R
esumen
A
bstract
44
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
1
Mabel Parada Rivera*,
1
Zoila Tapia González,
1
Evelyn Llerena Toledo,
1,2
Francisco
Carreras García,
3
Paúl Manobanda Pinto
1
Docente Investigador, Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias, Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo – ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
2
Escuela Básica, Facultad de Ingeniería, Universidad de los Andes – ULA. Mérida,
Venezuela
3
Departamento de Ciencias de la Tierra, Carrera de Agroindustria, Universidad Estatal
Amazónica – UEA. Puyo (Ecuador).
*mparada@espoch.edu.ec
Palabras claves: Lactosuero, Enzima Β-Galactosidasa, Hidrólisis del suero, Jarabe de suero.
The main objective of the present research was obtaining serum syrup from dairy waste, to take
advantage of all the nutrients present in this dairy byproduct, which gives aggregate value to this
substance and, in turn, reduce the impacts generated to the environment as much as possible.
Serum syrup was obtained through a hydrolysis reaction with the enzyme: ß -galactosidase from
Kluyveromyces lactis and the addition of inputs and laboratory scale additives and then, it was
validated on a pilot scale in a 10-liter capacity pot. The reaction conditions were 1 hour at 40 ° C and
pH 6.4 with constant stirring. The whey complied from the physicochemical and bacteriological
point of view to be used as raw material in the production of the serum syrup and it had acceptance
in a sample of consumers. The laboratory-level process could be validated on a pilot scale, obtaining
similar results in both cases, the parameters to be controlled were temperature, agitation, substrate
and enzyme amount and quality, pH and reaction time. The properties of the obtained syrup show
certain variations with respect to the one commercialized in Ecuador, which can be adjusted by
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA CON β-galactosidasa DE Kluyveromyces lactis
PARA LA OBTENCIÓN DE JARABE DE LACTOSUERO
Enzymatic hydrolysis with β-galactosidase de kluyveromyces lactis for the obtaining
lactosuero syrup
La presente investigación tuvo como objetivo principal la obtención de jarabe de suero a partir
de residuos lácteos, para provechar todos los nutrientes presentes en este subproducto lácteo y
reducir al máximo los impactos generados al ambiente. El jarabe de suero se obtuvo a través de
una reacción de hidrólisis con la enzima: β-galactosidasa de Kluyveromyces lactis y la adición
de insumos y aditivos, 1 h a 40 °C y 6,4 de pH con agitación constante. El lactosuero cumplió
desde el punto de vista fisicoquímico y bacteriológico para ser utilizado como materia prima en
la producción del jarabe de suero y tuvo aceptación en una muestra de consumidores. El proceso
a nivel de laboratorio logró validarse a escala piloto, obteniéndose resultados similares en ambos
casos, los parámetros a controlar fueron: temperatura, agitación, cantidad y calidad del sustrato
y de la enzima, pH y tiempo de reacción. Las propiedades del jarabe obtenido muestran ciertas
variaciones con respecto al comercializado en Ecuador, lo cual puede ajustarse concentrando el
producto final. Se realizaron balances de masa y energía para el diseño de la marmita. Se debe
garantizar que la materia prima, insumos y aditivos se encuentren en óptima calidad y verificar
las características de la enzima utilizada en caso de que sea sustituida para establecer los nuevos
parámetros de reacción (tiempo de reacción, pH y temperatura).
45
I. INTRODUCCIÓN
En el Ecuador, el consumo de quesos
aumentó aproximadamente el doble en-
tre los años 2006 y 2015. Esta tendencia,
conlleva a una mayor generación de resi-
duos, específicamente el lactosuero, por
lo que deben gestionarse alternativas
para aprovechar este material y evitar su
impacto negativo en el medio ambiente,
incluso obtener beneficios económicos
al comercializar nuevos productos.
Debido a la gran cantidad de residuo lác-
teo que se produce durante elaboración
del queso, se plantea como alternativa
la obtención de jarabe de lactosuero a
partir de una reacción de hidrólisis con
la enzima: β-Galactosidasa de Kluyve-
romyces lactis.
El jarabe de suero posee un poder edul-
corante considerable, puede ser sustituto
parcial de sólidos de leche. Por otra par-
te, este sería un producto de fácil acce-
sibilidad, económico y amigable con el
medio ambiente, lo que seguro generará
que tenga gran aceptación dentro de la
industria y el mercado.
