R E S U M O Processo de produção de produtos lácteos fermentados à base de concentrados líquidos de proteínas de soro

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1 R E S U M O Processo de produção de produtos lácteos fermentados à base de concentrados líquidos de proteínas de soro A presente realização diz respeito à utilização de concentrados líquidos de proteínas do soro (CLPS) e permeado de ultrafiltração concentrado (PUFC) na produção de alimentos lácteos, em particular bebidas lácteas fermentadas. O CLPS é obtido através da concentração de soro lácteo por ultrafiltração (UF), desnaturação térmica das proteínas do concentrado obtido e a sua posterior homogeneização. Durante este processo obtém-se também um permeado de UF que é posteriormente concentrado por osmose Inversa (OI), o qual é também utilizado na preparação de bebidas lácteas fermentadas. O processo permite ainda o total aproveitamento e revalorização do soro lácteo, principal subproduto da indústria de lacticínios e um dos maiores poluentes ambientais originados por esta indústria. Da mesma forma, e devido aos baixos custos de implementação, o presente processo pode ser utilizado em indústrias de pequena/média escala.

2 D E S C R I Ç Ã O Processo de produção de produtos lácteos fermentados à base de concentrados líquidos de proteínas de soro Domínio técnico A presente realização diz respeito à utilização de concentrados líquidos de proteínas do soro (CLPS) e permeado de UF concentrado (PUFC) na produção de produtos lácteos, em particular bebidas lácteas fermentadas. Antecedentes O lactosoro é um subproduto da indústria do queijo cujo processamento como resíduo é impraticável devido à sua elevada carência bioquímica de oxigénio (CBO 5 = g/l) (Marwaha & Kennedy, 1988). A não valorização deste subproduto numa instalação industrial com a produção diária de litros, seria responsável pela contaminação, em termos de equivalente populacional, a cerca de 400 a 450 mil habitantes. Por equivalente populacional entende-se a matéria orgânica biodegradável com uma carência bioquímica de oxigénio (CBO 5 ) de 60 g de O 2 por dia, 64 g CQO/dia (carência química de oxigénio/dia) ou 57 g MO/dia (matéria orgânica/dia). Este parâmetro representa a população que produziria águas residuais de poluição equivalente à descarga industrial que se pretende avaliar (em CBO 5 ) e que permite comparativamente, ter uma noção do potencial poluidor dos efluentes gerados pelas unidades industriais. Em termos concretos 100 kg de soro líquido têm uma força poluente equivalente aos detritos produzidos num dia por pessoas. Anualmente em Portugal a indústria queijeira produz em média cerca de toneladas de queijo (INE, 2010 e 1

3 2012), o que corresponde a uma produção anual de cerca de 691 milhões de litros de lactosoro. Na Europa, a produção de queijo ascende em média a milhares de toneladas de (EDA, 2012) correspondendo a milhões de litros lactosoro passíveis de valorização. Os concentrados de proteína de soro desidratados (CPS ou WPC) são largamente utilizados como ingredientes numa vasta gama de produtos alimentares (Díaz et al., 2009) devido às suas características funcionais e nutritivas específicas. No entanto, a produção de concentrados de proteína de soro desidratados (com 34, 50, 60 ou 70% de proteína na base seca) ou de isolados de proteína de soro (com mais de 90% de proteína na base seca) está normalmente associada a unidades industriais de grande dimensão. Por razões económicas e de escala, as pequenas e médias unidades industriais não podem adoptar a mesma estratégia tecnológica, o que lhes coloca dificuldades no tratamento e/ou aproveitamento deste subproduto, uma vez que o soro não pode ser eliminado directamente na rede de saneamento por imperativos legais, nem pode ser tratado numa ETAR por constrangimentos técnicos e operacionais. Nestas condições, as pequenas e médias unidades industriais vêm-se obrigadas a cedê-lo para alimentação animal ou a concentrá-lo por osmose inversa (OI) vendendo-o (por valores abaixo do custo de produção) a unidades de grandes dimensões que o desidratam, produzindo na maioria das vezes soro em pó com cerca de 10% de proteína e com um valor de mercado de cerca de /tonelada. Em qualquer das situações, as unidades produtoras de queijo não tiram qualquer partido do potencial nutritivo e funcional deste produto e, na maioria dos casos, a 2

4 resolução do problema é encarada como um custo adicional de produção. A solução aqui proposta que permite a valorização e o aproveitamento interno do soro de queijaria, para além de lhe acrescentar valor, permitirá a essas unidades diversificar a sua gama de produtos e reduzir os custos com matérias-primas. Nas unidades que por sua vez já fizeram investimentos de aquisição de sistemas de OI para concentrar o soro parece ser evidente o maior interesse em reverter em proveito próprio a mais-valia que será gerada pela tecnologia proposta e pelos seus produtos gerados. A produção industrial de produtos lácteos como sejam os iogurtes ou queijos frescos envolve a estandardização do teor de sólidos do leite (normalmente o seu incremento) no sentido de prevenir a separação espontânea de soro (sinérese) considerada como um defeito nestes produtos (Lucey, 2004; Amatayakul et al., 2006). Esta operação é normalmente levada a cabo num tanque de mistura, sendo adicionados ao leite de fabrico vários ingredientes desidratados. No caso da produção de iogurte, o leite em pó magro é normalmente utilizado embora se possam utilizar também leite em pó gordo, caseinatos ou concentrados de proteínas de soro (Lucey 2002 Tamime & Robinson 1999). Estes produtos são adquiridos no mercado sob a forma desidratada a preços bastante elevados (> /ton). A recuperação das proteínas solúveis presentes no soro pode ser efectuada de uma forma simples pela produção de agregados de proteínas do soro. Em Portugal, a produção de requeijão é um processo que, desde há muitos anos se aplica com esse objectivo. Embora a sua aplicação seja feita de forma empírica, a obtenção deste produto baseia-se essencialmente no efeito que o aquecimento produz sobre as 3

