Cristalización ultrasónica de la lactosa
- En muchos procesos lácteos, el suero (permeado de la leche) se produce en grandes volúmenes como subproducto. El lactosuero tiene un alto contenido en lactosa y debe eliminarse, lo que resulta caro y tiene repercusiones medioambientales.
- Al recuperar la lactosa con ultrasonidos, el efluente de suero puede reducirse drásticamente, mientras que la lactosa recuperada es un producto comercializable.
- La ultrasonicación favorece una cristalización rápida y eficaz que da lugar a un alto rendimiento de cristales de lactosa uniformes.
Fabricación de lactosa
La lactosa se produce a partir de una solución concentrada de lactosa (obtenida del suero). La pasta de lactosa concentrada debe enfriarse a baja temperatura para precipitar los cristales. Tras la etapa de precipitación, los cristales de lactosa se separan por centrifugación. Después, los cristales se secan hasta obtener un polvo.
Pasos de la cristalización de la lactosa:
- concentración
- nucleación
- Crecimiento de los cristales
- Recolección/lavado
Mejora de la cristalización de la lactosa mediante sonicación
Los ultrasonidos son bien conocidos por su impacto positivo en los procesos de cristalización y precipitación (sono-cristalización). La sonicación también mejora la formación y el crecimiento de los cristales de lactosa.
La sonocristalización de la lactosa ayuda a obtener el máximo rendimiento de cristales de lactosa en un tiempo mínimo.
Un buen crecimiento de los cristales es fundamental para garantizar una recogida y un lavado eficaces de la lactosa (extracción & purificación). La sonicación provoca una sobresaturación de la lactosa e inicia la nucleación primaria de los cristales de lactosa. Además, la sonicación continua contribuye a una nucleación secundaria, lo que garantiza una pequeña distribución del tamaño de los cristales (CSD).

Cristalización ultrasónica de la lactosa: La lactosa cristalizada en diferentes condiciones: el aporte de energía ultrasónica, la carragenina añadida o el suero de leche (WPC) influyen en el tamaño de los cristales de lactosa.
estudio y fotografía: ©Sánchez-García et al., 2018.
Beneficios de los ultrasonidos:
- rendimiento máximo
- tiempo de proceso muy corto
- tamaño uniforme de los cristales
- tamaño de cristal controlable
- forma cristalina uniforme
De efluente residual a lactosa
Debido a la gran producción láctea, el lactosuero suele ser un subproducto que se trata como efluente residual. La eliminación del lactosuero líquido es costosa debido a su elevada demanda biológica de oxígeno (DBO) y a su contenido en agua. Cuando se recupera la lactosa del lactosuero, el residuo se utiliza en una fase posterior al procesado para producir lactosa en polvo. La recuperación de la lactosa reduce la DBO del lactosuero en más de un 80%, lo que hace que el subproducto sea útil y más respetuoso con el medio ambiente. Un proceso de cristalización asistido por ultrasonidos mejora el crecimiento, el rendimiento y la calidad de los cristales.
La lactosa se utiliza ampliamente como ingrediente en la industria alimentaria y farmacéutica, como materia prima para la producción de lactitol o como material de base para la producción microbiana de poliésteres biodegradables.
Equipo ultrasónico
Hielscher Ultrasonics le ofrece equipos de ultrasonidos para procesos de sonocristalización – tanto para la sonicación por lotes como para el procesamiento en línea en un reactor ultrasónico. Todos nuestros equipos de ultrasonidos están diseñados para funcionar de forma continua (24 horas/7 días/365 días), lo que garantiza el máximo aprovechamiento del equipo. Los dispositivos ultrasónicos industriales de 0,5 kW a 16 kW por unidad son adecuados para el procesamiento comercial de grandes suspensiones de suero.
Procesado alimentario
Los sistemas de ultrasonidos Hielscher están disponibles con accesorios sanitarios. Los sonotrodos ultrasónicos (sondas/cuernos) y los reactores presentan una geometría sencilla que facilita su limpieza. La cavitación ultrasónica funciona como limpieza in situ (CIP). Nuestros sonotrodos y reactores son autoclavables.
Gracias a su reducido tamaño, los sistemas de ultrasonidos de Hielscher pueden integrarse o reequiparse fácilmente en sus instalaciones existentes.
Póngase en contacto con nosotros hoy mismo para obtener más información. Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones estandarizadas y personalizadas para procesos ultrasónicos en el sector lácteo y alimentario.
Literatura/Referencias
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasonidos para mejorar la cristalización en el procesado de alimentos. Food Engineering Reviews 5/1, 2013. 36-44.
- Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Weeks, M. (2014): Sonocristalización de la lactosa en un sistema acuoso. Revista Internacional de Lechería 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Ingeniería de partículas de lactosa: influencia de los ultrasonidos y el antisolvente en el hábito cristalino y el tamaño de las partículas. J Cryst Growth 312(23):3509-20.