Para la producción del jarabe, las va-
riables fundamentales para el adecuado
control del proceso son: la temperatura,
el pH, el tiempo de reacción, la calidad y
cantidad de sustrato y la enzima.
La temperatura porque en general los
procesos enzimáticos son a temperatura
constante (isotérmicos). Esto se debe a
que la energía de reacción no es un pa-
rámetro de importancia en este tipo de
procesos (1). A pesar de ello, la tempe-
ratura que se elija si originará mejores o
peores rendimientos de reacción.
El tiempo de reacción ya que la cinética enzimática estu-
dia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas.
Estos estudios proporcionan información directa acerca
del mecanismo de la reacción catalítica y de la especifi-
cada de la enzima (2). Estas reacciones en muchos casos
ocurren en reactores discontinuos y la enzima se adiciona
para que actúe durante un tiempo determinado (1). Por lo
que el tiempo es una variable importante de este proceso
de hidrolizado. Cuando debe obtenerse un alto grado de
hidrólisis en un corto período de tiempo, se recomienda
una temperatura de reacción de 30-45°C (1).
El pH, al igual que la temperatura definirá el grado de
actividad de la enzima y, por consiguiente, el rendimiento
de la reacción. Como se comentó en el caso de la tempe-
ratura, la ficha técnica establece el rango de pH idóneo
para llevar a cabo la reacción. Valores de pH entre 5,8 y
7,5 garantizan una actividad relativa superior al 60%. pH
por debajo de 5,5 originan una actividad casi nula de la
enzima y por encima de 7,5 va disminuyendo, hasta al-
canzar un valor mínimo (10% de actividad) en 8,5. Otros
autores (3) encontraron la mayor actividad enzimática en
un pH de 6,2.
En la calidad y cantidad de sustrato, las levaduras del gé-
nero Kluyveromyces, poseen un sistema lactosa-permea-
sa. En esta investigación la concentración de lactosa en el
lactosuero fue de 4,1%, lo cual resulta un valor cercano a
los hallazgos de Araujo (4) por lo que esta variable no fue
modificada para llevar a cabo la reacción de hidrólisis.
Las enzimas son proteínas con acción catalítica sobre
determinados compuestos llamados sustratos (1). Tam-
bién conocidas como lactasas o más formalmente como
3-D-galactosido galactohidrolasas, las β-galactosidasas
se encuentran en el intestino de los mamíferos jóvenes y
también en ciertos microorganismos. Su sustrato natu-
ral es la lactosa y son enzimas capaces de hidrolizarla e
incluso, en ciertas condiciones, de cambiar la glucosa de
este azúcar por otro grupo aglicón presente en el medio,
en una reacción conocida como transgalactosidación (1).
Esta enzima es la responsable de la hidrólisis de la lacto-
sa en galactosa y glucosa teniendo este último más poder
Parada, Tapia, Llerena, Carreras, Manobanda
concentrating the final product. Mass and energy balances were made for the design of the kettle.
It should be ensured that the raw material, inputs and additives are in optimum quality and verify
the characteristics of the enzyme used in case it is substituted for establishing the new reaction
parameters (reaction time, pH and temperature).
Key words: Enzyme B-Galactosidase, Serum Hydrolysis, Serum Syrup, Whey
Fecha de recepción: 03-10-2018 Fecha de aceptación: 30-01-2019
46
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
edulcorante que la lactosa, por lo que ha sido escogida en
este estudio con el fin de obtener glucosa a partir del lac-
tosuero. En este estudio se escogió la β-galactosidasa ob-
tenida a partir de la levadura Kluyveromyces lactis debido
a su alta actividad enzimática en las condiciones iniciales
del lactosuero y por su relación rendimiento/costo.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Se realiza la toma de muestra (lactosuero) de acuerdo con
lo establecido en la Norma NTE INEN 0004 (1984): Para
muestreo de leche y productos lácteos, previo al inicio de
los ensayos de laboratorio, se llevó a cabo la caracteriza-
ción del lactosuero según la Norma NTE INEN 2594:201,
para determinar los parámetros: porcentajes de lactosa,
proteína, grasa y ceniza, que permiten catalogarlo como
suero de leche dulce o suero de leche ácido.
La selección de la materia prima es una fase fundamental
para llevar a cabo una exitosa transformación del lacto-
suero en jarabe de suero. Es necesario destacar para la
producción de este producto, que los parámetros más im-
portantes a verificar son el pH y la caracterización micro-
biológica.