5 proteínas de soro originando a sua gelificação e a formação de aglomerados proteicos que retêm outros componentes presentes no soro, nomeadamente gordura. Havea et al. (1998) referem que as proteínas do soro quando aquecidas em condições apropriadas (> 75 ºC, ph entre 6-8 e em concentrações superiores a 6 g/100g) formam um gel. No entanto, o sorelho (soro residual do fabrico de requeijão) continua a apresentar uma carga orgânica considerável e não é passivel de ser descartado no meio ambiente sem tratamento prévio (Pereira et al., 2002). A integração de uma etapa de ultrafiltração (UF) do soro em unidades industriais é uma alternativa economicamente atrativa que permite a produção de concentrados de proteínas de soro que podem ser posteriormente desidratados ou imediatamente incorporados no fabrico de outros produtos alimentares. Diversos são os trabalhos e documentos de patente publicados que estudam o processo ou que visam definir as condições de processamento e os produtos a obter. No entanto, com a particularidade dos produtos finais se apresentarem na forma desidaratada. Como exemplos recentes podem citar-se as os seguintes documentos: - WO 2008/ A1 descreve um método que visa a aplicação de condições de processamento que permitem a obtenção de concentrados de proteínas de soro microparticulados desidratados e sugerem a sua utilização como ingrediente em queijos, iogurtes ou outros alimentos. No essencial o processo visa a desnaturação das proteínas do soro em condições de temperatura (> 100ºC) e pressão elevadas. O processo de tratamento térmico que apresentam é feito em contínuo e em condições diferentes das da presente 4

6 realização. Como matéria prima base poderá ser utilizado soro concentrado por UF (tal como na presente invenção) ou concentrados de proteína de soro desidratados previamente reconstituidos em água. São evidentes as diferenças entre o processo de produção relatado naquele documento e as reinvidicações da presente proposta no que diz respeito às condições operacionais do tratamento térmico final (temperatura e pressão bastante mais elevadas). Ressalva-se ainda que não é reinvidicada a utilização do produto resultante da tecnologia como matéria-prima principal de um produto lácteo mas sim, e apenas, como ingrediente a utilizar em produtos alimentares. - WO 2010/ A1 descreve um método que parte de uma solução aquosa de concentrado de proteína de soro com valores de proteína entre 15 e 50% (m/v). Esta solução pode ser preparada a partir de concentrados de proteína de soro desidratados (CPS) ou isolados de proteína de soro desidratados (IPS) por reconstituição com água, ou a partir de retido de ultrafiltração de soro submetido a evaporação com o objectivo de incrementar o seu teor proteico). A concentração proteica deste produto é claramente superior à dos produtos a obter com a aplicação da tecnologia do presente pedido, tal como se poderá observar na Tabela 1. Em termos de tecnologia reinvidicada no documento WO 2010/ A1, a desnaturação das proteínas é feita em condições de temperatura elevada mas sem recurso a um processo de homogeneização. Uma vez mais os objectivos visados são a obtenção de um concentrado de proteínas de soro desnaturadas. Para qualquer das situações da matériaprima base referidas nesse documento, os valores de proteína a obter são bastante mais elevados (15-20% m/v) do que os que resultam da presente realização (6-10% m/v). Refira-se ainda que, no documento WO 2010/ A1, o 5

7 produto obtido é desidratado para posterior aplicação, podendo em determinadas condições, ser usado directamente como ingrediente noutros produtos alimentares no sentido de aumentar o teor proteico dos produtos aos quais é incorporado ou de ser um concentrado proteico que sirva de base à produção de hidrolisados de proteínas de soro. Uma vez mais não é referida a sua utilização como matéria-prima principal na produção de bebidas lácteas fermentadas. Outros documentos de patente poderão ser referidos, nomeadamente: - WO 2007/03296 A1 - referente a um equipamento destinado à desnaturação das proteínas do soro pelo calor; - EP e EP relativos ao processo para a preparação de dispersões de proteínas de soro microparticuladas; - WO 2006/ relativa ao processamento de queijo creme com uso de concentrados de proteínas de soro desnaturados; ou ainda a DD236449, relativa à obtenção de suspensões coloidais de proteínas de soro termicamente estáveis; - US 5,494,696 referente ao processo de tratamento de soluções proteicas de soro com 65-95% de proteína na base seca que são desnaturadas por acção de injecção directa de vapor sendo também homogeneizadas. Em todos estes casos as condições de calor mínimas necessárias para a desnaturação das proteínas variam de acordo com outras condições de processamento, nomeadamente pressão e condições de fluxo de fluídos. Nalguns casos, os produtos obtidos são posteriormente desidratados enquanto que noutros podem ser integrados directamente no processo de produção de outros alimentos. Em nenhum dos casos em que o processo de ultrafiltração (UF) é utilizado com o 6