- Martini, Silvana (2013): Sonocristalización de Grasas. Springer Briefs in Food, Health, and Nutrition. 2013.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Cristalización asistida por ultrasonidos de lactosa en presencia de proteínas de suero y κ-carragenano. Ultrasónica Sonoquímica, Volumen 42, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Advanced Dairy Chemistry. Vol. 3. Lactosa, agua, sales y vitaminas. New York: Springer Science + Business Media. 759p.
- Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Efecto de los parámetros del proceso sobre el tamaño del cristal y la morfología de la lactosa en la cristalización asistida por ultrasonidos. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.
- Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Cristalización en el refinado de lactosa. – A Review. Journal of Food Science 79/3, 2014. 257-272.
Acerca de la sonocristalización
Cuando se aplican ultrasonidos de potencia para inducir y mejorar los procesos de cristalización, se conoce como sonocristalización. La sonocristalización se basa en la aplicación de “ondas acústicas para inducir cambios fisicoquímicos en el material. Algunas aplicaciones comunes de los ultrasonidos de potencia incluyen su uso para inducir reacciones químicas (sonoquímica) y para promover la cristalización (sonocristalización). Estas técnicas han recibido la atención de varias industrias, entre ellas la farmacéutica, la química y la alimentaria, dadas las ventajas que ofrecen. Las técnicas de ultrasonidos son económicamente viables y relativamente fáciles de incorporar al funcionamiento industrial. Estas técnicas pueden utilizarse para mejorar tanto la reproducibilidad como el rendimiento de la producción; no son térmicas y son limpias desde el punto de vista medioambiental.”. [Martini 2013, 4]
Nucleación y crecimiento de cristales
La cristalización se determina como el proceso de formación, en el que los cristales sólidos precipitan a partir de una solución sobresaturada, un fundido o un gas.
El proceso de cristalización consta de dos etapas principales: la nucleación y el crecimiento del cristal.
Durante la nucleación, las moléculas disueltas en la solución empiezan a formar cúmulos, que deben ser lo suficientemente grandes para ser estables en las condiciones de funcionamiento. Un conglomerado estable de este tipo forma un núcleo. Una vez alcanzado el tamaño crítico para formar un núcleo estable, comienza la fase de crecimiento del cristal.
En la fase de crecimiento de los cristales, los núcleos formados aumentan de tamaño a medida que se unen más moléculas a la agrupación. El proceso de crecimiento depende del grado de saturación y de otros parámetros como la mezcla uniforme, la temperatura, etc.
La teoría clásica de la cristalización se basa en la concepción termodinámica de que un sistema aislado es absolutamente estable cuando su entropía es invariable.
Datos sobre la lactosa
La lactosa (azúcar de la leche) es un disacárido formado por glucosa y galactosa unidas por un enlace β(1→4) glucosídico.
Debido a la presencia de un carbono quiral, la lactosa puede presentarse en forma de los 2 tipos de isómeros siguientes: α- o β-lactosa. La lactosa se encuentra con mayor frecuencia en forma de cristal de α-lactosa hidratada monohidratada. El otro polimorfo, la β-lactosa anhidra, es menos frecuente y cristaliza por encima de 93,5°C. Los anómeros α y β tienen propiedades muy diferentes. Los polimorfos se distinguen por la rotación específica (+89°C y +35°C para α- y β-lactosa, respectivamente) y la solubilidad (70 y 500g/L (a 20°C) para α- y β-lactosa, respectivamente). [McSweeney et al. 2009].
Es el principal hidrato de carbono de la leche y se encuentra en concentraciones del 2-8% en peso. La lactosa es insípida y poco dulce. La lactosa actúa como azúcar reductor y favorece las reacciones de Maillard y Stecker. Por ello, la lactosa se utiliza para realzar el color y el sabor de productos alimentarios como panadería, pastelería y confitería.
La lactosa es un aditivo alimentario muy utilizado como soporte, relleno, estabilizador y diluyente de comprimidos en productos alimentarios y farmacéuticos.
La α-lactosa es la forma más pura, que se utiliza para productos farmacéuticos.
La lactosa es un ingrediente importante en las reacciones de sabor, aroma y pardeamiento.
Fórmula: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galactopiranosil-(1→4)-D-glucosa
Masa molar: 342,3 g/mol
Punto de fusión: 202,8°C
Densidad: 1,53 g/cm3
Clasificación: FODMAP
Soluble en: agua, etanol
compuestos bioactivos Extracción Alimentos nano farmacia fitoquímicos intensificación del proceso extracción con disolventes Sonoquímica UIP2000hdT UIP4000hdT ultrasonicación Extracción ultrasónica extractor ultrasónico UP400St