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ISSN:
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-
1356
24
Revisi
ón
Composición química, pretratamiento, valorización y
empleo de suero de queso y sus subproductos como
sustrato en fermentaciones: Una revisión global
Chemical composition,
pretreatment, valorization and use of cheese whey
and its byproducts as substrate in fermentations: A comprehensive review
Amaury Pérez
-
Sánchez
1
,
*
,
Yoandra Marrero
-
Rodríguez
2
,
Niurca González
-
Ibarra
3
,
Rutdali
María Segura
-
Silva
4
y
Diana Deisy Alcalá
-
Galiano
-
Morell
5
1
Facultad de Ciencias Aplicadas, Universidad de Camagüey, Cuba, Camagüey;
https://orcid.org/0000
-
0002
-
0819
-
6760
2
Dirección de Biotecnología, Centro Nacional para la Producción de Animales de
Laboratorio, Cuba, La Habana;
https://orcid.org/0000
-
0001
-
6213
-
5857
;
yoandra.marrero@cenpalab.cu
3
Dirección de Biotecnología, Centro Nacional para
la Producción de Animales de
Laboratorio, Cuba, La Habana;
https://orcid.org/0000
-
0003
-
3415
-
6241
;
niurca.gonzalez@cenpalab.cu
4
Departamento de Inve
stigación
-
Desarrollo, Centro de Ingeniería Genética y
Biotecnología de Camagüey, Cuba, Camagüey;
https://orcid.org/0000
-
0003
-
2821
-
154X
;
ruthdaly.
segura@cigb.edu.cu
5
Facultad de Ciencias Aplicadas, Universidad de Camagüey, Cuba, Camagüey
https://orcid.org/0000
-
0002
-
3081
-
8837
;
diana.galiano@reduc.edu.cu
*
Correspondencia
:
amaury.perez84@gmail.com
https://doi.org/10.70881/mcj/v3/n2/50
Resumen:
El suero de queso es un líquido amarillento resultante de la co
-
precipitación y remoción de la caseína de la leche en el proceso de
producción del queso. En la actualidad se considera un contaminante
importante debido a su elevada carga orgánica, lo cual h
ace que a menudo
se considera un residuo. Sin embargo, el suero de queso presenta un
elevado valor nutricional que permite ser explotado como sustrato para
obtener productos de alto valor agregado, siendo una vía económica para
lograr este objetivo la biot
ransformación del suero de queso en productos
valiosos específicos, tanto individuales (biohidrógeno, bioetanol, ácido
láctico, etc.) como la formulación de alimentos y bebidas (kéfir), a partir de la
fermentación con bacterias, levaduras u hongos. El pres
ente artículo de
revisión tiene como objetivo recopilar y compendiar la información publicada
actualmente disponible con respecto a la composición química del suero de
queso, su uso como sustrato en fermentaciones, sus procesos de
pretratamiento, su valori
zación como materia prima a escala industrial, así
como el aprovechamiento de los derivados del suero de queso para obtener
productos químicos específicos por medio de la fermentación microbiana.
Palabras clave:
S
uero de queso; valorización; fermentación;
microorganismos; subproductos
.
Cita:
Pérez
-
Sánchez, A., Marrero
-
Rodríguez, Y., González
-
Ibarra,
N., Segura
-
Silva, R., & Alcalá
-
Galiano
-
Morell, D. D. (2025).
Composición química,
pretratamiento, valorización y
empleo de suero de queso y sus
subproductos como sustrato en
fermentaciones: Una revisión
global.
Multidisciplinary
Collaborative Journal
,
3
(2), 24
-
73.
https://doi.org/10.70881/mcj/v
3/n2/50
Recibido:
10
/
03
/20
25
Revisado:
15
/
04
/20
25
Aceptado:
20
/
04
/20
25
Publicado:
2
2
/
04
/20
25
Copyright:
© 202
5
por los
autores
.
Este artículo es un
artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de la
Licencia
Creative Commons, Atribución
-
NoComercial 4.0 Internacional.
(
CC
BY
-
NC
)
.
(
https://creativecommons.org/lice
nses/by
-
nc/4.0/
)
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Abstract:
Cheese whey is a yellowish liquid resulting from the co
-
precipitation and removal of casein from milk during the cheese production
process. It is currently considered a major pollutant due to its high organic
load, which is why it is often considered a waste product. However, cheese
whey has a high nutritional value that allows it to be exploited as a substrate
to obtain high
-
added
-
value products. An economical way to achieve this goal
is the biotransformation
of cheese whey into specific valuable products, both
individual (biohydrogen, bioethanol, lactic acid, etc.) and the formulation of
foods and beverages (kefir), based on fermentation with bacteria, yeasts, or
fungi. This review article aims to compile and
summarize the currently
available published information regarding the chemical composition of
cheese whey, its use as a substrate in fermentations, its pretreatment
processes, its valorization as a raw material at industrial scale, as well as the
use of ch
eese whey derivatives to obtain specific chemical products through
microbial fermentation.
Keywords:
C
heese whey; valorization; fermentation; microorganisms; by
-
products.
1. Introducción
La industria láctea es una de las industrias más antiguas y desarro
lladas en el mundo,
la cual produce grandes cantidades de subproductos los cuales requieren una atención
particular en cuanto a su vertimiento debido a los azúcares disueltos, proteínas, grasas
y residuos de aditivos contenidos en los efluentes (Manucci, 2
009).
La industria láctea mundial ha adquirido la capacidad para extender los usos y derivados
de la leche, introduciendo de esta manera nuevos productos en el mercado. Mediante
la segregación de los diferentes componentes de la leche, pueden fabricarse
concentrados de proteínas, carbohidratos, minerales o grasas, normalmente en polvo.
Los efluentes no tratados de la industria láctea tienen una Demanda Biológica de
Oxígeno (DBO) de 0,8
-
2,5 kg/t, la Demanda Química de Oxígeno (DQO) es
normalmente alrededor
de 1,5 veces el valor de la DBO, mientras que los sólidos
suspendidos totales son alrededor de 100
-
1000 mg/L (Manucci, 2009).
La principal fuente de DBO en las aguas residuales de las industrias lácteas se deriva
de los procesos de producción de mantequi
lla, crema y queso, en donde este último da
lugar a la generación del suero como subproducto.
El suero, el principal subproducto de la industria láctea, tiene una historia que se
remonta a la década de 1970 cuando fue empleado principalmente en baños de s
uero
debido a sus ingredientes activos beneficiosos conocidos por sus propiedades anti
-
inflamatorias y cualidades beneficiosas para la piel. Sin embargo, con el tiempo la
reputación del suero declinó, y se empezó a considerar como un residuo
medioambiental
mente dañino generado por la industria láctea. La mayoría del suero fue
usado ya sea como alimento animal (cerdos, ovejas y ganado), utilizado como
fertilizante o vertido directamente en ríos y el mar (Soumati et al., 2023).
El suero de queso, el cual es
el líquido resultante de la precipitación y remoción de la
caseína de la leche durante el proceso de producción de queso, y el suero de queso
secundario derivado de la producción de queso
cottage
y
ricotta
, constituyen los
principales subproductos de la in
dustria láctea (Zotta et al., 2020).
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La elevada carga biológica del suero es causada principalmente por la presencia de la
lactosa, mientras que varias regulaciones de protección ambiental requieren que el
residuo de suero sea utilizado antes de ser verti
do en reservorios de aguas naturales.
Por tanto, el uso de este residuo para producir compuestos químicos combina la
producción de productos valiosos con el manejo de residuos y la protección
medioambiental (Lech, 2020).
Dragone et al. 2011 refiere que el
suero de queso, como subproducto del proceso de
fabricación del queso, contiene fundamentalmente lactosa (45
-
50 kg/m
3
), proteínas (6
-
8 kg/m
3
), lípidos (4
-
5 kg/m
3
) y sales minerales (8
-
10% de extracto seco), lo cual lo
convierten en una materia prima barata y nutricionalmente rica ideal para la producción
de diferentes compuestos, como por ejemplo bioetanol.
Las propiedades del suero de queso están influenciadas p
or el tipo de leche usada para
la producción del queso. Por consiguiente, la precipitación de la caseína conduce a la
formación de dos tipos de suero de queso: suero ácido (pH 5) obtenido mediante la
fermentación o adición de ácidos orgánicos o minerales,
y suero dulce (pH 6,0
-
7,0)
obtenido mediante la adición de enzimas proteolíticas (Zotta et al., 2020).
Según Remón et al. (2016), como promedio se consumen 10 kg de leche para producir
1 kg de queso, produciendo así 9 kg de suero como subproducto. Estos a
utores indican
que el suero de queso contiene típicamente lactosa (4,5
-
6% m/m), proteínas (0,6
-
1,1%
m/m), minerales (0,8
-
1% m/m), ácido láctico (0,05
-
0,9% m/m), grasas (0,06
-
0,5% m/m)
y agua (93
-
94% m/m), con una DBO y DQO que oscilan entre 27
-
60 kg/m
3
y 5
0
-
102
kg/m
3
, respectivamente. Lo anterior indica que el suero de queso no puede ser
descargado directamente hacia el medio ambiente sin un tratamiento apropiado y/o
valorización.
Del mismo modo, Arias et al. (2021) refieren que la cantidad de suero de ques
o
generada, en volumen, es casi análoga con la cantidad de leche procesada, trayendo
consigo grandes cantidades de este subproducto a escala industrial. Por tanto, su
potencial de ocasionar efectos negativos en el medio ambiente es muy elevado, debido
fund
amentalmente a su alta carga orgánica. Su uso más común hasta la fecha es como
alimento animal, pero tomando en cuenta el futuro incremento del consumo de
productos lácteos, su volumen de generación será tan elevado que se requerirá el
desarrollo de nuevas
formas de explotación y aprovechamiento. Es por ello que su
valorización como fuente de azúcares fermentables para el desarrollo de procesos
fermentativos se considera hoy en día una opción viable y apropiada.
Para Murari et al. (2017) una alternativa pr
omisoria para la utilización eficiente y
satisfactoria del suero de queso consiste en su uso como sustrato para el crecimiento
de microorganismos capaces de aprovechar la lactosa como su fuente de carbono y
energía, conduciendo por tanto a la generación de
bioproductos comercialmente
importantes tales como etanol.
Rosa et al. (2014) establecen que el suero de queso es una fuente altamente atractiva
para su uso como sustrato en la producción de hidrógeno, no solo debido a que es un
recurso abundante y fácil
mente disponible, sino porque además es altamente
biodegradable.
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Mazorra
-
Manzano et al. (2020) puntualizan que en varios países latinoamericanos la
mayoría de la industria quesera es considerada una industria artesanal, en donde el
suero es considerado tr
adicionalmente un producto de
“
bajo valor económico
”,
desechando diariamente un gran volumen de suero al ambiente sin tratamiento previo.
Esta práctica es considerada inaceptable desde las perspectivas económica, ecológica
y nutricional, considerando que e
l suero retiene alrededor de 55% de los nutrientes
originales de la leche (p. ej. lactosa, minerales, y grasa), los cuales pudieran recuperarse
o convertirse en compuestos valiosos por procesos biotecnológicos diversos.
En aras de desarrollar soluciones in
tegradas para el problema del suero de queso, este
tiene que considerarse como un recurso y no solamente como un efluente residual, en
vistas de su elevado potencial como fuente de generación de varios productos de valor
añadido (Guimarães et al., 2010).
Debido a su versatilidad, el suero puede considerarse una materia prima valiosa con un
amplio rango de aplicaciones a lo largo de diferentes sectores industriales. En respuesta
a este desafío, se han emprendido un notable número de investigaciones para exp
lorar
diferentes tecnologías, métodos, técnicas y estrategias para la valorización efectiva del
suero de queso (Soumati et al., 2023).
También se han implementado y aplicado diferentes técnicas de pretratamiento antes
de emplear el suero de queso como sus
trato en procesos fermentativos, para investigar
la producción de compuestos químicos específicos (hidrógeno, etanol, ácido láctico,
etc.) utilizando determinados microorganismos, se ha determinado su composición
química, y se han estudiado los derivados d
e suero de queso (en polvo, permeado,
desproteinizado, etc.) para analizar la producción de múltiples compuestos químicos por
la vía fermentativa. Para conocimiento de los autores todos estos tópicos no han sido
debidamente recopilados, compendiados y resu
midos en un artículo de revisión, con el
fin de establecer una guía orientadora que permita exponer estas temáticas de forma
certera, innovadora y oportuna para la comunidad académica, docente y profesional,
dado que es un asunto de un importante impacto i
ndustrial, económico y
medioambiental.
En este contexto, el presente artículo de revisión cubre un amplio rango de tópicos
relacionados con el suero de queso, que van desde la valorización de este compuesto
en la industria; su composición química; su empl
eo como sustrato en procesos y
operaciones fermentativas a diversas escalas, fundamentalmente de laboratorio; su
pretratamiento antes de ser utilizado como sustrato en fermentaciones; la aplicación de
otras tecnologías para incrementar su valorización; así
como la producción de
compuestos químicos mediante la valorización de los derivados del suero de queso tales
como suero de queso en polvo, permeado de suero de queso, suero de queso
desproteinizado, suero de queso ultrafiltrado, suero de queso
ricotta
y s
uero de queso
cottage
.