8 objectivo de concentrar a fracção proteica do soro são referidas aplicações para a fracção do permeado de UF. Refira-se que o documento WO 2011/ A2 preconiza a fermentação directa do permeado com grãos de kefir no sentido de preparar uma bebida láctea. No entanto, a presente realização preconiza a produção de um permeado de ultrafiltração concentrado por osmose inversa (PUFC) (Tabela 3), com uma composição diferenciada do anterior, antes de o submeter ao processo fermentativo por acção de estirpes probióticas comerciais, grãos de kefir exclusivos, em conjunto ou em separado, ou ainda por acidificação com glucono- -lactona (GDL). Na prática, no caso de se usarem apenas grãos de kefir para promover a fermentação, o produto resulante do processo agora apresentado ficará com um teor de lactose residual superior ao do documento WO 2011/ A2, e a adição de polpas de fruta confere-lhe mais corpo e uma maior viscosidade. No caso da produção de bebidas fermentadas com base em estirpes bacterianas probióticas não foi identificada nenhuma referência à sua produção usando como matéria-prima permeado de UF concentrado por osmose inversa adicionado de polpa de frutos. Diversos autores referem a possibilidade de adição de proteínas de soro ao leite usado no fabrico de queijo (Abrahamsen, 1979; Banks & Muir, 1985; Baldwin et al., 1986; Korolczuk & Mahaut, 1991a, 1991b; Mahaut & Korolczuk, 1992; Smithers et al., 1996; Jameson & Lelievre, 1996; Lebeuf et al, 1998; Pérez-Munuera & Lluch, 1999; Hinrichs, 2001). Os principais tópicos e conclusões podem ser assim 7

9 sumariados: (1) a importância da desnaturação das proteínas do soro para garantir a sua incorporação na matriz proteica do queijo; (2) a importância das dimensões dos concentrados proteicos; (3) o incremento da capacidade de retenção de água dos queijos; (4) a menor acidificação dos queijos produzidos devida ao maior poder tampão das proteínas do soro; (5) a ocorrência de diferenças no sabor e aroma dos produtos modificados; (6) a quantidade ótima de incorporação dos concentrados. Embora exista alguma informação sobre a utilização de CLPS em queijos, a sua utilização directa como matéria-prima base no fabrico de produtos lácteos fermentados não é referida. A maioria dos estudos existentes apenas avalia a influência dos concentrados de proteínas de soro desidratados (CPS ou WPC) sobre as características físicoquímicas e sensoriais de iogurtes sólidos (Guzmán-González et al., 1999; Sodini et al., 2005 and 2006; Damin et al., 2009; Herrero & Requena, 2006; Pier-Sokolinska & Pikul, 2006). No caso da aplicação de CLPS em iogurtes, os autores da presente realização publicaram já informação referente à sua utilização como substituto parcial (até um máximo de 30%) do leite utilizado no fabrico dos iogurtes (Henriques et al., 2011; 2012). Os trabalhos anteriores visavam substituir parte do leite usado nos iogurtes por um subproduto de elevado valor nutritivo. Sendo o objectivo principal o aproveitamento do subproduto e simultânea redução dos custos de produção pelo facto de se reduzir a utilização de leite. Acrescia também a constatação do potencial enriquecimento nutricional dos 8

10 iogurtes por via da utilização de maiores percentagens de proteínas com valor biológico mais elevado. De notar que se pretendia claramente que os consumidores não detectassem diferenças organolépticas entre os produtos convencionais e os produtos enriquecidos em CLPS. O facto de não se utilizar leite e, por consequência, deixarem de ser as caseínas a contribuir para a matriz proteica dos iogurtes constitui, desde logo, alterações nomeadamente no que se refere à textura dos produtos a obter. Desde logo, os produtos obtidos por esta via não poderem alcançar a firmeza típica de um iogurte sólido convencional. Outros documentos referem a formulação de iogurtes líquidos com proporções mais elevadas de proteínas do soro do que as encontradas no leite. No caso do documento US 2011/ A1, o rácio de caseínas/proteínas do soro é alterado para valores entre 4:96 ou 12:88, pois baseia-se em alterar as proporções das caseínas e das proteínas de soro através da preparação de uma mistura láctea obtida pela dissolução em água de caseinatos e/ou concentrados de proteína de soro bem como de componentes contendo gordura láctea como sejam natas ou leite em pó gordo. Isto é, não se parte de soro de queijaria que, após concentração por UF e desnaturação térmica se transforma no ingrediente principal de fabrico, e que é algo que a presente realização permite. Outro exemplo é o descrito no documento US 2011/ A1 que, fazendo uso de diversas técnicas de filtração por membrana, fracciona o soro em distintos produtos que, após tratamento adequado podem ser usados como bebidas lácteas. Usam-se técnicas de microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração para fraccionar diversos componentes 9

11 proteicos presentes em leite magro com o objectivo de se obter um produto final com um rácio de proteínas do soro/caseínas desde 90:10 a 50:50 e um teor em proteína da ordem de 20% na base seca. De notar que o processo se baseia na obtenção de soro a partir de leite magro, não sendo este por isso o resultado do fabrico de queijo. O documento US 2012/ A1 é também outro exemplo relativo à utilização de soro na produção de bebidas lácteas. Neste caso usa-se uma mistura de soro ácido, caseínas, proteínas de soro e carbohidratos com o objectivo de originar uma formulação base com um rácio caseína/proteínas de soro situado entre 0,5:99,5 e 12:88. É posteriormente acidificado com um acidificante alimentar seguido de acidificação por uma cultura microbiana. A mesma observação é válida para o documento US 2007/ A presente invenção permite a obtenção de produtos com as características de iogurtes cremosos cuja textura poderá ser manipulada quer com a adição de pequenas quantidades de leite em pó quer com a variação do teor de gordura do produto. Adicionalmente, a adição de polpa ou aroma de fruta, açúcar e/ou outros aromas e, eventualmente, a utilização de gomas espessantes permitem também manipular este parâmetro de acordo com as características pretendidas. As características dos produtos obtidos com base na utilização de CLPS demonstraram que com a manipulação de alguns ingredientes ou com a adição de adjuvantes é possível obter produtos com características sensoriais muito semelhantes às dos iogurtes e produtos lácteos fermentados líquidos ou sólidos convencionais, e como tal 10