En el caso de la enzima utilizada en este trabajo (β-galac-
tosidasa) la relación entre la temperatura, dosis de enzi-
ma, tiempo y rendimiento de la reacción. Se observa que
la temperatura más recomendable es 40°C, ya que se ob-
tiene un alto rendimiento en menor tiempo.
La temperatura también juega un factor fundamental
para el proceso de inactivación de la enzima, lo que de-
tiene la reacción de hidrólisis. En este caso, cuando ha
transcurrido el tiempo de reacción, la temperatura se dis-
minuyó a 20°C y en ese momento puede considerarse que
la reacción de hidrolización ha finalizado.
La temperatura de reacción se estableció en 40°C por lo
que, en función de los datos suministrados por la ficha
técnica de la enzima, la reacción pudiera transcurrir en
1 ó 4 horas en función de la dosis de la β-galactosidasa.
En esta investigación la concentración de lactosa en el
lactosuero fue de 4,1%, lo cual resulta un valor cercano a
los hallazgos de Araujo (4) por lo que esta variable no fue
modificada para llevar a cabo la reacción de hidrólisis.
Se realizó un test de discriminación de tres formulacio-
nes diferentes de gran aceptación a nivel comercial (fru-
tilla, chocolate y natural) generadas a partir del jarabe
de suero como materia prima principal. Este tipo de es-
tudios resulta muy importante para establecer si existen
diferencias entre los diferentes productos, lo que permite
tomar decisiones a nivel industrial para su producción y
comercialización. Como su nombre lo indica, se utilizan
los sentidos para que un conjunto de
personas evalúe y comparen los tres pro-
ductos elaborados.
Para el análisis sensorial se aplicó una
encuesta donde se evaluaron tres crite-
rios: color consistencia y sabor (con tres
alternativas de respuesta: me gusta, ni
me gusta ni me disgusta y no me gusta),
y la persona encuestada indicó cual ja-
rabe le gustó más en una muestra repre-
sentativa de la población.
En este sentido, los jarabes fueron de-
notados con la numeración 5770 (sabor
chocolate), 3649 (sin saborizante) y 4853
(sabor frutilla).
La muestra representativa fue calculada
con la siguiente ecuación matemática (5):
n
ZpqN
eN Zpq
=
−
()
+
2
22
1
***
**
*
Ec. 1
Donde:
n = Tamaño muestral.
N = Tamaño de la población, N = 30000.
Z = Valor correspondiente a la distribu-
ción de Gauss, Zα = 1.96.
p = Prevalencia esperada del parámetro
a evaluar, p = 0.5.
q = 1 – p.
e = Error que se prevé cometer, e = 5%.
Sustituyendo los valores en la ecuación
1, se tiene que el tamaño muestral es de:
n =
()
()
−
()
+
()
=
1960505 30000
005 30000 1196 05 05
3
2
22
.*.*.*
.* .*.*.
880
Se aplicó la encuesta al número de perso-
nas del tamaño muestral y se tabularon
y analizaron los resultados obtenidos
desde el punto de vista estadístico con
la prueba chi cuadrado, y así verificar
si existían diferencias estadísticamente
significativas entre los productos elabo-
rados en las tres características en estu-
dio: color, sabor y consistencia.
III. RESULTADOS
En función del resultado de acidez, el
47
lactosuero se considera ácido, pero en
cuanto al pH puede considerarse del tipo
dulce. El análisis de glucosa del lactosue-
ro permite realizar la comparación de este parámetro con
el valor resultante luego de la hidrólisis, y de esa manera,
verificar el rendimiento de la reacción. Tabla 1
Paráme-
tro
Uni-
dad
Método Analítico
Valor de
la Mues-
tra
Norma NTE INEN 2594
Norma Referencia
Suero de
leche dulce
Suero de
leche acido
Min Max Min Max
Lactosa %
AOAC
984.15
(AOAC International, 2016) 4.1 --- 5.0 --- 4.3
Proteína %
NTE INEN
16
(Servicio Ecuatoriano de Normaliza-
ción, 2015)
0.87 0.8 --- 0.8 ---
Grasa %
NTE INEN
12
(Servicio Ecuatoriano de Normaliza-
ción, 2013)
0.28 --- 0.3 --- 0.3
Ceniza %
NTE INEN
14
(Servicio Ecuatoriano de Normaliza-
ción, 1984)
0.55 --- 0.7 --- 0.7
Acidez %
NTE INEN
13
(Servicio Ecuatoriano de Normaliza-
ción, 1984)
0.421 --- 0.16 0.35 ---
pH
Uni-
dad
AOAC
973.41
(AOAC International, 2016) 6.4 6.8 6.4 5.5 4.8
Glucosa
Mg/
dL
------ (Wiener, 2000) 50 --- --- --- ---
Tabla 1. Resultados de la caracterización fisicoquímica del lactosuero.