2. Materiales y Métodos
El éxito de una investigación basada en el análisis bibliométrico depende de la
recopilación de información científica confiable y exhaustiva proveniente de fuentes de
investigación académicas. Este estudio fu
e dividido en tres fases que están relacionadas
con al análisis bibliométrico de los temas que se tomarán en cuenta para elaborar el
artículo, los cuales son:
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●
Evidencias bibliográficas relacionadas con nociones, conceptos y temáticas
acerca de la
valorización del suero de queso en la industria.
●
Composición química del suero de queso.
●
Estudio y evaluación del suero de queso como sustrato para la producción de
compuestos químicos diversos por la ruta fermentativa.
●
Procesos de pretratamiento aplicados
al suero de queso antes de ser usado
como sustrato en procesos fermentativos.
●
La aplicación de tecnologías alternativas para valorizar el suero de queso;
●
Producción de compuestos químicos mediante la valorización de los derivados
del suero de queso.
Con
el objetivo de desarrollar las tres fases del estudio bibliométrico, se aplicó la
metodología PRISMA (en inglés:
Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and
Meta
-
Analyses
) para lograr una evaluación rápida, eficiente y transparente de los
artículo
s científicos colectados (Chicaiza
-
Ortiz et al., 2024). Mediante este método
PRISMA se complementa el análisis sistemático y toma en cuenta preguntas de
investigación específicas para examinar el contenido y metodología de las
investigaciones relacionadas
con los tópicos a investigar.
La recopilación de los documentos referidos a las temáticas bajo estudio se efectuó
utilizando bases de datos tales como Scielo, Scopus y Web of Science, así como
también editoriales tales como Springer, Elsevier, MDPI, Intec
hOpen y Taylor and
Francis Group, con el fin de verificar la evolución y novedad de los tópicos a manejar en
este trabajo. La búsqueda de la información objetivo fue realizada entre diciembre del
2024 y marzo del 2025, y rindió 117 documentos, todos en idi
oma inglés.
3.
Resultados
y discusión
3.1. Valorización del suero de queso mediante la implementación de bioprocesos y
biorefinerías
El empleo de todos los flujos de materiales en concordancia con el concepto de
economía circular y generación de
cero
residuos
, abarcando todos los pilares de
sostenibilidad, esto es, medioambiente, sociedad y la economía, es una de las
principales premisas de las biorefinerías (Zandona et al., 2021).
Actualmente, la comunidad académica ha incrementado sus esfuerzos en la
producción/generación de energía renovable usando como sustrato residuos
provenientes de diferentes industrias, tales como el suero de queso (Osorio
-
González
et al., 2022).
Según Soum
ati et al. (2023), cada año la producción total de suero de queso
experimenta un crecimiento del 1
-
2%, sin embargo, menos del 50% del suero total
producido experimenta utilización o procesamiento mediante varias de las tecnologías
y procesos disponibles. A
proximadamente el 40% del suero producido es desechado a
escala global, conduciendo a la pérdida sustancial de sus preciosos nutrientes. En este
sentido, la valorización efectiva del suero de queso mediante varias tecnologías para
obtener variados producto
s es un aspecto esencial en el desarrollo de múltiples
dimensiones de sostenibilidad, incluyendo aspectos medioambientales, económicos y
sociales.
Los procesos microbianos utilizados para convertir el suero de queso en productos
valiosos han prosperado co
mo una ruta potencial para el desarrollo de biorefinerías. Los
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procesos de fermentación pueden decrecer significativamente la carga orgánica
(contenido de lactosa), permitiendo así una alternativa de utilización económica y
factible del suero de queso, red
uciendo por consiguiente su impacto ambiental. La
integración de bioprocesos permite la utilización de un efluente rico en materia orgánica
como el suero de queso, para generar productos adicionales múltiples. De esta manera,
la investigación, desarrollo,
evaluación y diseño de procesos de biorefinación que
implementen la valorización de la lactosa y las proteínas del suero con respecto a la
formulación de productos de alto valor agregado a través de métodos químicos,
microbianos o enzimáticos, es de un int
erés significativo en los últimos tiempos (Lappa
et al., 2019).
Un avance notable es el desarrollo de equipamiento de procesamiento más sofisticado,
tales como las membranas de filtración, equipos de centrifugación y cromatográficos,
los cuales permiten l
a separación y purificación precisa de los componentes del suero
de queso. Estos métodos permiten la extracción de fracciones específicas tales como
proteínas o lactosa, con elevado rendimiento y pureza. También se pueden mencionar
el intercambio iónico, e
l cual es una técnica valiosa para la purificación y concentración
de las proteínas del suero de queso, y el secado por aspersión, el cual es un método
ampliamente usado para convertir el suero de queso líquido en polvo, extendiendo así
su tiempo de vida y
la facilidad de almacenamiento y transporte.
Por otro lado, las técnicas de procesamiento enzimático han avanzado en años
recientes, en donde las enzimas son utilizadas para modificar las propiedades
nutricionales y funcionales de las proteínas del suero
, trayendo consigo una mejora de
la solubilidad, propiedades emulsificantes y digestibilidad. La hidrólisis enzimática se
emplea para producir hidrolizados de proteínas con perfiles específicos de péptidos y
propiedades bioactivas, para así responder a la
demanda creciente de productos
nutricionales especializados.
También han existido avances notables en la aplicación de la biotecnología para el
procesamiento del suero, los cuales se han desarrollado procesos fermentativos
microbianos usando cepas específ
icas de bacterias, levaduras u hongos con el objetivo
de convertir los componentes del suero en productos valiosos tales como ácidos
orgánicos, biocombustibles, enzimas y compuestos químicos específicos. Este método
o estrategia ofrece alternativas sosteni
bles y amistosas con el medioambiente con
respecto a los procesos químicos tradicionales.
Todas estas innovaciones tecnológicas no solo han mejorado la viabilidad económica
del procesamiento del suero de
queso,
sino que además han contribuido a mejorar la
sostenibilidad, productividad y eficiencia de la industria láctea (Soumati et al., 2023).
En la Figura 1 se muestran las varias estrategias y técnicas utilizadas para convertir el
suero en productos valiosos y de alto valor agregado.
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Figura 1
Dife
rentes estrategias y técnicas utilizadas para convertir el suero en productos valiosos.
Fuente:
Adaptado de Soumati et al. (2023)
En la Figura 2 se muestran los diferentes compuestos producidos mediante la
fermentación del suero de queso y los
microorganismos involucrados en tales procesos
(Pescuma et al., 2015), con vistas a incrementar su valorización y empleo como sustrato
en fermentaciones.
Figura 2
Componentes individuales producidos mediante la fermentación del suero de queso y
los microor
ganismos involucrados.
Fuente:
Adaptado de Pescuma et al.
(2015)
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Según refiere Pescuma et al. (2015) el suero de queso ha pasado a ser de un líquido
residual a una materia prima valorada para producir un amplio rango de productos
comprendiendo desde
biocombustibles hasta alimentos funcionales. La reutilización del
suero de queso es de interés industrial no solo debido al elevado valor nutricional que
presenta, y por ser un producto barato para la producción de productos de valor
agregado, sino que ade
más debido a su elevada capacidad contaminante.
Desde el punto de vista de la valorización, pueden considerarse dos opciones en cuanto
al manejo del suero de queso: la primera basada en la aplicación de tecnologías para
recuperar componentes valiosos tale
s como proteínas y lactosa. En la actualidad, los
procesos de valorización aplicados al suero de queso constituyen la opción preferencial
para tratar este subproducto, solamente sobrepasado por la producción de suero de
queso en polvo. La segunda opción co
nsiste en la aplicación de procesos fermentativos
para obtener productos de valor añadido, tales como ácidos orgánicos (p. ej. láctico,
succínico y propiónico), proteína unicelular y aceites, biopolímeros (enzimas,
polihidroxialcanoatos, exopolisacáridos)
y bacteriocinas. En algunas ocasiones, el
permeado de suero, obtenido mediante la etapa de ultrafiltración, ha sido empleado
como medio de fermentación, en cuyo caso pueden aplicarse ambas opciones de
valorización (Mollea et al., 2013).
La Figura 3 muestr
a las diferentes posibilidades de valorización del suero de queso.
Figura 3
Esquema de la posibilidad actual de valorización del suero de queso.
Fuente:
Adaptado de Mollea et al. (2013)
Osorio
-
González et al. (2022) indican que la explotación del sue
ro de queso para
producir diferentes bienes y productos se ha incrementado en décadas recientes, en
donde los más convencionales son lactosa, ácidos orgánicos y fracciones de proteínas.
Durante los últimos años se ha intensificado la investigación en el us
o de este residuo
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para producir compuestos químicos para sectores industriales tales como el
farmacéutico, cosmético y de bioenergía.
De acuerdo con Guimarães et al. (2010) el suero de queso se ha venido reconociendo
paulatinamente como una fuente de prod
uctos de valor agregado, en lugar de solamente
una corriente residual con una elevada carga contaminante. En particular, las proteínas
y péptidos del suero bioactivos están encontrando gradualmente más aplicaciones no
solo en productos alimenticios (incluy
endo alimentos funcionales) sino además en el
campo farmacéutico. La corriente rica en lactosa que queda después de la separación
de las proteínas y otros componentes bioactivos interesantes aún constituye una
importante preocupación medioambiental y se ne
cesitan de soluciones para su
valorización. Debido a que existe un gran sobrante de lactosa, su conversión en
productos primarios tales como etanol necesitan ser considerados como una posible
solución práctica estratégica.
La Figura 4 muestra algunos de los productos, así como los sectores en los cuales el
suero de queso es actualmente usado como materia prima para producir compuestos
de valor agregado.
Figura 4
Concepto de biorefinería del suero de queso.
Fuente:
Adaptado de Osorio
-
González et al. (2022)
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El desarrollo del concepto de biorefinería integrada ha acaparado una atención
significativa durante los últimos años para reducir el vertimiento del suero mediante la
introducción de métodos holísticos para su
valorización con el fin de formular una plétora
de productos finales. De esta manera, se han propuesto nuevos métodos de refinación
para la conversión del suero de queso en bioproductos valiosos (p. ej. aditivos,
bioplásticos y biocompuestos), hasta compue
stos valiosos producidos en grandes
cantidades tales como bioetanol, o cantidades más pequeñas de productos altamente
preciados tales como nutracéuticos (Zandona et al., 2021).
Los estudios reportados concernientes al concepto de biorefinería no cubren to
dos los
aspectos de la utilización y aprovechamiento del suero de queso. En este sentido, los
métodos novedosos, aprovechando las corrientes de tanto la lactosa como las
proteínas, rendirán biocompuestos alternativos resultando en productos de alto valor
a
gregado con propiedades fisicoquímicas, sensoriales y nutricionales mejoradas y
optimizadas (Zandona et al., 2021).
3.2. Composición química del suero de queso
La composición química y las características del suero de queso dependen del tipo de
leche así c
omo también de la técnica de producción de queso adoptada (Luongo et al.,
2019). Para estos autores, el suero de queso tiene, generalmente, un contenido de
minerales de 0,46
±
10%, y una concentración de sólidos suspendidos totales que oscila
entre 0,1 y 2
2 g/L. Otras características típicas son: pH en el rango de 3,3
-
9,0, un
contenido de fósforos de 0,006
-
0,5 g/L, nitrógeno Kjeldahl total de 0,01
-
1,7 g/L, una
DQO en el intervalo de 0,8
-
120 g/L y una DBO en el rango de 0,6
-
60 g/L. Por tanto,
mientras que el
procesamiento del suero de queso en las plantas de tratamiento de
aguas residuales convencionales puede ser bien retador, esta biomasa residual puede
ser convenientemente usada como materia prima valiosa para la producción de
biocombustibles y biocompuest
os.
Generalmente, el suero de queso exhibe una elevada DQO (50
-
70 g/L) y DBO (27
-
60
g/L) debido a que retiene alrededor del 55% de sus nutrientes totales de la leche. Los
componentes más abundantes son lactosa (45
-
50 g/L), proteínas solubles (6
-
8 g/L),
líp
idos (4
-
5 g/L) y sales minerales (8
-
10% de extracto seco). Este último incluye NaCl y
KCl (más del 50%), sales de calcio (principalmente fosfato) y otros. El suero de queso
también contiene ácido
láctico (0,5 g/L) y cítrico, compuestos de nitrógeno no prot
eínicos
(urea y ácido úrico) y vitaminas del grupo B (Zotta et al., 2020).
Las proteínas del suero obtenidas después del proceso de producción del queso juegan
un papel nutricional importante como una fuente balanceada y rica de aminoácidos
esenciales. Es
tas proteínas contienen leucina, triptófano, lisina y aminoácidos de azufre.
Por tanto, estas son de un alto valor biológico y con características similares a las
proteínas del huevo sin deficiencias en aminoácidos (Rochín
-
Medina et al., 2017).
Lech (2020
) refiere que el suero es un líquido que contiene grandes cantidades de
lactosa, proteína e hidrolizados de proteínas de suero (también conocidos como
péptidos de suero, p. ej. glicolmacropéptidos). El contenido de estos componentes en el
suero varía, con
contenidos de lactosa y proteína oscilando entre 39
-
45 g/L y 9
-
14 g/L,
respectivamente, resultando en un elevado coeficiente de DQO de aproximadamente
80 g/L.
La generación del suero de queso líquido se estima de 0,8
-
0,9 L por litro de leche
tratada, o 9 k
g por kg de queso producido, mientras que se considera que la producción
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mundial de suero de queso es de alrededor de 180
-
190 millones de toneladas por año.
