 L de agua)

Proteína recuperada(% de error)

Grasa recuperada(ml)

10.021 6.659% 8ml

Tabla 1. Dato de proteína obtenida de la leche de soya y grasa recuperada.

Filtración

Descripción de la operación unitaria

Se montó el equipo de filtrado, al que se le adicionaron volúmenes constantes del caldo que se quería filtrar y se tomaron los tiempos en que las dos fases, tanto liquida como solidas se separaron. Como se puede observar en la figura 3 se utilizó de una manta de cielo para filtrar la leche de soya para obtener un concentrado más fino de la leche.

Figura 3. Filtración en manta de cielo de leche de soja

En la presente prueba de laboratorio para la filtración de leche de soja, se obtuvieron los siguientes resultados.

Balance de materia:

Volumen filtrado (ml)

Volumen recuperado (ml)

Tiempo de filtrado (s)

2518

63

2517

123

25 17 203

25 18 280

Tabla 2. Dato de proteína obtenida de la leche de soya y grasa recuperada.

Para la obtención de estos datos se utilizó un equipo de filtración consistente en un embudo Buchner con un filtro de 10 cm de diámetro y acoplado a una bomba de vacío, con una lectura de presión de 17 mmHg. La concentración original de la suspensión fue de: 250 gr de solido/litro.

El balance de materia en el caso de totas incomprensibles la resistencia de la torta puede suponerse directamente proporcional a la cantidad de solidos depositados por unidad de volumen. Esto puede expresarse como:

Rc=∝wDon de w es la cantidad de sólidos base seca depositada por unidad de área y ∝ es la resistencia específica de la torta la ecuación puede ser expresada en términos de parámetros más fácilmente medibles:

Rc=∝ ρ0(VA )

Donde ρ0 es la cantidad de masa solida seca por unidad de volumen libre de solidos (o volumen filtrado).Combinando las ecuaciones se tiene:

dVdt

= A ∆ P

μ [∝ρ0(VA )+Rm]

La ecuación puede escribirse en su forma recíproca, e integrarla con las siguientes condiciones iniciales:

Para t=0V=0 Y obtener la siguiente ecuación:

ATV

=( μα ρ0

2∆ P )(VA )+ μ Rm

∆ P

CentrifugaciónDescripción de la operación unitaria

Se filtraron 40 ml de leche de soya y se separó en tubos de ensaye con taparosca (obsérvese en la figura 4) para posteriormente centrifugarlos a 3500 rpm en un tiempo estimado de 10 minutos para la obtención de proteína y grasa de la leche de soya. (obsérvese en la tabla 3).

Se obtuvieron los siguientes datos:

Tiempo (min)

Proteína recuperada (ml)

Grasa recuperada (s)

Grasa recuperada (% de error)

10 min8 ml

32 ml 4.66%

Tabla 3. Proteína y grasa recuperada de la leche de soya

Figura 4. Lípidos de la leche de soya

Problemas por cada operación unitaria

Problema de obtención de proteína de soya

1.- Usted se encuentra homogenizando leche de soya para liberar lecitina. Se puede liberar el 8% de la proteína en 1 L en justo 70 minutos. ¿Cuánto tiempo tomará en liberar el 14% del total presente en 20 L?

[concentración de producto][concentraciónmáxima ]

=1−e( t

T )

8100

=1−e(70 min

T )

0.08−1=−e(70 min

T )

ln (0.2 )=−( 70 minT )

−1.6094=( 70 minT )

T=−70 min1.6094

=−43.4944 min

14100

=1−e( t−43.4944 )

0.14−1=−e( t−43.4944 )

ln (0.86 )=( t−43.4944 )

t=(−0.1508)(−43.4944 )

t=6.5589 min para1 L

6.5589-1LX- 20 L

X= 131.178 min /60 min =2.1863 horas

Problema de centrifugación de la leche de soya

2.-Estimar el tiempo para lograr una centrifugación completa de la leche de soya, se

cuenta con los siguientes datos: diámetro de las partículas sólidas es de 10 micras con

una densidad de 0.7g/cm3, empleando una centrifuga tubular como la que se muestra

en la figura, que opera a 3000 rpm un diámetro de 578 mm teniendo en cuenta que el

proceso se encuentra a temperatura ambiente.