12 apresentarem características organolépticas bem aceites pelos consumidores. É de realçar que a presente realização descreve a utilização integral dos CLPS ou a utilização do permeado de ultrafiltração concentrado por osmose inversa (PUFC) como matéria-prima base na produção de produtos lácteos fermentados ou acidificados fazendo uso de uma cultura de kefir exclusiva ou usando uma mistura dessa cultura com estirpes comerciais de bactérias com actividade probiótica. Assim, a utilização direta de CLPS ou de PUFC aliada à utilização de uma cultura específica e exclusiva que é propriedade dos autores da invenção (isoladamente ou combinada com estirpes probióticas comerciais) tornam os produtos inovadores e exclusivos. Sumário Na presente realização é descrito um processo inovador que permite a total valorização do lactosoro, principal subproduto da indústria de lacticínios, altamente poluente e cujo processamento como resíduo é muito dispendioso. Deste processo inovador resultam dois produtos: o concentrado líquido de proteínas de soro (CLPS) e o permeado de UF concentrado (PUFC) que constituem a matériaprima para o fabrico de produtos lácteos, em particular bebidas lácteas fermentadas. Assim, é objetivo do presente pedido descrever um processo de produção de produtos lácteos, que compreende os seguintes passos: 11

13 ultrafiltração do lactosoro, de onde resultam o concentrado líquido de proteína de soro (CLPS) e o permeado; tratamento térmico do CLPS, posterior homogeneização e arrefecimento do CLPS, e concentração do permeado da ultrafiltração por osmose inversa e obtenção do permeado da ultrafiltração concentrado (PUFC), inoculação e fermentação do CLPS e PUFC com kefir, bactérias lácticas e/ou suas misturas; arrefecimento até uma temperatura inferior a 20ºC, durante um período inferior a 1 hora. Numa forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, o tratamento térmico do CLPS é realizado a uma temperatura entre 85-95ºC durante pelo menos 5 minutos e arrefecimento decorre até à temperatura de 70ºC. Numa outra forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, a homogeneização do CLPS é realizada à pressão de 50 a 100 bar. Ainda numa outra forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, ao CLPS ou ao PUFC são adicionados ingredientes selecionados de um grupo que compreende: leite em pó, açúcar, aromas ou preparados de frutas e os adjuvantes são selecionados de entre gomas espessantes, leite em pó, inteiro ou desnatado. 12

14 Numa forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, a mistura de PUFC e ingredientes adicionados sofre uma homogeneização a 50 bar e um aquecimento até à temperatura de 75ºC durante um período de 30 segundos. Numa outra forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, as bactérias lácticas são selecionadas de um grupo que compreende uma cultura específica de grãos de kefir (CIDCA AGK1), isoladamente ou em associação com bactérias lácticas tais como: Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum ou misturas destas estirpes. Ainda numa outra forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, a fermentação decorre até se atingir um ph de 4,5. Numa forma de realização preferencial do processo de produção de produtos lácteos, o arrefecimento rápido é realizado através de um túnel de arrefecimento ou num permutador tubular. É ainda objetivo da presente realização descrever os produtos lácteos obtidos pelo processo descrito anteriormente, em que que estes apresentam: uma matriz proteica que compreende 90% a 100% de proteínas de soro de leite, quando são obtidas do CPLS, com contagens de Lactococcus spp. e Lactobacillus spp. superiores a UFC/ g e de leveduras superiores a UFC/g, e a seguinte composição físicoquímica: 13

15 Sólidos totais entre 15 e 20%; Proteína entre 6 e 10%; Gordura entre 1 e 5%; Cinzas entre 1 e 2%; Ph entre 4 e 4,5; Acidez entre 4 e 12 ml NaOH 0,1N/10 ml de produto Viscosidade entre 2500 e cps. baixos teores de proteína do leite, inferior a 10% proteínas, quando são obtidos do PUFC, com contagens de Lactococcus spp. e Lactobacillus spp. superiores a UFC/ g e de leveduras superiores a UFC/g, e a seguinte composição físico-química: Sólidos totais entre 10 e 15%; Proteína entre 0,5 e 4%; Gordura entre 0 e 1%; Cinzas entre 1 e 2%; Ph entre 4 e 4,5; Acidez entre 0,5 e 6 ml NaOH 0,1N/10 ml de produto Viscosidade entre 2 e 1000 cps. Breve descrição das figuras Para uma mais fácil compreensão da invenção, as figuras 1 a 7 representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem limitar o objeto ou âmbito do presente pedido. Figura 1. Fluxograma do processo de produção dos concentrados líquidos de proteína de soro (CLPS) e do permeado da ultrafiltração concentrado por osmose inversa (PUFC). 14

16 Figura 2. Processo de obtenção de CLPS e de PUFC seguido de utilização desses produtos como matéria-prima de base na produção de bebidas lácteas fermentadas com kefir, bactérias probióticas ou a mistura de ambos. Figura 3. Exemplo de dados experimentais relativos à produção de bebidas lácteas fermentadas por grãos de kefir, bactérias lácteas probióticas e ambos, à base de CLPS e de PUFC: Composição química dos produtos fermentados à base de CLPS (a) e PUFC (b). k: kefir; p: probiótico; k+p: kefir+probiótico; ST: sólidos totais. A, B médias com letras maiúsculas diferentes para cada componente, diferem estatisticamente (p <0,05) entre o tipo de produto, para cada caso de matéria-prima de base. Figura 4. ph e acidez titulável (ml NaOH 0,1 N/10 ml produto) das bebidas fermentadas durante o processo de fermentação e armazenamento. (a) e (c): CLPS; (b) e (d): PUFC; k=kefir; p=probiótico; k+p=kefir+probiótico. A, B médias com letras maiúsculas diferentes diferem estatisticamente (p <0,05) ao longo do tempo, para cada caso de matéria-prima de base. Figura 5. Viscosidade (cps) das bebidas fermentadas produzidas a partir de CLPS (a) e PUFC (b); k=kefir; p=probiótico; k+p=kefir+probiótico. A, B médias com letras maiúsculas diferentes diferem estatisticamente (p <0,05) ao longo do tempo, para cada caso de matéria-prima de base. Figura 6. Evolução microbiológica das bebidas fermentadas por kefir. (a): à base de CLPS; (b): à base de PUFC. 15