Solamente alrededor de la mitad de este subproducto es usada posteriormente para la
producción de a
limentos, esto es, alrededor de 100 millones de toneladas por año son
vertidas típicamente como subproducto residual al ambiente, representando un
problema significativo para las plantas de tratamiento de aguas residuales tradicionales
(Luongo et al., 2019
).
Según Osorio
-
González et al. (2022), existen dos tipos de sueros comunes: ácido y
dulce. El suero ácido es obtenido mediante el uso directo de ácidos orgánicos o
mediante la adición de cultivos lácticos para producir queso. Por otro lado, el suero dulc
e
es obtenido fundamentalmente mediante la coagulación de proteínas con enzimas
animales o microbianas (p. ej. complejo quimosina), por tanto, la composición
fisicoquímica del suero de queso dependerá específicamente del proceso empleado en
la producción d
e queso.
La Tabla 1 muestra una comparación de la composición principal del suero dulce y el
suero ácido, de acuerdo con lo reportado
por Antonelli et al. (2016).
Tabla 1
Comparación de la composición del suero dulce y el suero ácido.
Componente
Suero
dulce
Suero ácido
Agua
93
–
95
94
–
95
Materia seca
6,0
–
6,7
5,0
–
6,0
Lactosa
4,2
–
5,0
3,8
–
4,3
Grasa
0,1
–
0,5
0,1
–
0,5
pH
6,3
–
7,0
4,6
–
5,0
La Tabla 2 muestra las principales diferencias existentes entre el suero de queso ácido
y dulce,
según reporta Osorio
-
González et al. (2022).
Tabla 2
Composición química del suero de queso ácido y el dulce.
Componente
Ácido
Dulce
Humedad (%)
94,9
93,6
Sólidos totales (%)
5,0
6,4
Lactosa (%)
4,6
6,3
Proteína (%)
2,5
6,8
Grasa (%)
4,9
1,8
Ceniza
(%)
0,3
0,6
pH
4,6
6,2
Las proteínas del suero son usualmente recuperadas usando métodos de filtración con
membranas, especialmente micro y ultrafiltración. No obstante, después de efectuar la
etapa de separación (especialmente mediante separación por
membrana) se genera el
permeado libre de proteína como desecho. Esta solución contiene lactosa y está libre
de microorganismos (estéril), debido a que los procesos de micro
-
y ultrafiltración
remueven las proteínas y microorganismos. De esta manera, la rea
lización de una etapa
de separación de membrana puede eliminar tanto los contaminantes microbiológicos
naturales y recuperar proteínas valiosas, mientras que adicionalmente la remoción de
proteína permite que la solución remanente sea esterilizada térmicam
ente, en caso de
añadir suplementos no estériles (p. ej. peptona). El medio de lactosa resultante puede
ser usado directamente, p ej. en la producción de helado después de ser secado, o
como sustrato para la producción de ácido láctico (Lech, 2020).
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Sarkar
et al. (2024) utilizaron un suero de queso obtenido de un productor de leche de
Suecia, el cual presentó la composición química que a continuación se muestra: lactosa
(48 g/L), ácido láctico (0,04 g/L), ácido acético (0,08 g/L), ácido propiónico (0,01 g/L
), y
ácido butírico (0,07 g/L). Este suero de queso fue diluido con agua de grifo para tomar
en cuenta la carga orgánica especificada (60 gDQO/L). También, el pH de este suero
fue de 5,7, y su DQO inicial fue de 68,3 gDQO/L.
De la misma manera, Gómez et a
l. (2019) evaluaron diferentes alternativas tecnológicas
para la producción de siropes edulcorantes y concentrado de proteína de suero a partir
de suero de queso, de acuerdo con el criterio técnico
-
económico y medioambiental
mediante la simulación de proce
so utilizando el simulador SuperPro Designer
. En este
estudio de simulación se implementó la composición del suero mostrada en la Tabla 3.
Tabla 3
Composición del suero de queso empleado por Gómez et al. (2019).
Componente
Porcentaje (m/m)
Proteína del s
uero
0,70
-
Lactoglobulina
0,270
-
Lactoalbúmina
0,120
Inmunoglobulinas
0,065
Albumina del suero bovino
0,040
Lactoferrina
0,010
Lactoperoxidasa
0,002
Glicomacropéptidos
0,193
Grasas
1,27
Caseína residual
0,30
Ceniza
0,403
Calcio
0,043
Fósforo
0,040
Sodio
0,050
Potasio
0,160
Cloruro
0,110
Ácido láctico
0,050
Lactosa
4,50
Materia seca
7,22
Agua
92,78
Total
100
En Ghaly
et al. (2003) se empleó un suero de queso obtenido en una planta láctea de
Nueva Escocia, Canadá, para estudiar la producción fermentativa de ácido láctico por
parte de
Lactobacillus helveticus
. En la Tabla 4 se muestran las características del suero
empl
eado en este estudio, para un pH de 4,9.
Tabla 4
Características del suero de queso empleado como sustrato en Ghaly et al. (2003).
Característica
Concentración (mg/L)
Sólidos totales
68250
Sólidos fijos
6750
Sólidos volátiles
61550
Sólidos suspendidos
25160
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Sólidos fijos
230
Solidos Sólidos volátiles
24930
Nitrógeno total Kjeldahl
1560
Nitrógeno amonio
260
Nitrógeno orgánico
1300
DQO
81050
Demanda química de oxígeno soluble
68050
Demanda química de oxígeno insoluble
13000
Lactosa
48200
Ácido
láctico
2200
Potasio
1670
Cloro
950
Calcio
880
Fosforo
480
Sodio
435
Azufre
150
Magnesio
90
Hierro
1
Igualmente,
Narala
et al. (2022), se estudiaron el uso de dos tipos de suero, suero ácido
y concentrado de suero dulce, los cuales se obtuvieron de un productor local en Letonia,
para producir ácido lactobiónico, los cuales tuvieron la siguiente composición química:
●
Suero á
cido: lactosa: 5,6
±
0,11%; grasas: 0,01
±
0,01%; sólidos totales: 7,07
±
0,15%; y pH: 4,58
±
0,01.
●
Suero dulce concentrado: lactosa: 13,9
±
0,12%; grasas: 0,01
±
0,01%; sólidos
totales: 15,9
±
0,19%; y pH: 5,78
±
0,01.
Del mismo modo, Sarenkova
et al. (2021) estudiaron la idoneidad de usar el suero ácido
y dulce para producir ácido lactobiónico en recipientes agitados y bioreactores por parte
de
Pseudomonas taetrolens
LMG 2336 a 30 ºC sin controlar el pH y controlando el pH
a 6,5 durante la ferm
entación. La composición de ambos sueros empleados fue la
siguiente:
●
Suero dulce: lactosa 6,2 ± 0,12%; grasas 0,01 ± 0,01%; proteínas 0,12 ± 0,03%
y pH 6,34 ± 0.01;
●
Suero ácido: lactosa 5,6 ± 0,13%; grasas 0,01 ± 0,01%, proteínas 0,23 ± 0,08%
y pH 4.67±0.
01.
Murari et al. (2017) reportan que la DQO del suero de queso se encuentra entre 50 000
y 80 000 m/L, y que está compuesto por lactosa (4,5%), proteínas solubles (0,6
-
0,8 %,
albuminas y globulinas), grasas (0,01
-
0,03%), minerales (0,5
-
0,8%, fundamentalme
nte
cloruro de sodio y fosfato de calcio) y ácido láctico (0,20
-
0,80%).
En Rochín
-
Medina et al. (2017) se evaluó un suero de queso dulce, obtenido de un
productor local de queso de Sinaloa, México, para producir hidrolizados con actividad
antimicrobiana y
antioxidante utilizando
Bacilus clausii
. Este suero de queso presentó la
composición mostrada en la Tabla 5.
Tabla 5
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Análisis químico y fisicoquímico del suero dulce empleado en Rochín
-
Medina et al.
(2017).
Propiedades
Suero dulce
Proteínas % (m/v)
0,84
±
0,78
Lípidos % (m/v)
0,41
±
0,98
Cenizas % (m/v)
0,58
±
0,85
Lactosa % (m/v)
4,23
±
1,10
pH
6,20
±
0,96
Solidos solubles totales % (m/v)
7,41
±
0,69
Los autores Mabrouki
et al. (2022) señalan la composición química del suero de queso
crudo de Túnez mostrada en la Tabla 6.
Tabla 6
Características químicas del suero de queso crudo de Túnez indicadas por Mabrouki et
al. (2022).
Característica
Valor
DQO (g/L)
68,6
±
3,3
DBO
5
(g/L)
37,71
±
2,84
DQO/DBO
5
1,83
±
0,05
Sólidos suspendidos totales (g/L)
1,35
±
0,06
Lactosa (g/L)
45,9
±
0,88
Proteínas (g/L)
2,71
±
0,05
Sólidos totales (%)
5,93
±
0,38
Sólidos volátiles (%)
5,61
±
0,36
Sólidos minerales (%)
0,31
±
0,00063
Grasa (g/L)
9,439
±
1,14
pH
4,9
±
0,27
Nitrógeno total Kjeldahl (g/L)
1,12
±
0,01
Partículas totales (g/L)
0,5
±
0.0018
En Costa et al. (2020) se evaluó el empleo de un suero suministrado por una industria
láctea brasileña para producir biopigmentos,
el cual presentó la siguiente composición:
lactosa (32,27 g/100g); grasas totales (1,49 g/100 g), proteínas totales (10,59 g/100 g),
y residuo mineral fijo (6,30 g/100 g).
En Antonopoulou et al. (2008) se evaluó el empleo de un suero de queso crudo obtenid
o
de una fábrica de queso de Grecia, para la producción de hidrógeno y posteriormente
de biogás, el cual presentó la composición mostrada en la Tabla 7
Tabla 7
Características del suero de queso usado como sustrato en Antonopoulou et al. (2008).
Característica
Valor
pH
6,0
±
0,1
Sólidos suspendidos totales (g/L)
6,77
±
0,5
Sólidos suspendidos volátiles (g/L)
6,27
±
0,4
DQO total (g/L)
61,0
±
1,5
DQO soluble (g/L)
52
±
3,0
Carbohidratos totales (g/L)
38,0
±
2,1
Carbohidratos solubles (g/L)
36,0
±
1,7
Ácido láctico (g/L)
0,62
±
0,05
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Proteínas totales (g/L)
4,675
Grasa y aceite (g/L)
1,0
±
0,1
Nitrógeno Kjeldahl (g/L)
0,826
Nitrógeno inorgánico (g/L)
0,078
Fósforo total (g/L)
0,24
±
0,02
Alcalinidad total (mg de CaCO
3
/L)
480
±
90
En
El
-
Holi & Al
-
Delaimy, (2020) se utilizó un suero de queso proveniente de una planta
láctea de la Universidad de Jordania como medio de fermentación basal para estudiar
la producción de ácido cítrico. Este suero de queso presentó la siguiente composición
qu
ímica: 4,9% lactosa, 1,0% proteína cruda, 0,5% ceniza, 0,2% grasa, 6,4% sólidos
solubles totales y 93,3% agua.
En Ellis et al. (2014) se evaluó la producción de hidrógeno, etanol y varios ácidos
orgánicos por parte de varias especies de
Clostridium
utiliz
ando suero de queso como
sustrato, el cual fue obtenido de la compañía estadounidense Gossner Foods, y
presentó la siguiente composición química promedio por lote: 1,5% lípidos, 11,0%
proteína y 75,0% carbohidrato.
En Lavari et al. (2017) se evaluaron tre
s subproductos lácteos (suero de queso, suero
de
ricotta
y permeado de suero) en cuanto a su capacidad para producir biomasa de
Lactobacillus paracasei
JP1,
Lactobacillus rhamnosus
64 and
Lactobacillus gasseri
37,
con el fin de darle valor añadido a este r
esidual. Las características físico
-
químicas de
estos tres subproductos se muestran en la Tabla 8.
Tabla 8
Composición y pH de los tres subproductos evaluados en Lavari et al. (2017).
Parámetro
Suero de
ricotta
Permeado de
suero
Suero de queso
Sólidos
totales (% m/v)
5,39
8,92
6,04
Cenizas (% m/v)
0,51
0,97
0,45
Grasa (% m/v)
0,03
,0,2
0,39
Proteínas (% m/v)
0,39
0,46
0,82
Lactosa (% m/v)
4,46
7,47
4,38
pH
5,67
6,10
6,20
En Coelho et al. (2023) se evaluó el uso de suero de queso
porungo
como sustrato para
producir la enzima
β
-
galactosidasa por medio de dos cepas de
Kluyveromyces
marxianus
. En este estudio, el suero de queso
porungo
, el cual fue suministrado por
agricultores de la región suroeste del estado de Sao Paulo, Brasil, fue carac
terizado
químicamente. La Tabla 9 muestra la composición centesimal del suero de queso
porungo
.
Tabla 9
Composición del suero de queso porungo utilizado en Coelho et al. (2023).
Componente
%
Humedad
93,25 ± 0,118
Extracto seco
6,76 ± 0,118
Lípidos
0,30
± 0,000
Proteína
1,09 ± 0,025
Lactosa
4,30 ± 0,026
Ceniza
0,53 ± 0,005
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En Azbar
et al. (2009) se empleó un suero de queso crudo fresco proveniente de una
instalación láctea en Turquía, para evaluar su uso como sustrato en la producción de
hidrógeno mediante la fermentación oscura (
dark fermentation
). Este suero tuvo un pH
de 4,7, así
como también los siguientes parámetros químicos: DQO: 86,3 g/L; azúcares
totales (como lactosa): 42,6 g/L; sólidos suspendidos: 6,9 g/L; y nitrógeno total: 0,2 g/L.