Fuente: Llerena (2017).
Los valores de los análisis microbioló-
gicos (Tabla 2), muestran que todos los
resultados están en correspondencia a
la norma. Después de verificar que la
materia prima seleccionada cumple con
los valores apropiados, se realizaron en-
sayos en el laboratorio en función de la
metodología prevista con el fin de ajustar el procedimien-
to metodológico. La producción del jarabe se realizó con
ocho ensayos a nivel experimental (laboratorio) en un vo-
lumen de 1 litro y a escala piloto, donde se procesaron 10
L de lactosuero.
Ambos procesos se compararon con el fin de lograr la
validación del procedimiento.
Parámetro Unidad
Método Analítico
Valor
Norma NTE INEN
2594
Norma Referencia
Suero de leche
Min Max
Recuento de m.o.
aerobios mesólos
totales
UFC/g
NTE INEN
1529-5
(Servicio Ecuatoriano
de Normalización,
2006)
97x10
3
30x10
3
10x10
4
Recuento de Escheri-
chia coli UFC/g
NTE INEN
1529-8
(Servicio Ecuatoriano
de Normalización,
2015)
8 <10 ----
Staphylococcus au-
reus UFC/g
NTE INEN
1529-14
(Servicio Ecuatoriano
de Normalización,
2013)
75 <100 100
Salmonella/ 25g
Ausencia/
Presencia
NTE INEN
1529-15
(Instituto Ecuatoria-
no de Normalización,
1996)
Ausencia ---- ----
Detección de Listeria
monocytogenes / 25g
Ausencia/
Presencia
NTE INEN
ISO 11290-
1
(Servicio Ecuatoriano
de Normalización,
1996)
Ausencia ---- ----
Tabla 2. Resultados de la caracterización microbiológica del lactosuero.
Fuente: Llerena (2017).
Parada, Tapia, Llerena, Carreras, Manobanda
48
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
Otro estudio (6) donde estudiaron la composición de 25
jarabes comerciales, recomienda un mínimo de sólidos
totales de 62,5% y obtuvieron valores de glucosa altamen-
te variable (entre no detectable hasta 27,2% dependiendo
de la formulación del producto) en el caso de estos dos
parámetros, los valores obtenidos en la presente inves-
tigación se encuentran dentro de los rangos sugeridos,
los sólidos totales 71,9% y la concentración promedio de
glucosa fue de 4,75%. Gerena reporta un
valor promedio de glucosa a partir de
hidrólisis enzimática de 8,83 g/L (7), en
este estudio la concentración obtenida
fue de 4,87 g/L, lo que sugiere la nece-
sidad de aumentar el rendimiento de la
reacción o realizar un proceso de con-
centración del producto final.
Ensayo Método Unidad Resultado
Azúcares totales INEN 266:2012
(Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2012) %
6,20
Glucosa (laboratorio)
(densidad: 1.025) (pH: 5)
---- mg/dL
480
487,33484
498
Tabla 3. Resultados de la caracterización luego de la hidrólisis del lactosuero en el laboratorio.
Fuente: Llerena (2017).
Al comparar los niveles de glucosa del reactivo de partida
con respecto al producto de la hidrólisis, se observa que el
valor inicial de este parámetro es de 50 mg/dL (Tabla 1) y
se obtiene un valor final promedio de 487,3 mg/dL (Tabla
3), lo que representa un incremento de casi nueve veces en
función de la cantidad inicial.
A partir del estudio de discriminación de las tres formu-
laciones de producto (frutilla, chocolate y natural) y al
aplicar el estadístico chi cuadrado, se puede concluir con
un 95% de confianza que no se encuentran diferencias
significativas en las preferencias del jarabe en relación
con el color, consistencia y sabor, por lo que se puede fa-
bricar indiferentemente cualquiera de los tres productos
y tendrán una aceptación similar entre los consumidores.
(Fig 1,2,3)
Fig. 1. Análisis sensorial Prueba de chi cuadrado para el parámetro COLOR.
Fuente: Llerena (2017).