17 Figura 7. Evolução microbiológica das bebidas fermentadas produzidas a partir de CLPS. (a): kefir com CLPS fresco; (b): kefir com CLPS descongelado; (c): probiótico com CLPS fresco; (d): probiótico com CLPS descongelado; (e): kefir+probiótico com CLPS fresco; (f): kefir+probiótico com CLPS descongelado. Descrição de formas de realização A presente realização diz respeito à utilização de concentrados líquidos de proteínas do soro (CLPS) e permeado de ultrafiltração concentrado por osmose inversa (PUFC) na produção alimentos lácteos, em particular bebidas lácteas fermentadas. O CPLS é obtido através da concentração de soro lácteo, cuja composição é apresentada na Tabela 1, por ultrafiltração (UF), desnaturação térmica das proteínas do concentrado obtido e a sua posterior homogeneização, de forma de permitir a sua utilização isolada no fabrico de diversos produtos lácteos, em particular bebidas lácteas fermentadas ou acidificadas, substituindo integralmente o leite. Do processo de ultrafiltração resulta também o permeado de soro que é posteriormente concentrado (PUFC). Este produto é bastante rico em lactose e sais minerais, e também pode ser utilizado como substituto parcial ou integral do leite para fermentação. O CLPS obtido por ultrafiltração contém um teor de sólidos que, dependendo do factor de concentração volumétrica (FCV = 15 ou 20), se poderá situar entre 11,55% e 25,60% sendo que os restantes componentes têm uma concentração de acordo com o referido nas Tabelas 1 e 2. 16

18 Tabela 1. Composição aproximada do lactosoro e dos concentrados líquidos de proteína de soro após a ultrafiltração do lactosoro. Soro concentrado Composição (%) Lactosoro (FCV=15) (a) (FCV=20) (b) Sólidos totais 5,25-6,6 11,55-20,6 13,8-25,6 Proteína 0,4-0,5 6,0-7,5 8,0-10,0 Gordura 0,05-0,5 0,75-7,5 1,0-10,0 Lactose 4,2-4,8 4,2-4,8 4,2-4,8 Sais 0,6-0,8 0,6-0,8 0,6-0,8 Nota: (a) FCV=15; (b) FCV=20 Tabela 2 - Composição físico-química média do CLPS fermentado. Produto Sólidos totais (%) Proteína (%) Gordura (%) Cinzas (%) ph Acidez (1) Viscosidade (cps) CLPS fermentado , (1)- ml NaOH 0,1 N/10 ml produto O desenvolvimento de produtos alimentares produzidos na sua totalidade a partir de CLPS e a partir do PUFC é distintivo de outras soluções existentes. Nos processos convencionais de produção de iogurtes/produtos lácteos fermentados a matriz proteica tem como base as caseínas existentes no leite. No caso da presente realização, pelo facto de os produtos serem produzidos exclusivamente com base em soro, a matriz proteica que se forma resulta exclusivamente da presença de proteínas do soro (especialmente beta-lactoglobulina e alfa-lactalbumina). O valor nutricional poderá considerar- 17

19 se que é semelhante ao do requeijão tradicional, contudo os produtos obtidos através deste processo têm características organoléticas claramente distintas das do requeijão e que se aproximam das de um iogurte comum. Acresce que, a utilização de uma cultura específica de kefir cuja actividade probiótica está largamente documentada, quando associada ou não, a estirpes probióticas comerciais constitui é uma mais-valia notável em termos nutricionais. Além das mais-valias proporcionadas pelo aumento do valor nutricional dos produtos alimentares obtidos, acresce a utilização da totalidade do subproduto das queijarias, que provoca um grave problema ambiental com cariz nacional e internacional, constituindo assim outra especificidade desta realização. Neste contexto, o facto de não serem utilizados processos tecnológicos com necessidades energéticas muito elevadas, permite a sua implementação em unidades industriais de pequena/média dimensão, sem recurso a avultados investimentos financeiros, como forma de satisfazer simultaneamente os requisitos legais em termos ambientais e a valorização e diversificação dos seus próprios produtos. Com esta tecnologia, a totalidade dos componentes sólidos do soro poderá ser reaproveitada e transformada em produtos alimentares, resultando como subproduto apenas água. Demonstra-se assim, que a grande vantagem deste processo é sem dúvida a perspectiva de ciclo fechado no reaproveitamento do lactosoro. 18