En Moreno et al. (2015) se investigó la factibilidad de un proceso integrado de
producción
de hidrógeno fermentativo (PHF) con celda de electrólisis microbiana (CEM)
para el tratamiento de suero de queso y recuperación de hidrógeno, intentando
identificar la relación óptima de suero de queso/inóculo durante el tratamiento PHF y el
requerimiento
del efluente de la PHF para ser alimentado al postratamiento con CEM.
El suero de queso empleado en este estudio, suministrado por una instalación de
producción de queso de España, fue analizado desde el punto de vista físico
-
químico,
presentando los valo
res mostrados en la Tabla 10.
Tabla 10
Caracterización química del suero de queso utilizado en Moreno et al. (2015).
Parámetro
Valor
Sólidos totales (g/L)
126,8 ± 8,6
Sólidos volátiles (g/L)
116,8 ± 7,8
DQO (g/L)
122,1 ± 5,6
Lactosa (g/L)
103,4 ± 2,1
Materia orgánica (%)
-
Carbono orgánico (%)
-
Acetato (mg/L)
246 ± 57
Lactato (mg/L)
3 016 ± 123
Alcalinidad (mg CaCO
3
/L)
1,8 ± 0,2
pH
4,68 ± 0,04
N
-
NH4 (mg/L)
108 ± 3
N Kjeldahl (mg/L)
1 200 ± 26
Cl
-
(ppm)
981 ± 9
SO
4
2
-
(ppm)
430 ± 15
PO
4
3
-
(ppm)
1 455 ± 89
Na
+
(ppm)
181 ± 19
Ca
2+
(ppm)
1 260 ± 139
Mg
2+
(ppm)
783 ± 68
K
+
(ppm)
525 ± 18
En Soriano
-
Perez
et al. (2012) se utilizó un suero de queso proveniente directamente
del tanque de coagulación de una planta láctea localizada en México, como sustrato
para evaluar la producción de ácido láctico mediante cultivos
batch
de
Lactobacillus
helveticus
. La comp
osición de este suero de queso fue la siguiente: proteína cruda
0,83%; grasa cruda 0,1%; lactosa 5,4%; sólidos totales 7,1%; ceniza 0,7% y humedad
93%, con un pH de 5,9. El suero de queso fue esterilizado en una autoclave a 121 ºC
por 15 min antes de ser u
sado como sustrato en los experimentos de fermentación.
Finalmente, Luongo et al. (2019) investigaron la fermentación de ácido láctico por medio
de un cultivo mixto utilizando suero de queso proveniente de una industria láctea de
Italia. Este suero present
ó la composición química mostrada a continuación (g/L):
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sólidos totales: 47,1
±
2,5; sólidos volátiles: 31
±
2; DQO: 41
±
2; pH: 5,6 y carbohidratos
solubles: 31
±
2.
3.3. Empleo de suero de queso como sustrato en procesos fermentativos
La fermentación es
un proceso relativamente barato en comparación con la síntesis
química, el cual no produce productos con efectos tóxicos los cuales son normalmente
encontrados en los procesos químicos. Se pueden obtener un amplio rango de
productos mediante la fermentació
n del suero de queso, aprovechando
fundamentalmente su elevada concentración de lactosa. Entre estos productos se
pueden mencionar biocombustibles, ácidos orgánicos y bioplásticos con el fin de
reemplazar el petróleo. Adicionalmente, el suero puede ser fer
mentado directamente
para producir nuevos alimentos, varios de ellos con propiedades funcionales promotoras
de la salud (Pescuma et al., 2015).
El uso del suero de queso como sustrato en procesos fermentativos para la producción
de compuestos individuales
, tales como etanol, metano, hidrógeno, entre otros, ha sido
extensamente investigado en los últimos años. La habilidad de diferentes
microorganismos para producir metabolitos usados comúnmente en las industrias
alimenticia y farmacéutica, usando suero de
queso como sustrato de crecimiento, ha
sido también estudiada. Por otro lado, se han formulado nuevos alimentos funcionales
baratos basados en suero, balanceando la elevada calidad nutricional del suero con los
efectos promotores de la salud de los product
os fermentados basados en suero.
El suero de queso es usualmente usado como materia prima para la alimentación animal
o para producir queso
ricotta
, generando otro subproducto que es el suero de queso
secundario (Zotta et al., 2020).
Según Ünver, (2021),
las industrias biotecnológicas, médicas y agroalimenticias
explotan el suero de queso debido a que es una fuente ideal de proteínas funcionales y
péptidos, vitaminas, lípidos, lactosa y minerales.
Para Murari et al. (2017), el suero de queso retiene alre
dedor del 55% de los nutrientes
de la leche, indicando además que solamente una parte del suero de queso generado
industrialmente es usado para producir otros productos tales como suero en polvo,
concentrado de proteína y varias bebidas lácteas. Consecuent
emente, una gran
cantidad de suero producido en el mundo es incorporado aún en las aguas residuales
lácteas, siendo por tanto la principal fuente de contaminación medioambiental generada
por este sector.
Magalhaes
et al. (2011) refiere que la producción de una bebida funcional obtenida a
partir de la fermentación del suero por medio de granos kéfir puede resultar una
alternativa interesante para la utilización de suero de queso. La fermentación del suero
de queso p
or los microorganismos kéfir puede decrecer el alto contenido de lactosa del
suero de queso, produciendo fundamentalmente ácido láctico y otros metabolitos tales
como compuestos de aroma, contribuyendo al sabor y textura e incrementando la
solubilidad del
carbohidrato y dulzor del producto final.
Sarkar et al. (2024) evaluaron la influencia del caudal de sustrato en la producción
continua de biohidrógeno y acido grasos volátiles a partir de la fermentación acidogénica
del suero de queso en un reactor de bio
película tubular.
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Asimismo, Ghaly et al. (2003) emplearon bioreactores por lotes de mezcla continua para
investigar la influencia de varias concentraciones (0, 5, 10 y 15 g/L) de dos nutrientes
(extracto de levadura y lactamina AA) sobre el crecimiento de
Lactobacillus helveticus
ATCC 15009 y la producción de ácido láctico a partir de suero de queso, en donde los
experimentos fueron conducidos bajo un control de pH y temperatura de 5,5 y 42 ºC,
respectivamente.
Lech (2020) indica que, aunque resulta ben
eficioso utilizar suero crudo en la producción
de ácido láctico, existen algunas desventajas que pueden resultar problemáticas y no
rentables. La contaminación microbiológica natural del suero ocurre comúnmente como
resultado de la producción del queso, pe
ro puede ocasionar interrupciones en los
bioreactores con un cultivo puro inmovilizado.
Del mismo modo Carvalheira et al. (2022) utilizaron suero de queso como materia prima
para estudiar la factibilidad de producir polihidroxialcanoato (PHA) con diferent
es
contenidos de hidroxivalerato a través de la manipulación de la composición de la
corriente fermentada acidogénica, así como también llevaron a cabo la caracterización
de las propiedades del PHA para determinar la mejor composición para el
procesamiento
.
También,
Ünver (2021) empleó el suero de queso como sustrato para la producción de
azurina mediante
Pseudomonas aeruginosa
, en donde se analizó también la influencia
del sulfato de cobre (CuSO
4
) y nitrato de potasio (KNO
3
) en la expresión de la azurina
.
En Narala et al. (2022) se evaluaron factores tales como calidad del suero
(concentración de sales, proteínas, pH), volumen del inóculo y tiempo de cultivo con el
objetivo de incrementar la idoneidad del uso de suero de queso ácido como sustrato en
la p
roducción biotecnológica de ácido lactobiónico
mediante
Pseudomonas
taetrolens
DSM 21104.
En El
-
Samragy et al. (1996) se investigó la influencia del pH, metanol y concentración
de sal en la actividad de
Aspergillus niger
CAIM 111 y CAIM 167 durante la producción
de ácido cítrico a partir de suero de queso por la ruta fermentativa.
En Murari et al. (2017) se evaluó el empleo de suero de queso, conteniendo diferentes
concentraciones de lactosa, como sustrato para producir
bioetanol, utilizando para ello
la levadura
Kluyveromyces marxianus
CCT 4086.
En Rochín
-
Medina et al. (2017) se estudió el uso de suero de queso dulce como medio
de cultivo natural para producir hidrolizados con actividad antimicrobiana y antioxidante
uti
lizando
Bacilus clausii
, en un proceso fermentativo que fue llevado a cabo a 25 ºC por
5 días.
Asimismo, Németh & Kaleta, (2015) implementaron un concepto de biorefinería
mediante la simulación de proceso apoyada en la experimentación, en el cual el bajo
contenido de lactosa de un suero de queso ácido es convertido en biomasa de levadura
para la producción de Ergosterol (esto es, pre
-
vitamina D
2
), mientras que el debris
celular de levadura de la sección de Ergosterol es combinado con el ácido láctico
conte
niendo la parte orgánica residual del suero usado para la producción de ácido
propiónico y vitamina B
12
. Para la producción de Ergosterol se seleccionó
Cryptococcus
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albidus
sp.
aerius
NCAIM Y.01319, mientras que para la producción de ácido propiónico
se ut
ilizó
Propionibacterium acidipropionici
DSM20273.
En un estudio pionero, Reddy et al. (1976) desarrollaron un método simple y eficiente
para la producción de un suplemento alimenticio rumiante, rico en proteína cruda, a
partir de la fermentación bacterian
a de suero de queso, en donde la lactosa del suero
no pasteurizado es fermentada para obtener ácido láctico por
Lactobacillus bulgaricus
a una temperatura de 43 ºC y pH de 5,5.
En Costa et al. (2020) se investigó la producción de biopigmentos utilizando
suero de
queso como sustrato mediante
Monascus ruber
CCT 3802.
De la misma manera, en Antonopoulou et al. (2008) se analizó la producción de
hidrógeno y posteriormente de metano a partir de suero de queso crudo a 35 ºC, en
donde el proceso de producción de
hidrógeno fermentativo a partir del suero fue
efectuado en un bioreactor continuo de tanque agitado operando con un bajo tiempo de
retención hidráulico (24 h), mientras que el licor mezclado obtenido en esta etapa fue
posteriormente digerido para obtener
biogás en un reactor
anaerobio
continuo con
deflectores.
Antonelli et al. (2016) evaluaron la producción de biogás mediante la digestión anaerobia
de un suero de queso generado en una pequeña granja láctea ubicada en Brasil, en
donde se empleó aguas resid
uales porcinas como inóculo. La digestión fue efectuada
usando bioreactores
batch
en secuencia con un volumen total de 2,350 mL. El suero
presentó un pH de 6,53 y
sólidos
totales de 59,22 g/L, y fue colectado inmediatamente
después de que saliera del proce
so, a una temperatura de 53 ºC.
En Yang et al. (1992) se desarrolló un proceso de fermentación anaeróbico novel para
producir acetato de magnesio y calcio a partir de suero de queso, empleando un co
-
cultivo consistente de una bacteria homoláctica (
Strepto
coccus lactis
) y una
homoacética (
Clostridium formicoaceticum
ATCC 27076) para convertir la lactosa del
suero en lactato, y luego este en acetato en un bioreactor continuo de células
inmovilizadas.
En Chairunnisa et al. (2019) se determinaron las caracter
ísticas de bebidas de suero de
queso fermentado con la adición de leche de soya en polvo, en donde las propiedades
examinadas fueron concentración de lactosa, bacteria total acido láctica, pH, contenido
de ácido láctico y viscosidad.
El
-
Holi & Al
-
Delaimy,
(2020) evaluaron el empleo de suero de queso para la producción
de ácido cítrico mediante
Aspergillus niger
ATCC9642, aplicando varias
concentraciones de sacarosa, glucosa, fructosa, galactosa, riboflavina, fosfato tricálcico
y metanol en un proceso de cu
ltivo de superficie.
Ellis et al. (2014) demostraron la producción de hidrógeno, etanol, ácido acético, ácido
butírico y ácido láctico mediante varias especies de
Clostridium
usando suero de queso
como sustrato bajo condiciones
anaeróbicas
.
En Lavari et a
l. (2017) se estudió la idoneidad de varios subproductos lácteos (suero de
queso y de
ricotta
, y permeado de suero de queso) para la producción de biomasa de
bacterias ácido lácticas (
Lactobacillus paracasei
JP1,
Lactobacillus
rhamnosus
64 and
Lactobacillu
s
gasseri
37) con potencial probiótico, así como también se investigó la
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capacidad del suero de queso para ser empleado como agente termoprotector durante
el secado por aspersión.
En Rosa et al. (2014) evaluaron la fermentación de glucosa, suero de queso
y la mezcla
de glucosa y suero de queso a partir de dos fuentes de inóculo (lodo proveniente de un
reactor UASB para el tratamiento de aguas residuales porcinas y lodo proveniente de
otro reactor UASB para el tratamiento de aguas residuales provenientes de
un matadero
de aves de corral) con el fin de producir hidrógeno en reactores de lecho fluidizado
anaeróbicos continuos, aplicando un tiempo de retención hidráulico de 6 h y una
concentración de sustrato de 5 g DQO/L.