Fig. 2. Análisis sensorial Prueba de chi cuadrado para el
parámetro CONSISTENCIA.
Fuente: Llerena (2017).
Fig. 3. Análisis sensorial Prueba de chi cuadrado para el
parámetro SABOR.
Fuente: Llerena (2017).
Es necesario destacar que no existe una
norma INEN que establezca los paráme-
tros a cumplir para este producto, a pe-
sar de ello se ha comparado con algunos
parámetros fisicoquímicos de jarabe de
glucosa importado al Ecuador (8) ya que
este producto no es elaborado en el país
(9).
49
Con el fin de producir jarabe de suero, el parámetro más
importante para verificar fue el pH, ya que es un factor de
gran importancia para la actividad y acción de la enzima
β-galactosidasa de Kluyveromyces lactis sobre el sustrato.
El lactosuero presentó un pH de 6,4 valor que origina una
actividad relativa de la enzima muy favorable (90%), por
lo que se considera que dicho lactosuero es apto para la
fabricación del jarabe de suero.
Las condiciones establecidas para el proceso de validación
durante la hidrólisis fueron: tiempo de reacción (1 h),
temperatura de la reacción de hidrólisis (40 °C), pH
(alrededor de 6), cantidad de lactosuero y cantidad de
enzima dependiendo del tipo de proceso (experimental
o piloto).
Al comparar la concentración de glucosa obtenida en la
fase experimental y a nivel piloto se observa que ambos
procesos generan valores similares de este parámetro,
por lo que el procedimiento ha sido validado en función
a este parámetro, altos valores de glucosa al final de la
reacción demuestran una alta conversión de reacción, es
decir, la lactosa fue descompuesta en glucosa y galactosa,
siendo la glucosa el producto de interés.
Se realizó una encuesta con el fin de conocer las
preferencias en cuanto a color, consistencia y sabor del
jarabe en una muestra representativa de la población. Para
las tres propiedades a través de la prueba Chi cuadrado, a
un 95% de confianza, se verifica que no existen diferencias
significativas en las preferencias de las personas.
Ensayo Método Unidad Resultado
Cenizas AOAC 920.181 Ed 20, 2016* % 1,24
Proteína AOAC 962.18 Ed 20, 2016* % (Nx6,25) 2,89
Sólidos totales AOAC 925.45 Ed 20, 2016* % 71,9
Fibra dietética total AOAC 985.29 Ed 20, 2016* % 0,498
Carbohidratos totales Cálculo % 62,6
Energía Cálculo
kJ/100 g 1272
Kcal / 100g 304
Grasa PE08-5.4-FQ AOAC Ed 20, 2016* % 4,66
pH AOAC 942.15 Ed 20, 2016* Unidades de pH 6,54
Acidez AOAC 942.15 Ed 20, 2016*
mg/100g Ácido
cítrico
0,147
Densidad relativa INEN 391. (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2012) Adimensional 2,275
Sólidos solubles AOAC 932.12 / INEN 380* °Bx 68
Sólidos insolubles INEN 1635. (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1989) % 5,70
Coliformes totales
INEN 1529-7. (Instituto Ecuatoriano de Normalización,
2013)
UFC/ml Ausencia
Coliformes fecales
INEN 1529-8. (Instituto Ecuatoriano de Normalización,
2015)
UFC/ml Ausencia
Tabla 4. Resultados de caracterización del jarabe de suero
Fuente: * (AOAC International, 2016)
Y de acuerdo a los resultados obtenidos
(Tabla 4) se sugiere un proceso de
concentrado del suero hidrolizado para
ajustar estos parámetros, previo a la
etapa de formulación del jarabe, y de
esta manera, se garantiza un producto
final con especificaciones similares a las
comerciales
IV. CONCLUSIONES
A partir de la caracterización física,
química y microbiológica de este
subproducto, se determinó que el mismo
presenta algunos parámetros que lo
catalogan como suero de leche ácido
y otras propiedades que se asemejan al
suero de leche dulce. En todos los casos los
parámetros cumplen con lo establecido
en la Norma Técnica Ecuatoriana INEN
2594: 2011 desde el punto de vista físico,
químico y microbiológico, y su pH (6.4)
y contenido de lactosa fue adecuado para
llevar a cabo la reacción de hidrólisis,
con una actividad relativa de la enzima
de un 90%, por lo tanto, el lactosuero
se consideró apto para la producción de
jarabe de suero.
Parada, Tapia, Llerena, Carreras, Manobanda
50
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
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