20 Explicação dos processos de obtenção do CLPS e de PUFC e dos processos para a produção de bebidas lácteas fermentadas: 1- Processo de obtenção de CLPS e de PUFC O soro é filtrado (podendo também ser desnatado) e concentrado a ºC usando um equipamento de ultrafiltração (UF) equipado com membranas de kda (limiar de corte) em modo de funcionamento descontínuo ou contínuo. O factor de concentração volumétrica (FCV = volume de alimentação/volume de retido) aplicado poderá variar entre 15 e 20, dependendo do nível de concentração de sólidos pretendidos no CLPS. Após concentração, o retido da UF (5-7% do volume inicial alimentação), com uma concentração em sólidos situada entre os valores referidos nas Tabelas 1 (a ou b) e 2, é submetido a um tratamento térmico a ºC, durante pelo menos 5 minutos, mas preferencialmente 20 minutos, com o objectivo de desnaturar as proteínas. O aquecimento do produto poderá ser efectuado em tanque com camisa, sob agitação moderada e com recirculação por intermédio de uma bomba de deslocamento positivo, sendo mantido a essa temperatura o tempo necessário e posteriormente arrefecido a 70 ºC antes de homogeneizado a bar. Preferencialmente, o produto poderá ser aquecido até à temperatura desejada em permutadores tubulares ou de superfície raspada e mantido em tanque sob agitação moderada e com recirculação por intermédio de uma bomba de deslocamento positivo antes de ser arrefecido a 70 ºC. Depois deste arrefecimento é homogeneizado a bar, num homogeneizador para se obterem agregados de 19

21 partículas com diâmetros inferiores a 10 µm. O diagrama de fluxo do processo de produção de CLPS é apresentado na Figura 1. O permeado de UF (93-95% do volume inicial de soro) e com a composição referida nas tabelas 3 e 4 é concentrado por osmose inversa até cerca de metade ou 1/3 do seu volume inicial. Este permeado depois de concentrado até um teor de sólidos totais situado entre o 9,71% e 16,97%, considerando um FCV igual a 2 e 3, respectivamente (Tabelas 3 e 4) pode ser sujeito a um processo de fermentação com grãos de kefir (CIDCA AGK1) ou outras culturas microbianas incluindo estirpes probióticas comerciais nas condições fermentativas mais adequadas para cada estirpe seleccionada. Tabela 3. Composição aproximada do permeado da UF de soro e dos concentrados do permeado. Composição (%) Permeado Permeado concentrado OI da UF (FCV=2) (a) (FCV=3) (b) Sólidos totais 4,85-5,65 9,71-11,31 14,56-16,97 Proteína 0,05 0,1 0,15 Gordura 0,005 0,01 0,015 Lactose 4,2-4,8 8,4-9,6 12,6-14,4 Sais 0,6-0,8 1,2-1,6 1,8-2,4 Nota: (a) FCV=2; (b) FCV=3 Tabela 4 Composição físico-química média do PUFC fermentado Produto Sólidos totais (%) Proteína (%) Gordura (%) Cinzas (%) ph Acidez (1) Viscosidade (cps) PUFC fermentado , ,9 0,

22 (1)- ml NaOH 0,1 N/10 ml produto 2-Processo de obtenção dos produtos lácteos fermentados O CLPS produzido ou o PUFC podem ser imediatamente integrados nos processos de fabrico de: - Bebidas lácteas fermentadas líquidas (com viscosidade elevada) ou produtos lácteos fermentados sólidos (utilização integral de CLPS, isoladamente ou adicionados de leite em pó inteiro ou desnatado e de outros ingredientes, nomeadamente polpa ou aroma de fruta, açúcar e/ou outros aromas e/ou preparados de fruta); - Bebidas lácteas fermentadas ou acidificadas líquidas (com baixa viscosidade) (pela utilização de PUFC, adicionado ou não de outros ingredientes, nomeadamente, leite em pó, aromas e/ou preparados de frutas) Processo de produção de bebidas lácteas fermentadas líquidas (viscosas) e produtos lácteos fermentados (sólidos) com base em CLPS Ao CLPS obtido (Figura 2) pode ser adicionado leite em pó inteiro ou desnatado numa concentração de aproximadamente 5-10% (p/v) sendo a mistura tratada termicamente a 90 ºC por 20 minutos, arrefecida a 70 ºC e homogeneizada a 100 bar. A mistura de base para produção das bebidas lácteas fermentadas poderá conter outros ingredientes, nomeadamente açúcar, aromas ou preparados de frutas. Em seguida é arrefecida à temperatura adequada e submetida a um processo de fermentação em tanque por acção de grãos de kefir (CIDCA AGK1), isoladamente, ou em associação com 21

23 bactérias lácticas seleccionadas que poderão incluir estirpes probióticas comerciais de Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum ou misturas destas estirpes em proporções variáveis até obtenção de ph cerca de 4,5 e gelificação. Imediatamente após ser alcançado o ph desejado o produto é transferido para um túnel de arrefecimento com o objectivo de minimizar o tempo de arrefecimento até atingir a temperatura inferior a 20ºC, preferencialmente a temperatura de 10 ºC (ao longo de menos de 1 hora). De seguida deverá ser conservado em câmaras de refrigeração a temperatura não superior a 4 ºC Processo de produção de bebidas lácteas fermentadas ou acidificadas líquidas com base em PUFC O permeado de ultrafiltração (Figuras 1 e 2) é concentrado por osmose inversa e adicionado ou não a outros ingredientes, nomeadamente leite em pó, açúcar, aromas ou preparados de frutas. Seguidamente pode ou não ser homogeneizado a 100 bar sendo tratado termicamente a 75 ºC por 30 segundos (a homogeneização justifica-se particularmente nos casos em que opcionalmente se adiciona leite em pó). Depois de arrefecido à temperatura adequada é submetido a um processo de fermentação em tanque por acção de grãos de kefir (CIDCA AGK1), isoladamente ou em associação com bactérias lácticas seleccionadas que poderão incluir estirpes probióticas comerciais de Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum ou misturas destas estirpes em proporções variáveis. Depois de atingido o ph desejado a fermentação ou acidificação são interrompidas por refrigeração até aos 4 ºC sendo o produto embalado. 22