Asimismo, en Coelho et al. (2023) se
investigó la síntesis de la enzima
β
-
galactosidasa
usando suero de queso
porungo
como sustrato y mediante el empleo de
Kluyveromyces
marxianus
, CCT 4086 y CBS 6556 como biocatalizador. En este estudio se evaluó
diferentes cepas y suplementos de medio de cultivo, pH y temperaturas en aras de
establecer las condiciones óptimas de la producción de la enzima.
Utama
et al. (2024) realizaron un estudio para identificar las nativas
Candida tropicalis
aisladas del suero de queso y su capacidad para obtener péptidos y aminoácidos. Esta
investigación también resaltó el potencial de la fermentación como un método alternati
vo
para valorizar el suero de queso, con el fin de reducir la contaminación ambiental y
beneficiar así la industria alimenticia.
Mazorra
-
Manzano et al. (2020) evaluaron la influencia de la temperatura en la
fermentación espontánea del suero de queso por pa
rte de su microbiota endógena para
producir ácido láctico, y la acción de la actividad proteolítica microbiana en las proteínas
del suero para generar péptidos con actividad inhibitoria de la enzima convertidora de
angiotensina.
Lagoa
-
Costa et al. (2023)
exploraron el uso de suero de queso como sustrato factible
para la selección de un cultivo mixto altamente enriquecido en bacterias almacenadoras
de polihidroxialcanoatos usando un reactor
batch
secuencial bajo un régimen de
alimentación dinámico aeróbico.
Asimismo, en Kolaei et al. (2007) se empleó suero de queso como sustrato para la
producción de biomasa (proteína unicelular) por parte de
Trichosporon
sp., en un
bioreactor de tanque agitado y un bioreactor
airlift
externo.
En Azbar et al. (2009) se inve
stigó la implementación de procesos de fermentación
anaeróbicos continuos para la producción de hidrógeno a partir de suero de queso
usando comunidades microbianas bajo condiciones termofílicas.
En Alam et al. (1988) se estudió la influencia del pH en la
producción de ácido butírico
por la ruta fermentativa mediante
Clostridium beijerinckii
usando suero de queso ácido
obtenido de una industria láctea estadounidense, el cual tuvo una concentración de
lactosa entre 50 y 65 g/L y un pH entre 4,11 y 4,25.
Bel
loso
-
Morales & Hernández
-
Sánchez, (2003) testaron tres tipos de suero de queso
(fresco dulce, fresco ácido y dulce reconstituido) en la elaboración de una bebida
fermentada usando un cultivo
kombucha
como inóculo. El aislamiento e identificación
de las bac
terias y levaduras a partir del té fermentado y sueros fue realizado junto con
el estudio de las tasas de cambio en el consumo de azúcar, producción de ácido y
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decrecimiento del pH. Varias especies de bacterias de ácido acético (
Acetobacter aceti
subsp
. ac
eti
,
Gluconobacter oxydans
subsp.
industrius,
subsp.
oxydans
and
Gluconoacetobacter xylinus
) fueron aisladas de los diferentes
kombucha
, junto con las
levaduras
Saccharomyces cerevisiae
,
Kluyveromyces marxianus
, y
Brettanomyces
bruxelensis
. En todos los ca
sos, los sueros fueron calentados hasta 117 ºC por 15 min,
se dejaron enfriar hasta temperatura ambiente, y se filtraron mediante papel de filtro
Whatman 1 para obtener los fluidos sobrenadantes.
En Nursiwi et al. (2017) se estudió las características de
una bebida de suero de queso
fermentada con diferentes concentraciones de jugo de tomate usando las bacterias
probióticas
Lactobacillus acidophilus
FNCC 0051 y
Lactobacillus plantarum
FNCC 0027,
para escoger la mejor formulación de acuerdo con sus propieda
des sensoriales y
características químicas. El suero de queso empleado en este estudio, el cual fue
obtenido de industrias queseras pequeñas y medianas de Indonesia, fue mezclado con
jugo de tomate y sacarosa, y la mezcla resultante fue pasteurizada a 75 º
C por 30 min,
luego se le agregó metoxilpectina, se enfrió hasta 37 ºC y finalmente se inoculó con los
cultivos de ambas bacterias probióticas.
En Ahmad et al. (2018) se tamizaron cuatro bacterias ácido lácticas aisladas de suero
de queso dulce para la pr
oducción de proteasa extracelular mediante fermentación
sumergida, en donde diferentes parámetros de la fermentación, tales como pH,
temperatura, fuente de carbono y nitrógeno, fueron estudiados para maximizar la
producción de enzima proteasa utilizando su
ero de queso dulce como sustrato.
En Swathi et al. (2015) se evaluó la producción optimizada de ácido láctico a partir de
suero de queso usando
Lactobacillus plantarum
JX183220 bajo fermentación sumergida
y aplicando la metodología de superficie de respue
sta. En este estudio se monitorea la
influencia de diferentes variables de proceso tales como concentración de suero y del
extracto de levadura, tamaño del inóculo y pH del medio para mejorar la conversión de
la lactosa del suero en ácido láctico.
En Ibar
ruri & Hernández, (2019) se consideró el empleo de
Rhizopus oryzae
para
optimizar el tratamiento de subproductos agroindustriales reales (suero de queso y
melaza de naranja) como sustrato para la generación de productos de alto valor
(principalmente biomas
a, proteína fúngica, quitosana pura y ácido fumárico) con una
estrategia global que pudiera identificar las interacciones entre los parámetros de cultivo.
En este estudio, los perfiles aminoácidos de biomasa y los ácidos grasos fueron
analizados para usarl
os como potencial alimento animal.
En Soriano
-
Perez et al. (2012) se evaluó el desempeño y rendimiento de
Lactobacillus
helveticus
en convertir suero de queso en ácido láctico mediante cultivo
batch
, y
determinar también las condiciones óptimas de temperat
ura y pH del medio para
alcanzar las mayores tasas de producción de ácido láctico, así como también la
influencia de la adición de fuentes de nitrógeno sobre esta tasa de producción de ácido
láctico.
En Oliveira et al. (2019) se evaluó el potencial probió
tico de diferentes cepas de
Kluyveromyces lactis
aisladas de queso
Canastra
para producir una bebida de suero de
queso fermentada agregada a jugo de raíz de remolacha.
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Pandey et al. (2019) utilizaron el suero de queso como sustrato complejo para la
prod
ucción de biohidrógeno mediante
Lactobacillus acidophilus
en un reactor
batch
de
2 L de capacidad.
En Luongo et al. (2019) se evaluó la producción de ácido láctico mediante la
fermentación oscura usando suero de queso y mediada por cultivos mixtos. El sue
ro de
queso empleado en este estudio fue inmediatamente congelado a
-
20 ºC después de
ser tomado como muestra para no alterar en lo posible sus características, mientras que
se evaluó el desempeño de la fermentación con dos reactores operando en modo
batch
repetido bajo condiciones controladas de pH y la aplicación de varios tiempos de
retención hidráulicos y condiciones de alimentación en términos de producción de ácido
láctico.
Finalmente
Patel & Parikh
(2016) estudiaron la fermentación del suero de queso para la
producción de ácido láctico usando bacterias
Lactobacillus
aisladas de muestras de
dulce de leche y el suero de leche obtenidas de vendedores de productos lácteos locales
de Gujarat, India.
3.4.
Pretratamiento del suero antes de ser empleado como sustrato en fermentaciones
El manejo y valorización del suero de queso y el suero de queso secundario están
basados principalmente en los tratamientos fisicoquímicos o biológicos. Los procesos
fisicoquím
icos (esto es precipitación de proteína y separación por membrana) son útiles
para producir polvo de suero, concentrado de proteína de suero, aislado de proteína de
suero, permeado de suero, lactosa y minerales. Los tratamientos biológicos, por su
parte, i
nvolucran la conversión microbiana de lactosa presente en el suero de queso, el
suero de queso secundario o el permeado de suero, en ácido orgánicos, bioalcoholes,
gases invernaderos (p. ej. hidrógeno, metano) y bioplásticos (Zotta et al., 2020).
Lo anter
ior también es indicado por Remón et al. (2016), en donde se reporta que existen
dos opciones normalmente consideradas en la actualidad para el manejo del suero de
queso. La primera es la aplicación de tecnologías de filtración y tratamientos
fisicoquímico
s tales como coagulación
-
filtración. Estas tecnologías tienen como
finalidad recuperar los compuestos más valiosos del suero tales como proteínas y
lactosa. Las membranas de ultrafiltración pueden ser empleadas para separar las
proteínas y la ósmosis inver
sa para incrementar la concentración de lactosa para facilitar
la evaporación del agua y la posterior cristalización de la lactosa. Los tratamientos
fisicoquímicos incluyen la precipitación isoeléctrica y térmica, así como también la
precipitación de prote
ína con agentes coagulantes/floculantes. La segunda opción
consiste en la aplicación de tratamientos biológicos sin valorización, tales como la
digestión aerobia, y con valorización tales como la digestión anaerobia, hidrólisis de
lactosa y fermentación pa
ra la producción de hidrógeno y metanol. La fermentación del
suero de queso incluye la producción de etanol, ácido láctico e hidrógeno.
Osorio
-
González et al. (2022) explican que se han estudiado varias tecnologías para
tratar el suero de queso con el
objetivo principal de decrecer su carga orgánica. La
Figura 5 muestra los procesos convencionales implementados para tratar el suero de
queso.
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Figura 5
Procesos convencionales para tratar el suero de queso.
Fuente:
Adaptado de Osorio
-
González et al. (2022)
Los tratamientos físicos del suero de queso se han enfocado usualmente en tecnologías
de membrana tales como diafiltración microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración,
electrodiálisis y ósmosis inversa. Esta
s tecnologías se emplean para recobrar y remover
específicamente la lactosa y proteínas. El tratamiento del suero de queso mediante
procesos químicos consiste del empleo de catalizadores químicos para convertir la
lactosa en diferentes isómeros de azúcar t
ales como galactosa y glucosa. Los procesos
fisicoquímicos están enfocados en el uso de coagulantes y floculantes tales como sulfato
de aluminio [Al(SO
4
)
3
], cloruro férrico (FeCl
3
) y sulfato ferroso (FeSO
4
). Finalmente, los
procesos biológicos para tratar
el suero de queso están basados fundamentalmente en
la fermentación aerobia y anaerobia. El uso de estas alternativas constituye el proceso
en base biológica más confiable en términos de transformación/eliminación del suero de
queso (Osorio
-
González et al.
, 2022).
En Ghaly et al. (2003) se empleó un suero de queso para estudiar la producción de ácido
láctico por medio de
Lactobacillus helveticus
, en donde el suero colectado en la industria
láctea fue almacenado en frío a
-
25 ºC para minimizar la degradació
n microbiana y
enzimática. El proceso de pretratamiento (pasteurización) de este suero de queso
involucra el calentamiento del suero de queso a 70 ºC por 45 min, seguido de su
enfriamiento súbito en baño de hielo hasta 0 ºC por 30 min, y luego se mantuvo a
temperatura ambiente (20 ºC) por 24 horas para que germinen las esporas. El proceso
de alternar calentamiento y enfriamiento fue repetido tres veces, en donde no se
observaron microbios bajo el microscopio. Esta técnica fue aplicada para evitar la
desnatu
ralización de la proteína bajo las altas temperaturas de la autoclave.
En
Ünver (2021) se evaluó el empleo de suero de queso como sustrato para producir
azurina por la ruta fermentativa mediante el empleo de
Pseudomonas aeruginosa
ATCC9027. Este suero f
ue esterilizado en autoclave a 121 ºC por 15 min, y después de
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haber sido mantenido a 4 ºC en la noche, se empleó el suero amarillo como medio de
producción.
En Narala et al. (2022) se estudió el uso de tanto suero ácido como suero dulce
concentrado para
producir ácido lactobiónico por la ruta fermentativa, en donde las
muestras fueron preparadas mezclando el suero ácido con el suero dulce concentrado
en una proporción de 50:50, 60:40; 70:30 y 80:20, respectivamente. El pH de las
muestras fue ajustado hast
a 6,5 añadiendo NaOH 6M, y la muestra resultante fue
pasteurizada a 72 ºC por 15 s.
En Arias et al. (2021) se evaluó la factibilidad económica e impacto medioambiental de
la coproducción biotecnológica de nisina y ácido láctico a partir de tres corrientes
de
residuales asociadas con la industria alimenticia: suero de queso, pulpa de azúcar de
remolacha y tallo de maíz triturado. En este estudio se empleó el simulador de procesos
SuperPro Designer
como herramienta para desarrollar las alternativas de proce
so con
enfoque industrial y como etapa temprana del diseño conceptual. Estos autores indican
que el suero de queso requiere el pretratamiento más simple, consistente en una etapa
de calentamiento (esterilización a 121 ºC por 15 min) y remoción de las prote
ínas y
grasas (centrifugación a 12 000xG por 15 min). De esta manera, se evita la interferencia
de la precipitación de la proteína durante la fase de acidificación, la cual se atribuye a la
formación de ácido láctico, lo cual permite una medición más exact
a de la cantidad de
biomasa formada durante el proceso. Por último, se sugiere suplementar el suero de
queso con nutrientes adicionales tales como extracto de levadura, citrato de hidrógeno
di
-
amonio y peptona bacteriana, en caso de ser usado como fuente d
e carbono en
fermentaciones.