Datos

10 micras = 1x10-3

p= 0.925 g/cm3

ps= 0.7 g/cm3

30

Formulas

t=ln

r2r1

∗18 μ

d2 ( ρs−ρ )ω2

ω=2 πN60

Sustituyendo

ω=2 π (3000)

60=314.1591 s

t=ln

28.9 cm38.9 cm

∗18(58g

cm∗s )

(1 x 10−3 )2(0.7g

c m3 )(314.1591 )2

t= 4490.3768s

t= 74.8396 min

Problema de filtración:

3.-En la presente prueba de laboratorio para la filtración de leche de soja, se obtuvieron los siguientes resultados.Tiempo (segundos) 63 123 203 280Volumen del filtrado (L)

0.025ml 0.050 ml 0.075ml .1ml

Para la obtención de estos datos se utilizó un equipo de filtración consistente en un embudo Buchner con un filtro de 10 cm de diámetro y acoplado a una bomba de vacío, con una lectura de presión de 17 mmHg. La concentración original de la suspensión fue de: 250 gr de solido/litro. a) Calcular las constantes de filtración b) constante de compresibilidad.

Formula:

AtV (cm2 s/ L )

197895.6 193183.8 212554.5 219884

VA (L/cm2

)

0.00031 0.00063 0.00095 0.00127

AtV

=( μαρ0

2 ΔP )(VA )+ μ RM

ΔP

Figura 5. Gráfico para la constante de filtración

μ RMΔP =184812.1747

( cm2 sL )

=B

( μαρ0

2 ΔP )=26667468.75

( cm4 sL2 )

=K

RM=BΔPμ

α=2 Δ PKμρ0

Conversión de unidades:ΔP=586mmHg-17mmHg=569mmHg= 758417 g/cm2

μ= 0.0089 g/cm sρ0=

250g/L= 0.25g/cm3

K= 26667468.75 ( cm4 s

L2 )=26.66 cm4s/cm6

B= 184812.1747( cm2 s

L )= 184.8121 cm2s/cm3

α=(2 )(758417

gcm2

)(26 . 66cm4 scm6

)

(0 .0089g

cms)(0.25

g

cm3)

= 1.8174x1010cm/g

RM=(184 . 8121

cm2 scm3

)(758417g

cm2)

0.0089g

cms = 1.5748x1010cm-1

ln α 23.6232

ln ΔP 6.34

Figura 6. Grafico para estimar la constante de compresibilidad

Conclusiones

De acuerdo con los datos obtenidos en la realización de la filtración de la leche (obsérvese en la tabla 1) aunque el volumen de muestra que se toma es la misma, los intervalos de tiempo aumentan debido al aumento de acumulación sólida (torta) en el medio filtrante.

Ya que el factor de compresibilidad es demasiado alto (mayor que 5) el medio filtrante no es el adecuado.

Para la obtención de la proteína de la leche de soya y a la revisión bibliográfica nos pudimos percatar que de acuerdo a los resultados prácticos obtenidos de la proteína fueron de 10.021 (g de frijol/ 1 L de agua) y de acuerdo a la bibliografía consultada (Quintero, 1981) se reportan 30 (g de frijol/ 1 L de agua), como consecuencia obtuvimos un porcentaje de error de 6.659%.

En la tercera operación unitaria que se realizó, es decir, la centrifugación lo que se obtuvo a partir de está fue un precipitado de proteínas y grasa de la leche de soya, en la cual pudimos observar de acuerdo a nuestra bibliografía (Quintero, 1081) que representa un 60% en peso de grasa y lo que obtuvimos en la parte experimental fueron 32 ml de grasa recuperada por 100 gramos de frijol de soya, en consecuencia, representa un porcentaje de error de 4.66%.

Referencias

Internet

Armijo Gutiérrez Perla Angélica., (2010). Elaboración de leche de soya y tofu coagulado con ácido acético midiendo el rendimiento de cuajado. [Documento www.respyn.uanl.mx/especiales/2008/ee-08-2008/.../A078.pdf]. Recuperado: 24/Junio/2014

Cerdán Cañigral Daniel., (2008).Procesos Industriales para la elaboración de leche de soja y tofu. [Documento file:///C:/Users/Priscila/Documents/6to%20semestre/bioseparaciones/tercer%20parcial/Lechesojaytofu.pdf]. Recuperado: 22/Junio/2014

Suzanne Harris, (2010). Soya y nutrición. [Documento www.argenbio.org/adc/uploads/pdf/SojaynutricionILSI.pdf]. Recuperado: 24/Junio/2014

Libros:

Quintero-Ramírez R., Ingeniería Bioquímica: Teoría y Aplicaciones, Alhambra Mexicana, (1981).