24 Dados Experimentais Exemplo de dados experimentais relativos à produção de bebidas lácteas fermentadas por grãos de kefir, bactérias lácteas probióticas e ambos, à base de CLPS e de PUFC. Tabela 5. Composição química dos produtos fermentados à base de CLPS e PUFC. k: kefir; p: probiótico; k+p: kefir+probiótico; ST: sólidos totais. Produtos ST (%) Proteína (%) Gordura (%) Cinzas (%) CLPS média DP média DP média DP média DP k 15,59 0,02 6,90 0,84 2,30 0,10 1,36 0,22 p 16,77 0,35 6,71 0,31 1,40 0,00 1,56 0,12 k+p 16,70 0,04 6,37 0,09 1,67 0,12 1,60 0,05 PUFC média DP média DP média DP média DP k 11,52 0,19 0,50 0,03 0,40 0,10 1,16 0,01 p 10,84 0,05 0,78 0,07 0,37 0,06 1,07 0,01 k+p 11,27 0,07 0,62 0,07 0,37 0,06 1,12 0,01 Tabela 6. ph e acidez titulável AT (ml NaOH 0,1 N/10 ml produto) das bebidas fermentadas à base de CPLS e PUFC durante a fermentação e armazenamento. k=kefir; p=probiótico; k+p=kefir+probiótico. Produtos CLPS PUFC ph k p k+p k p k+p Tempo (h) média DP média DP média DP média DP média DP média DP 0 5,50 0,10 5,37 0,12 5,37 0,06 4,80 0,05 4,80 0,04 4,79 0, ,47 0,06 4,47 0,06 4,33 0,06 4,43 0,06 4,70 0,10 4,13 0, ,25 0,05 4,15 0,05 4,19 0,01 4,38 0,03 4,43 0,06 4,10 0,10 Produtos CLPS PUFC AT k p k+p k p k+p Tempo (h) média DP média DP média DP média DP média DP média DP 0 4,38 0,14 4,45 0,07 4,41 0,09 0,81 0,04 0,81 0,04 0,81 0, ,87 0,15 7,65 0,20 9,61 0,38 3,58 0,52 3,93 0,16 3,29 0, ,30 0,17 8,56 0,10 9,63 0,05 4,26 0,02 3,29 0,04 3,28 0,06 23

25 Tabela 7. Viscosidade (cps) das bebidas fermentadas produzidas a partir de CLPS e PUFC ao longo do tempo. CLPS kefir probiótico kefir+probiótico Tempo (h) média DP média DP média DP ,33 15, ,00 217, ,33 20, ,67 15, ,67 15, ,33 5,77 PUFC kefir probiótico kefir+probiótico Tempo (h) média DP média DP média DP 24 2,30 0,01 2,43 0,01 2,35 0, ,07 0,01 2,95 0,01 2,82 0,00 Tabela 8. Evolução em termos microbiológicos log 10 (UFC/mL) das bebidas fermentadas por kefir à base de CLPS e de PUFC. CLPS Lactococcus spp Lactobacillus spp Leveduras Tempo (dias) média DP média DP média DP 0 5,27 0,05 5,13 0,47 4,72 1, ,61 0,39 7,60 0,26 5,58 0, ,34 0,55 6,98 0,46 6,66 0, ,75 0,38 8,78 0,44 7,54 0, ,96 0,23 6,89 0,49 6,42 0,32 PUFC Lactococcus spp Lactobacillus spp Leveduras Tempo (dias) média DP média DP média DP 0 4,15 0,21 4,74 0,30 5,18 0, ,62 0,15 7,08 0,50 6,82 0, ,50 0,26 7,66 0,15 5,82 0, ,54 0,62 8,91 0,20 8,00 0, ,75 0,11 7,73 0,27 6,28 0,20 24

26 Tabela 9. Evolução microbiológica log10(ufc/ml) das bebidas fermentadas produzidas a partir de CLPS fresco e descongelado. k=kefir; p=probiótico; k+p=kefir+probiótico. T (d) CLPS fresco Lactococcus Lactobacillus spp spp kefir Leveduras Lactococcus spp CLPS descongelado Lactobacillus spp Leveduras média DP média DP média DP média DP média DP média DP 0 5,27 0,05 5,13 0,47 4,72 1,24 5,27 0,05 5,13 0,47 4,72 1,24 1 8,01 0,10 8,17 0,03 5,74 0,37 8,25 0,34 8,68 0,18 6,78 0,39 7 7,79 0,73 7,27 0,89 7,30 0,00 7,74 0,00 6,34 0, ,34 0,14 7,82 0,61 6,56 0,59 7,00 0,00 7,50 0,00 6,88 0,10 probiótico CLPS fresco CLPS descongelado T (d) Lactococcus Lactobacillus spp spp - média DP média DP Lactococcus spp Lactobacillus spp - média DP média DP 0 5,27 0,05 5,13 0,47 5,27 0,05 5,13 0,47 1 7,90 0,10 8,21 0,15 7,43 0,15 8,19 0,11 7 8,68 0,65 8,85 0,69 8,04 0,06 8,58 0, ,23 0,18 7,73 0,40 7,00 1,20 7,43 1,38 kefir+probiótico CLPS fresco CLPS descongelado T (d) Lactococcus Lactobacillus spp spp Leveduras Lactococcus spp Lactobacillus spp Leveduras média DP média DP média DP média DP média DP média DP 0 5,27 0,05 5,13 0,47 4,72 1,24 5,27 0,05 5,13 0,47 4,72 1,24 1 7,80 0,00 7,97 1,21 6,37 0,91 8,50 0,22 8,56 0,16 6,50 0,32 7 9,38 0,08 8,71 0,43 7,20 0,00 8,55 0,12 8,22 0,11 5,87 0, ,39 0,08 8,13 0,60 7,00 0,00 8,42 0,10 8,23 0,10 6,92 0,37 Lisboa, 20 de Junho de