En Murari et al. (2017) se estudió el empleo de suero de queso como sustrato para
producir bioetanol, el cual fue obtenido en una industria láctea brasileña después de
preparar el queso Fresh Minas. Este suero fue filtrado usa
ndo una bomba de vacío,
luego esterilizado en autoclave a 121 ºC por 10 min, y posteriormente almacenado a 4
ºC hasta su uso en las fermentaciones.
En Sarenkova et al. (2021) se evaluó el uso de suero tanto ácido como dulce para
producir ácido lactobiónic
o por la ruta fermentativa, en donde ambos sueros fueron
obtenidos de dos empresas lácteas de España. A los dos sueros se le aplicó el siguiente
pretratamiento antes de ser empleados como sustrato en las fermentaciones:
pasteurización (90 ºC por 30 min), f
iltración mediante estopilla, y finalmente
microfiltración mediante un dispositivo de microfiltración tangencial equipado con una
membrana de difluoruro de poli
-
vinilideno de 0,22
µ
m.
En Chairunnisa
et al. (2019) se determinaron las características químicas y
microbiológicas de bebidas de suero de queso fermentado las cuales fueron
suplementadas con leche de soya en polvo. En este estudio, el suero de queso líquido
(con 2,27% de proteína y 3,27% de l
actosa) fue precalentado hasta 60 ºC, para luego
añadir polvo de suero Melilea (22% de proteína, 12% de lípidos y 60% de carbohidratos)
en varias concentraciones. Luego, 5% (m/v) de leche descremada en polvo fue
agregada bajo agitación y la mezcla resultan
te fue calentada hasta 90
-
95 ºC por 5 min,
luego enfriada hasta 37 ºC y a continuación un cultivo iniciador de yogurt, compuesto
por
L. bulgaricus
,
S. thermophilus
y
L. acidophilus
con relación 1:1:1 a una concentración
de 5% (v/v) fue inoculado a la mezcl
a y puesto a incubar a 37 ºC por 16 h. Las bebidas
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de suero de queso fermentadas fueron almacenadas en un refrigerador a 3
-
5 ºC por 24
h.
En Kolaei et al. (2007) se evaluó el empleo de suero de queso para la producción de
proteína unicelular (biomasa) med
iante
Trichosporon
sp., en dos tipos de bioreactores,
uno de tanque agitado y otro del tipo
airlift
externo. En este estudio, al suero de queso
fresco se le ajustó el pH hasta 4,5 y luego se puso en ebullición a 100 ºC por 15 min,
para entonces enfriar y s
eparar las proteínas desnaturalizadas mediante filtración. Para
remover las proteínas más pequeñas, se llevó a cabo la ultrafiltración. El suero de queso
resultante tenía un color verde amarillento y fue almacenado a 4 ºC hasta su uso en las
fermentaciones
. Posteriormente, se le agregó sulfato de amonio como fuente de
nitrógeno, el valor de pH fue ajustado hasta 3,5 y finalmente se esterilizó en autoclave
a 121 ºC por 15 min.
En Azbar et al. (2009) se evaluó el uso de un suero de queso fresco crudo proveni
ente
de una instalación láctea de Turquía como sustrato para la producción de biohidrógeno,
el cual fue mantenido a 4 ºC hasta su uso. Estos autores indican que debido a que las
bacteriocinas excretadas por las bacterias ácido lácticas (p. ej.
Lactobacillu
s paracasei
)
pueden inhibir la producción de hidrógeno, el suero de queso fresco crudo colectado en
este estudio fue sujeto a un tratamiento térmico a 105 ºC por 5 min para eliminar las
bacterias ácido lácticas. Luego, la DQO del material de alimentación f
ue diluida con agua
destilada de acuerdo con la tasa de carga orgánica requerida en el bioreactor, así como
también fue suplementada con diferentes nutrientes para suministrar los elementos
traza esenciales para producir el biohidrógeno por el consorcio mi
crobiano.
En Ahmad et al. (2018) se empleó suero de queso dulce como medio de fermentación
para estudiar la producción de proteasa extracelular. Este suero presentó un pH de 6,3
y 4,3% de lactosa, en donde las proteínas del suero fueron precipitadas aplica
ndo la
termocoagulación bajo condiciones ácidas. Las proteínas precipitadas fueron separadas
mediante técnicas de filtración (tela y papel de filtro Whatman No. 1). El sobrenadante
fue llamado como suero puro y usado como medio de fermentación después de s
u
esterilización a 121 ºC por 20 min. Una vez enfriado, este suero estéril fue inoculado
con 5% de las bacterias bajo condiciones asépticas y puesto a fermentar bajo los
diferentes períodos de incubación (12, 24, 36 y 48 h), condiciones de pH (5.0; 5,5; 6,
0 y
6,5) y temperaturas (30, 37, 40 y 45 ºC).
En Swathi et al. (2015) se evaluó el uso de suero de queso como sustrato para la
producción de ácido láctico por parte de
Lactobacillus plantarum
JX183220, en donde
primeramente se calentó el suero a 90 ºC por
20 min para precipitar las proteínas. Las
proteínas precipitadas fueron removidas mediante centrifugación a 4 000 rpm por 15
min. Al sobrenadante clarificado obtenido después de la centrifugación se le agregó
extracto de levadura y MnSO
4
, para luego esterilizar el medio, enfriarlo e inocular con el
cultivo de
L. plantarum
JX183220.
En Oliveira et al. (2019) se experimentó el empleo de suero de queso para evaluar el
potencial probiótico de diferentes cepas de
Kluyveromyces lactis
aisladas
de queso
Canastra
para producir una bebida de suero de queso fermentada agregada al jugo de
raíz de remolacha. En este estudio se utilizó un suero tanto concentrado como no
concentrado, en donde la concentración del suero de queso fue realizada mediante
n
anofiltración en una planta láctea, mientras que el suero de queso no concentrado fue
colectado después de la separación de la masa del queso en el proceso de producción
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de una planta piloto láctea de la Universidad de Lavras, Brasil. El suero de queso fue
pasteurizado usando vapor directo en una autoclave por 7 min antes de su uso como
sustrato en las fermentaciones.
En
Patel & Parikh (2016) se estudió el potencial de bacterias ácido lácticas para producir
ácido láctico usando suero de queso suplementado
con diferentes componentes. En
este estudio, se agregó lactato de calcio al suero de queso bajo condiciones de
ebullición para separar la porción de proteína de la leche, mientras que las proteínas
coaguladas fueron separadas del suero de queso mediante u
na técnica de filtración.
3.5. Aplicación de otras tecnologías para valorizar el suero de queso
Según Remón et al. (2016) la reformación en fase acuosa es un proceso catalítico
relativamente nuevo llevado a cabo a temperaturas algo bajas (200
-
240 ºC) y pre
siones
moderadas (30
-
50 bar), durante el cual varias reacciones químicas líquido
-
gas
-
sólido
tienen lugar. Este proceso permite la producción simultánea de diferentes compuestos
químicos (gases y líquidos) a partir de un alimento orgánico. El gas producido
en este
proceso tiene un alto contenido de hidrógeno, mientras que la fase líquida es una mezcla
compleja de diferentes compuestos orgánicos en agua tales como alcoholes, cetonas,
ácidos, ésteres, aldehídos, fenoles, anhidro
-
azúcares y otros compuestos oxi
genados
con una composición diferente en dependencia de las condiciones operacionales del
proceso y la naturaleza del alimentado. De esta manera, la reformación en fase acuosa
puede ser ajustada ya sea para la producción de gases, ayudando a reducir la DQO
y
DBO del alimentado, o para la producción de líquidos valiosos que pueden emplearse
como moléculas plataforma iniciadoras para otros procesos.
Por su parte, la reformación catalítica de vapor de agua es uno de los procesos más
ampliamente usados para la
generación de gas de síntesis rico en hidrógeno a partir de
compuestos orgánicos. Este proceso catalítico, el cual se lleva a cabo a presión
atmosférica y a temperaturas moderadas (400
-
700 ºC), permite convertir la materia
orgánica del suero de queso en u
n gas con un elevado contenido de hidrógeno (hasta
70% vol.) el cual tiene muchas aplicaciones diferentes posteriores. En adición, puede
decrecer el contenido de carbono de la materia prima original hasta niveles apropiados
para su ulterior vertimiento hac
ia el medio ambiente (Remón et al., 2016).
En Remón et al. (2016) se evaluó, tanto desde el punto de vista teórico como
experimental, la reformación catalítica de vapor de agua de la lactosa, el principal
constituyente orgánico del suero de queso, para
producir una corriente gaseosa rica en
hidrógeno en un reactor de lecho fijo usando un catalizador basado en níquel, con el fin
de valorizar los efluentes de suero de queso y/o soluciones de lactosa. Según estos
autores, para valorar el suero de queso en e
ste estudio no solo es importante producir
un gas rico en hidrógeno a partir de este residuo, sino que tiene que generar una
corriente líquida libre de carbono que pueda ser descargada hacia el medioambiente.
En Remón et al. (2016) se analizó la valorizac
ión mediante la reformación catalítica al
vapor de agua y la reformación en fase acuosa del suero de queso resultante de la
producción de queso fresco de leche de vaca, con el fin de producir hidrógeno. El suero
de queso empleado en este estudio fue sumini
strado por una industria láctea de España,
y fue tratado mediante una filtración al vacío inicial y la centrifugación subsiguiente para
reducir la cantidad de proteínas y grasas. La Tabla 11 describe la composición química
del suero de queso crudo y filtra
do utilizado en este estudio.
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Tabla 11
Composición química del suero de queso crudo y filtrado evaluado en Remón et al.
(2016).
Parámetro
Suero de queso
Suero de queso
filtrado
Composición
Compuestos orgánicos (% m.)
10,49 ± 0,22
10,08 ± 0,25
Lactosa (%
m.)
4,71 ± 0,11
5,44 ± 0,13
Ácido acético (% m.)
1,37 ± 0,04
1,58 ± 0,04
Ácido fórmico (% m.)
0,68 ± 0,02
0,79 ± 0,02
Ácido sórbico (% m.)
1,81 ± 0,02
0,93 ± 0,03
2
-
propanamina (% m.)
1,17 ± 0,03
0,02 ± 0,03
Agua (% m.)
90,74 ± 1,08
89,38 ± 1,28
Cenizas (% m.)
0,522 ± 0,0004
0,542 ± 0,0004
Análisis detallado
C (% m.)
2,73 ± 0,04
2,15 ± 0,04
H (% m.)
8,97 ± 0,18
9,05 ± 0,16
O (% m.)
87,94 ± 0,23
88,76 ± 0,18
N (% m.)
0,36 ± 0,13
0,06 ± 0,13
Carbono orgánico total (ppm)
29 337 ± 512
24 970 ±
432
Propiedades físicas
pH
7,13 ± 0,02
7,10 ± 0,05
Densidad (g/mL)
1,010 ± 0,001
1,010 ± 0,001
De acuerdo con Rito
-
Palomares & Hernandez
, (1998), un proceso de purificación de
proteína de sistema de dos fases acuoso de dos etapas está caracterizado por la etapa
de primera extracción en la cual las partículas (células o debris celular) y contaminantes
(p. ej. ARN, carbohidratos, lípidos) de
l extracto biológico son eliminados en la fase del
fondo. Esta etapa de extracción genera una fase del tope enriquecida con la fracción de
proteína soluble objetivo. La alta concentración de polietilenglicol en la fase del tope
compromete el valor del prod
ucto y presenta problemas prácticos en el manejo de esa
fase tan viscosa. Consecuentemente, en la segunda etapa de extracción la proteína es
segmentada en un ambiente más adecuado (fase rica en sal del fondo), lo cual permite
el reúso de la fase del tope r
ica en polímero.
En
Rito
-
Palomares & Hernandez (1998) se seleccionó un proceso de dos etapas para
el recobrado de proteínas a partir de suero de queso usando polietilenglicol de masa
molecular nominal de 1 000 Da y sal fosfato, como un modelo práctico p
ara lograr los
objetivos del estudio. También se caracterizaron algunos problemas usualmente
encontrados en la aplicación del sistema de dos fases acuoso para el recobrado de las
proteínas, entre los cuales se pueden mencionar el diseño práctico de las eta
pas de
extracción y el impacto de los métodos combinados del sistema de dos fases acuoso y
la suspensión biológica en el rendimiento y desempeño del proceso.
3.6. Producción de compuestos químicos utilizando derivados del suero de queso
3.6.1. Suero de que
so en polvo
Según refiere Das et al. (2017) el empleo de suero de leche en polvo, el cual es una
forma seca y concentrada del suero de queso, para la producción de etanol, tiene
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ventajas significativas tales como la eliminación de procesos de ultrafiltraci
ón costosos,
volumen compacto, transporte fácil, estabilidad a largo plazo y elevada concentración
de lactosa y otros nutrientes (nitrógeno y fosfato), lo cual rinde elevada concentraciones
de etanol, convirtiendo el proceso de fermentación más factible de
sde el punto de vista
económico. Además, el costo de producción del suero de queso en polvo a partir de
suero de queso es mucho menor que el costo de destilación para la separación de etanol
a partir de suero de caseína diluida.
Ozmihci & Kargi (2007) i
ndica que la utilización de suero de queso en polvo en lugar del
suero de queso crudo elimina la implementación de procesos de ultrafiltración costosos
y suministra una fuente concentrada de lactosa y otros nutrientes para mejorar la
factibilidad económica
de la fermentación de etanol.
Para Kargi et al. (2012) el elevado contenido de proteína del suero de queso en polvo
es usualmente un problema en las fermentaciones anaeróbicas debido a su elevado
contenido de nitrógeno.
En Das et al. (2017) se estudió l
a producción de etanol empleando
Kluyveromyces
marxianus
NCIM 3217 usando soluciones de suero de queso en polvo desproteinizadas
como sustrato, con el objetivo de optimizar los parámetros físicos de la fermentación
batch
tales como temperatura y pH, invest
igar la influencia de varias concentraciones
de lactosa iniciales (150, 200 y 250 g/L) en la producción de etanol, y analizar los
parámetros cinéticos y estequiométricos bajo condiciones de temperatura y pH
optimizadas, para comprender mejor el proceso de
fermentación de etanol. En este
estudio, la solución de alimentación de suero de queso en polvo fue desproteinizada
mediante tratamiento térmico a 115 ºC por 15 min. A continuación, los precipitados
fueron removidos por centrifugación a 11 000 rpm (13 000x
G) por 15 min a 10 ºC, y los
sobrenadantes obtenidos fueron esterilizados en autoclave a 121 ºC por 20 min y
entonces usados como medio de fermentación.
Chen
-
Jen Wang et al.
(1987) emplearon suero de queso en polvo, obtenido mediante
secado por atomizació
n, como sustrato principal para estudiar la producción de etanol
por la ruta fermentativa empleando
Kluyveromyces marxianus
CBS 397, aplicando
condiciones anaeróbicas a un pH de 4,5, temperatura de 30 ºC y velocidad de agitación
de 500 rpm. En este estudio
las soluciones de suero en polvo fueron suplementadas
con glucosa, galactosa y lactosa hasta alcanzar los niveles deseados, y luego fueron
desproteinizadas.
En Magalhães et al. (2010) se caracterizó la estructura y microbiota de granos de kéfir
brasileño
y las bebidas obtenidas a partir de la leche de vaca y de suero entero y
desproteinizado usando técnicas moleculares y microscópicas. En este estudio, el suero
de queso en polvo fue obtenido mediante una industria láctea de Portugal, el cual fue
disuelto
en agua destilada estéril hasta lograr la concentración de lactosa deseada,
obteniendo una solución de suero de queso. Por otro lado, el suero de queso
desproteinizado fue obtenido mediante la esterilización en autoclave a 115 ºC por 10
min de la solución
de suero de queso, seguido de la centrifugación aséptica a 2 220xG
por 20 min) para remover impurezas y la crema.
En Magalhaes
et al. (2011) emplearon suero de queso en polvo para evaluar el uso de
granos de kéfir como cultivo iniciador para obtener bebidas de kéfir de leche tradicional
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y para la producción de bebidas basadas en suero de queso. En este estudio, el suero
de queso
en polvo fue obtenido de una industria láctea de Portugal, y fue disuelto en
agua destilada estéril hasta alcanzar la concentración de lactosa deseada.
Farkas et al. (2019) testean ocho cepas de levadura (
Lachancea thermotolerans
Y00702, Y00715, Y00775, Y
00798, Y00873, Y00959;
Kluyveromyces marxianus
Y00963 y
Kluyveromyces waltii
Y01184) para la producción de etanol utilizando suero
de queso en polvo obtenido de una industria láctea de Hungría. Este suero de queso en
polvo contenía alrededor de 76% (m/v) d
e carbohidratos (lactosa); 11% (m/v) proteínas;
23% (m/v) sales; y 15% (m/v) de lípidos. En este estudio, diferentes cantidades de suero
de queso en polvo fueron pesados en frascos Erlenmeyer de 500 mL y disueltos en 150
mL de agua de grifo. Luego, el pH d
e las soluciones fue ajustado hasta 4,2
±
0,2
mediante ácido clorhídrico 0,1 N, y luego suplementado con estiércol químico (Uvavital,
25
-
30 g/hL) antes de iniciar la fermentación alcohólica. Finalmente, dos estrategias de
fermentación fueron aplicadas, est
o es,
batch
y semicontinua (
fed
-
batch
).
Asimismo, Blanco et al. (2019) investigaron el potencial de producción de hidrógeno
mediante fermentación oscura a partir de suero de queso en polvo en un reactor de
lecho estructurado anaeróbico acidogénico, el
cual fue operado a 25 ºC con una tasa de
carga orgánica de 24 kg DQO/m
3
.d y un tiempo de retención hidráulico de 24 h. El suero
de queso en polvo deshidratado utilizado en este estudio fue adquirido de una empresa
láctea de Brasil, y tuvo la siguiente comp
osición (m/m): carbohidratos (76,5%), proteínas
(13,3%), lípidos (1,0%), sodio (1,1%), otros minerales (7,6%). Este suero de queso en
polvo fue reconstituido para rendir valores variables de la DQO de acuerdo con la tasa
de carga orgánica, y fue suplementa
do con 0,5 g de NaHCO
3
por g de DQO como agente
de tampón de pH.
Otros
autores como Cota
-
Navarro et al. (2011) estudiaron la producción continua de
hidrógeno y metano en un sistema de dos etapas utilizando suero de queso en polvo
como sustrato, en donde s
e empleó un reactor continuo de tanque agitado para la
fermentación oscura, mientras que se utilizó un reactor anaeróbico de lecho de lodo
para la metanogénesis. El suero de queso en polvo empleado como sustrato en este
estudio fue adquirido por la compañí
a estadounidense Gossner Foods Inc., el cual
presentó un contenido de lactosa soluble de 79% y de proteína de 12%.
En Cunha et al. (2021) se empleó suero de queso en polvo suministrado por una
compañía láctea de Portugal con el fin de evaluar su uso como s
ustrato, junto con
mazorca de maíz, para la producción de bioetanol mediante una cepa de
Saccharomyces cerevisiae
, usando además bajas cantidades de celulasa comercial.
Este suero de queso en polvo presentó la siguiente composición por cada 100 g de peso
s
eco: proteína (12
±
0,95 g), ceniza (< 1 g) y lactosa (72
±
2,22 g).
En Davila
-
Vazquez et al. (2008) se estudió la cinética de producción de biohidrógeno
usando una población mixta enriquecida (lodo granular anaeróbico), evaluando el
empleo de glucosa, lac
tosa o suero de queso en polvo como sustratos de carbono en
experimentos
batch
. El contenido de lactosa del suero de queso en polvo empleado en
este estudio fue de 77%, con un 11% (m/m) de proteína.
En Domingos et al. (2018) se verificó la factibilidad de
producir polihidroxialcanoatos
(PHA) a altas concentraciones a partir de ácidos carboxílicos obtenidos mediante la
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fermentación anaeróbica de suero de queso en polvo diluido en agua, en donde se
propuso una etapa de electrodiálisis para obtener una corrie
nte acídica concentrada,
adecuada para ser empleada como solución de alimentación en el sistema de cultivo
fed
-
batch
para la producción de los PHA. El suero en polvo utilizado en este estudio fue
suministrado por Terra Nostra, Portugal, y estuvo compuesto
por (% m/m): lactosa
(79,3), proteínas (9,1) y grasas (0,7). La solución de alimentación fue preparada
disolviendo el suero de queso en polvo en agua destilada hasta una concentración
equivalente de 25 g/L de lactosa.
En Kaya et al. (2024) se evaluó exhau
stivamente la utilización de dos técnicas de
fermentación (fermentación en estado sólido y fermentación sumergida) para producir
biomasa fúngica a partir de suero de queso en polvo, empleando
Aspergillus oryzae
,
Rhizopus oryzae
, y
Neurospora intermedia
par
a la producción sostenible de alimentos.
El suero de queso en polvo empleado como sustrato en este estudio fue adquirido en
una industria quesera de Turquía, y presentó la composición química mostrada en la
Tabla 12.
Tabla 12
Caracterización del suero de queso en polvo usando en Kaya et al. (2024).
Parámetro
Valor
pH
6,45 ± 0,01
Contenido humedad (%)
1,83 ± 0,02
Sólidos totales (g/kg)
981,72 ± 0,21
Sólidos volátiles (g/kg)
889,44 ± 0,81
Ceniza (g/kg)
72,11 ± 0,48
Proteína
cruda (g/kg)
78,65 ± 1,48
Nitrógeno total (g/kg)
12,58 ± 0,24
Lactosa (%)
86,32 ± 1,00
Ozmihci & Kargi
(2007) testear la idoneidad de una solución de suero de queso en polvo
para la fermentación de etanol y comparar los rendimientos de diferentes cepas de
Kluyveromyces marxianus
para producir etanol mediante la ruta fermentativa utilizando
la solución de suero de queso en polvo. En este estudio, las composiciones del suero
de queso (SQ) y de la solución de suero de queso en polvo (SQP) fueron determinadas,
las cuales se muestran
en la Tabla 13.
Tabla 13
Composición del
suero de queso y la solución de suero de queso en polvo (suero de
queso = 100 g/L) determinadas en Ozmihci & Kargi, (2007).
g/L
AT
TDQO
SDQO
CTO
CTOS
Prot
NT
PO
4
Grasa
pH
SQ
28
59,8
42,26
28,85
21,6
9
1,58
1,28
0,545
4,4
SQP
49
114
88
39
33
20
0,33
0,615
2,6
6,2
AT
–
Azúcar total; TDQO
–
Demanda Química de Oxígeno Total; SDQO
–
Demanda
Química de Oxígeno Soluble; CTO
–
Carbono Total Orgánico; CTOS
–
Carbono Total
Orgánico Soluble; Prot
–
Proteína; NT
–
Nitrógeno Total; PO
4
–
Fosfato
-
fósforo.
Los frascos de Erlenmeyer (500 mL) fueron cargados con 180 mL de agua desionizada
conteniendo 140 g/L de SQP (50 g/L de azúcar total) y 200 mg/L de tioglicolato de sodio
como agente reductor. Despu
és del ajuste de pH hasta 5,0 con H
2
SO
4
diluido, los
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frascos fueron esterilizados a 121 ºC por 15 min, enfriados y finalmente inoculados con
20 mL de cultivo puro de las diferentes cepas de
K. marxianus
.
En Dragone et al. (2011) emplearon un suero de ques
o en polvo desproteinizado
suministrado por una empresa láctea de Portugal como medio de fermentación para la
producción de etanol mediante el microorganismo
Kluyveromyces fragilis
, cuya
composición química fue la siguiente (m/m): > 73% lactosa, 12% proteí
nas, 1,5% lípidos
y < 5% humedad. Para ser empleado como medio de fermentación, se prepararon
soluciones de suero de queso en polvo con diferentes concentraciones iniciales de
lactosa, su pH ajustado hasta 5 mediante la adición de ácido cítrico 1 kmol/m
3
,
y
desproteinizado mediante tratamiento térmico a 115 ºC por 15 min. Los precipitados
fueron removidos por centrifugación a 5 600xG y 10 ºC por 15 min, y los sobrenadantes
fueron empleados como medio de fermentación.
En
Kargi & Ozmihci (2006) se emplearo
n soluciones de suero de queso en polvo,
proveniente de una industria láctea de Turquía, para estudiar la producción de etanol
mediante
Kluyveromyces marxianus
NRRL
-
1195 en experimentos por lotes. También
se evaluó la influencia del pH inicial, concentraci
ón del suero de queso en polvo, y
suplementación de nutrientes externos (nitrógeno y fosforo) en la tasa y extensión de
formación del etanol. El suero de queso en polvo empleado en este estudio presentó
una composición química de 51% de azúcares totales, 1
9% proteínas totales, 2,6%
grasas, 3% de nitrógeno total y 0,96% de fósforo total en base de peso seco.
En Kargi et al. (2012) se investigó la producción de hidrógeno a partir de suero de queso
en polvo mediante la fermentación oscura termofílica a 55 ºC.
Este suero de queso en
polvo fue obtenido de una industria láctea de Turquía, el cual presentó la siguiente
composición para una solución típica con 10 g/L de suero de queso en polvo: 5,1 g/L de
azúcar total, 11,4 g/L de DQO total, 0,3 g/L de nitrógeno tot
al, 0,1 g/L de fósforo total;
9,9 g/L de sólidos totales y 1,9 g/L de proteína total. En este estudio la solución
concentrada de suero de queso en polvo fue desproteinizada mediante su esterilización
en autoclave a 121 ºC por 15 min, donde la mayoría de la
s proteínas se precipitaron. La
solución de suero de queso en polvo esterilizada fue filtrada para remover los sólidos,
en donde la mayoría son proteínas, y el sobrenadante obtenido fue utilizado en los
experimentos después de la dilución adecuada para obt
ener 5
-
30 g/L de
concentraciones de azúcar total en las botellas experimentales.
En Debowski et al. (2014) se examinó la efectividad de la producción de biohidrógeno a
partir de suero de queso en polvo usando diferentes grupos de bacterias anaeróbicas
psi
crofílicas representando la clase
Gammaproteobacteria
-
Rahnella aquatilis
(9 cepas)
y
Firmicutes
phylum
:
Carnobacterium maltaromaticum
,
Trichococcus collinsii
y
Clostridium algidixylanolyticum
. El suero de queso en polvo fue diluido en agua para
obtener una solución de suero en polvo, el cual fue pasteurizado en una autoclave antes
de ser introducido en los respirómetros anaeróbicos. La Tabla 14 presenta las
características físico
-
químicas de l
a solución de suero usada en estos experimentos.
Tabla 14
Características físico
-
químicas de la solución de suero usada como sustrato en
Debowski et al. (2014).