27 R E I V I N D I C A Ç Õ E S 1. Processo de produção de produtos lácteos, caracterizado por compreender os seguintes passos: ultrafiltração do lactosoro, de onde resultam o concentrado líquido de proteína de soro (CLPS) e o permeado; tratamento térmico do CLPS, posterior homogeneização e arrefecimento do CLPS, e concentração do permeado da ultrafiltração por osmose inversa e obtenção do permeado da ultrafiltração concentrado (PUFC), inoculação e fermentação do CLPS e PUFC com kefir, bactérias lácticas e/ou suas misturas; arrefecimento até uma temperatura inferior a 20ºC, durante um período inferior a 1 hora. 2. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o tratamento térmico do CLPS ser realizado a uma temperatura entre 85-95ºC durante pelo menos 5 minutos e arrefecimento até à temperatura de 70ºC. 3. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a homogeneização do CLPS ser realizada à pressão de 50 a 100 bar. 1

28 4. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por serem adicionados ao CLPS ou ao PUFC ingredientes selecionados de um grupo que compreende: leite em pó, açúcar, aromas ou preparados de frutas e os adjuvantes serem selecionados de entre gomas espessantes, leite em pó, inteiro ou desnatado. 5. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a mistura de PUFC e ingredientes adicionados sofrer uma homogeneização a 50 bar e um aquecimento até à temperatura de 75ºC durante um período de 30 segundos. 6. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as bactérias lácticas serem seleccionadas de um grupo que compreende uma cultura específica de grãos de kefir (CIDCA AGK1), isoladamente ou em associação com bactérias lácticas tais como: Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum ou misturas destas estirpes. 7. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a fermentação decorrer até atingir um ph de 4,5. 8. Processo de produção de produtos lácteos de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o arrefecimento rápido ser realizado 2

29 através de um túnel de arrefecimento ou num permutador tubular. 9. Produtos lácteos obtidos pelo processo descrito nas reivindicações 1 a 8, caracterizados por terem uma matriz proteica que compreende 90% a 100% de proteínas de soro de leite, quando são obtidas do CPLS. 10. Produtos lácteos de acordo com a reivindicação anterior, caracterizados por apresentarem contagens de Lactococcus spp. e Lactobacillus spp. superiores a UFC/ g e de leveduras superiores a UFC/g, e a seguinte composição físico-química: Sólidos totais entre 15 e 20%; Proteína entre 6 e 10%; Gordura entre 1 e 5%; Cinzas entre 1 e 2%; Ph entre 4 e 4,5; Acidez entre 4 e 12 ml NaOH 0,1N/10 ml de produto Viscosidade entre 2500 e cps. 11. Produtos lácteos obtidos pelo processo descrito nas reivindicações 1-8, caracterizados por conterem baixos teores de proteína do leite inferior a 10% proteínas quando são obtidos do PUFC. 12. Produtos lácteos de acordo com a reivindicação anterior, caracterizados por apresentarem contagens de Lactococcus spp. e Lactobacillus spp. superiores a UFC/ g e de leveduras superiores a UFC/g, e a seguinte composição físico-química: Sólidos totais entre 10 e 15%; 3

30 Proteína entre 0,5 e 4%; Gordura entre 0 e 1%; Cinzas entre 1 e 2%; Ph entre 4 e 4,5; Acidez entre 0,5 e 6 ml NaOH 0,1N/10 ml de produto Viscosidade entre 2 e 1000 cps. Lisboa, 20 de Junho de

31 Figura 1 1/7

32 Soro ultrafiltração permeado Soro ultrafiltração retido permeado osmose inversa água retido desnaturação térmica e homogenização desnaturação térmica e homogenização CLPS ou osmose inversa PUFC água CLPS ou mistura mistura aquecimento PUFC 25ºC polpa fruta (10%) açúcar (5%) aroma (500 ppm) polpa fruta (10%) açúcar (5%) aroma (500 ppm) inóculos: kefir probiótico inóculos: kefir probiótico aquecimento 25ºC fermentação 25ºC fermentação 25ºC arrefecimento até ph=4,8 até ph=4,8 arrefecimento armazenamento < 5ºC ph=4,2 kefir (k) kefir (k) armazenamento probiótico (p) probiótico (p) Figura 2 < 5ºC ph=4,2 bebidas fermentadas kefir+probiótico (k+p) bebidas fermentadas kefir+probiótico (k+p) 2/7

33 ST, Proteina, Gordura, Cinzas (%) D D a C B B B D B B B C B k p k+p B ST (% m/m) Proteína (% m/v) Gordura (% m/v) Cinzas (% m/m) A A A A A A A A A A k p k+p B b Produtos Produtos Figura 3 3/7

34 6 C C C a b ph 5 C C C C B B AB A A A B A B B A 4 Acidez Titulável A A A CD B E DE C E c k p k+p BC CD D B B B d 2 A A A Tempo (horas) Tempo (horas) Figura 4 4/7

35 Viscosidade (cps) B D CD A BC B a A k p k+p C B F E D b Tempo (horas) Tempo (horas) Figura 5 5/7

36 10 9 Log 10 (UFC/mL) a Tempo (horas) Lactococcus spp Lactobacillus spp Leveduras Tempo (horas) b Figura 6 6/7

37 10 9 Log 10 (UFC/mL) Lactococcus spp Lactobacillus spp Leveduras a b 9 Log 10 (UFC/mL) c d 10 9 Log 10 (UFC/mL) e f Tempo (dias) Tempo (dias) Figura 7 7/7