Parámetro
Unidad
Valor medio
±
Desviación
estándar
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DQO
Mg O
2
/L
10 150,3
320,9
DBO
5
Mg O
2
/L
8
070,5
294,2
N
total
Mg N/L
419,8
41,5
P
total
Mg P/L
82,7
17,1
pH
7,11
0,28
En Longhi et al. (2004) se presentó un modelo cinético no estructurado multi
-
ruta para
la determinación del crecimiento microbiano y consumo de sustrato en un bioreactor
batch
experimental en el cual se produce
β
-
galactosidasa mediante
Kluyveromyces
marxianus
CBS 6556 creciendo sobre suero de queso dulce en polvo obtenido de una
industria láctea de Brasil. El suero de queso dulce en polvo presentó la siguiente
composición: lactosa: 71,0 g/L; proteína: 11,0 g/L; grasa: 0,7 g/L; agua: 3,0 g/L; ceniza:
7,2 g/L, m
ientras que el pH fue mantenido en 5,5. Para evitar la precipitación de las
proteínas durante el proceso de esterilización (121 ºC, 15 min) las proteínas del suero
de queso fueron hidrolizadas con una proteasa comercial (Alcalasa) a un pH de 8,5 y 55
ºC po
r 3 h.
En
Mendonça & Venancio (2005) se estudió la distribución de la aflatoxina M
1
a través
del retenido y permeado cuando se efectúa la ultrafiltración del suero. En este caso, el
permeado de la ultrafiltración contiene principalmente constituyentes d
e bajo peso
molecular, tales como lactosa, ácidos y ceniza, mientras que el retenido contiene
fundamentalmente proteínas. En este estudio se empleó suero de queso en polvo
producido a partir de suero de queso dulce desgrasado obtenido mediante secado por
a
spersión.
En Altiok et al. (2006) se estudió la cinética de crecimiento de biomasa, producción de
ácido láctico y utilización de lactosa a partir de suero de queso en polvo mediante
Lactobacillus casei
NRRL B
-
441 aplicando experimentos de fermentaciones
b
atch
bajo
pH y temperatura controladas y con seis concentraciones diferentes de lactosa en el
suero (9
-
77 g/dm
3
). En este trabajo, el suero en polvo conteniendo aproximadamente
70% de lactosa y 11,5% de proteína, el cual fue suministrado por una empresa lá
ctea
de Turquía, fue empleado como fuente de carbono, en donde fue disuelto en agua para
lograr la concentración de sustrato inicial deseada. Antes de su empleo, se realizó la
precipitación de la proteína mediante el calentamiento de la solución acuosa del
suero
a 121 ºC por 15 min. Las proteínas precipitadas fueron removidas mediante
centrifugación a 3 835xG por 20 min, y luego el sobrenadante fue empleado como
sustrato para las fermentaciones.
En
Ozmihci & Kargi (2007) se estudió la cinética de producc
ión
batch
de etanol mediante
Kluyveromyces marxianus
DSMZ
-
7239 utilizando soluciones de suero de queso en
polvo como sustrato para un amplio rango de concentraciones de azúcar y biomasa, así
como también para determinar las constantes cinéticas usando los
datos
experimentales. El suero de queso en polvo empleado en este estudio fue obtenido de
una industria láctea de Turquía, el cual fue secado a 80 ºC antes de su uso. El suero de
queso en polvo seco presentó la siguiente composición: 48% (m/m) azúcar total
, 19%
proteína, 2,6% grasas, 3% nitrógeno total y 0,96% fósforo total en base de peso seco.
En Pescuma et al. (2008) se evaluó las potencialidades de tres cepas de bacterias ácido
lácticas (
Streptococcus thermophilus
CRL 804,
Lactobacillus delbrueckii
subs
p.
bulgaricus
CRL 454 y
Lactobacillus acidophilus
CRL 636) para diseñar un cultivo
iniciador para el desarrollo de bebidas funcionales basadas en suero. Las
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fermentaciones fueron efectuadas a 37 y 42 ºC por 24 h utilizando suero de queso dulce
en polvo rec
onstituido, el cual fue suministrado por una industria láctea de Argentina. El
suero dulce fue desmineralizado y cristalizado antes del secado, para luego ser
reconstituido con agua destilada hasta una concentración final del 10% (m/v), mientras
que el pH
fue ajustado hasta 6,7 con NaOH 2M. A continuación, el suero de queso
reconstituido fue calentado hasta 80 ºC por 30 min, almacenado a 4 ºC por no más de
una semana, y después usado como medio de fermentación. La composición (% m/m)
del suero de queso en p
olvo usada en este estudio fue la siguiente: grasa, 2,0; proteína,
10,0; humedad, 3,0; lactosa, 76,5; y sales de sodio, 0,4.
Finalmente, Colognesi et al. (2015) analizaron la producción de etanol mediante
Saccharomyces fragilis
variando la concentración de
la solución de suero de queso en
polvo, el pH inicial y la concentración del inóculo usando técnicas de diseño factorial,
además de investigar las operaciones semi
-
batch
. En este estudio, el suero de queso
en polvo fue obtenido de una industria láctea de
Brasil, y la preparación de la solución
de suero de queso en polvo se realizó diluyendo una cantidad apropiada de suero de
queso en polvo en 0,5
-
1 L de agua destilada, para luego esterilizar la solución obtenida
en autoclave (100 ºC, 30 min), y el precipit
ado obtenido (mayormente proteínas) fue
removido mediante filtración. El contenido de lactosa de la solución clarificada
(sobrenadante) fue determinado y la solución fue diluida con agua estéril con el fin de
ajustar su concentración inicial de lactosa (8,
58 g/L, pH de 4,8).
3.6.2. Permeado de suero de queso
En el proceso de concentración de proteína de suero de queso, el suero pasa a través
de un sistema de filtración de membrana, obteniéndose un producto retenido compuesto
por proteínas, grasas y mineral
es coloides, y un líquido que permea (pasa) a través de
la membrana, originando el permeado de suero de queso.
Según Mollea et al. (2013) el proceso de ultrafiltración produce un permeado de suero
rico en lactosa (alrededor del 80% de la lactosa original
en la leche), mientras que se
han desarrollado nuevas tecnologías (usando nanofiltración y ósmosis inversa) para
efectuar la concentración de lactosa las cuales pueden aplicarse en procedimientos de
fermentación farmacéuticos. En adición a la lactosa, el p
ermeado de suero contiene
otros nutrientes esenciales para el crecimiento microbiano, por tanto, la posibilidad de
emplearlo como sustrato de fermentación para obtener productos de elevado valor
agregado representa una oportunidad interesante, la cual no d
ebe ser desechada.
Según Parashar et al. (2016) la proteína del suero es extraída mediante ultrafiltración,
en donde el líquido remanente, permeado de suero, está compuesto principalmente por
lactosa, sales, nitrógeno no proteínico y agua. El permeado del
suero tiene aplicaciones
limitadas, y una porción grande del permeado de suero producido actualmente en el
mundo es desechada como efluente lácteo. Las prácticas actuales seguidas por la
industria láctea para tratar con el permeado del suero incluyen elimi
narlo como residuo,
propagación en la tierra, venderlo en forma de polvo, e incorporarlo en el alimento
animal. Aunque el permeado de suero es biodegradable, su liberación en el
medioambiente contribuye significativamente a la contaminación del agua y la t
ierra
debido a su elevada DBO (40 000
-
48 000 mg/L) y DQO (80 000
-
95 000 mg/L). Su
eliminación efectiva a menudo necesita pretratamientos extensivos y por tanto
contribuye a los costos de operación de la planta. Además, el manejo de grandes
volúmenes de per
meado de suero sobrante no es rentable y es un aspecto crítico que
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3
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2
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Abr
–
Jun
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202
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está enfrentando la industria láctea en la actualidad, por tanto las plantas lácteas están
buscando la implementación de estrategias alternativas para el uso rentable del suero
de queso.
E
n Maestre et al. (2021) se desarrollaron productos biotecnológicos empleando
fermentaciones secuenciales para valorizar el permeado de suero de queso.
Primeramente se estudiaron las condiciones más favorables para producir etanol
mediante
Kluyveromyces mar
xianus
CCT 4086 a partir de este permeado de suero de
queso, y luego el etanol generado fue oxidado a ácido acético mediante varios métodos
acéticos. En este estudio, el permeado de suero de queso fue donado por una industria
láctea de Brasil, y presentó l
a siguiente composición: lactosa (88% m/m), proteína (3,23
m/m), potasio (0,06% m/m), magnesio (0,05% m/m), sodio (0,60% m/m) y calcio (0,25%
m/m).
Delmoitié et al. (2025) enfocaron su investigación en la valorización del permeado de
suero de leche mediant
e el empleo de comunidades microbianas mezcladas, evaluando
además la influencia de diferentes parámetros operacionales (temperatura, pH y tiempo
de retención hidráulico) en fermentaciones no axénicas sobre la productividad,
rendimiento, concentración, pur
eza óptica y comunidad. El permeado de suero
analizado en este estudio fue recolectado de una instalación láctea de Bélgica, derivado
de la producción de queso
mozzarella
y
cheddar
, en donde las proteínas del suero
fueron separadas mediante ultrafiltración
. El permeado de suero de queso remanente,
conteniendo cantidades limitadas de proteína (0,30
±
0,09%) fue colectado por lotes,
combinado entre sí y almacenado a
-
20 ºC hasta su empleo. Estos autores
caracterizaron químicamente el permeado del suero de que
so, cuyos resultados se
muestran en la Tabla 15.
Tabla 15
Caracterización del permeado de suero de queso efectuada por Delmoitié et al. (2025)
.
Parámetro
Valor
Unidad
pH
6,08
±
0,09
-
Conductividad eléctrica
7,80
±
0,38
mS/cm
Nitrógeno total
0,29
±
0,01
g/L
Nitrógeno total orgánico
0,18
±
0,01
g/L
DQO
86,3
±
2,4
g/L
Lactosa
62,8
±
6,1
g/L
Glucosa
0,18
±
0,10
g/L
Galactosa
1,48
±
0,40
g/L
Ácido láctico
1,36
±
0,03
g/L
Ácido acético
0,21
±
0,02
g/L
Ácido butírico
0,61
±
0,05
g/L
Ácido
propiónico
-
mg/L
Ácido cítrico
2,11
±
0,08
mg/L
Cl
-
1390
±
57
mg/L
NO
2
-
-
mg/L
NO
3
-
26,3
±
2,7
mg/L
PO
4
3
-
1473
±
27
mg/L
SO
4
2
-
195
±
12
mg/L
Na
+
535
±
3
mg/L
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58
NH
4
+
138
±
24
mg/L
K
+
2
280
±
57
mg/L
Ca
2
-
417
±
5
mg/L
Mg
2+
113
±
5
mg/L
Sólidos
suspendidos totales
1,2
±
0,3
g/L
Sólidos suspendidos volátiles
0,9
±
0,3
g/L
En Díez
-
Antolínez et al. (2016) se trazó como objetivo la mejora del proceso de
producción de etanol empleando fermentación de gravedad muy alta de permeado de
suero de queso no suplementado combinado con inmovilización de las células mediante
alginato. El
permeado de suero de queso utilizado como sustrato en este estudio fue
suministrado por una industria láctea de España, el cual se obtuvo a partir de una mezcla
de leche de vaca y oveja después del proceso de concentración mediante ultrafiltración.
El per
meado de suero de queso fue pasteurizado mediante calentamiento a 80 ºC por
30 min para evitar la influencia de microorganismos endógenos. Su contenido de lactosa
y pH fue de 170 g/L y 34 g/L, respectivamente, mientras que presentó un pH inicial de
5,8.
M
anucci, (2009) estudió la síntesis de galacto
-
oligosacáridos a partir de permeado de
suero usando
β
-
galactosidasas disponibles comercialmente, las cuales fueron obtenidas
de
Kluyveromyces lactis
(Maxilact
®
L2000) and
Escherichia coli
.
En Morales et al. (20
06) se evaluó la producción de ácido propiónico a partir de la
fermentación de la lactosa del permeado de suero de queso mediante
Propionibacterium
acidipropionici
. En este estudio, una leche proveniente de una industria láctea
estadounidense fue ultrafilt
rada para obtener el permeado de suero de queso, el cual
presentó una concentración de lactosa de alrededor de 50 g/L. Este permeado fue
mezclado con una solución tampón de tripticasa, la cual había sido previamente
esterilizada en autoclave a 120 ºC y 16
lb/pulg
2
, para entonces ser añadida a 900 mL de
permeado de suero de queso con el objetivo de obtener 1 L de medio de cultivo.
Asimismo, en Mediboyina et al. (2021) se realizó un estudio enfocado en el diseño y
escalado de la producción de ácido láctico m
ediante la fermentación de permeado de
suero de queso basado en parámetros metodológicos estándares. El objetivo fue
ocuparse de los defectos de las metodologías de escalado estándar y suministrar un
armazón para el escalado del fermentador que permita la
estimación exacta del
consumo de energía mediante la selección adecuada de la turbina y la velocidad para
su implementación industrial. El permeado de suero de queso empleado en este estudio
fue obtenido de una empresa láctea de Irlanda, y tuvo un contenid
o de sólidos totales
de 16% (m/m).
En Parashar et al. (2016) se determinó la factibilidad de integrar el permeado de suero
de queso en procesos fermentativos para producir etanol mediante