Ingeniería química TESIS

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
ZONA XALAPA
Programa educativo:
Ingeniería química
“SIMULACIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE QUESO
MYSOST DE LACTOSUERO MEDIANTE ASPEN PLUS”
TESIS
Que para acreditar la experiencia educativa:
Experiencia Recepcional
Presenta:
LUCERO DE JESÚS MOLINA JIMÉNEZ
DIRECTORA:
M. EN C. BERTHA MA. ROCÍO HERNÁNDEZ SUÁREZ
CODIRECTOR:
DR. ELISEO HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
Xalapa, Ver., Junio 2014
AGRADECIMIENTOS
Le agradezco a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera, por ser
mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de aprendizajes,
experiencias y sobre todo felicidad.
Le doy gracias a mis padres Víctor y Olga por apoyarme en todo momento, por los valores
que me han inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente
educación en el transcurso de mi vida. Sobre todo por ser un excelente ejemplo de vida a
seguir.
A mis hermanos por ser parte importante de mi vida y representar la unidad familiar. A Orsi
por ser un ejemplo de desarrollo profesional a seguir, a Raúl, Víctor y Sindhy por llenar mi
vida de alegrías y amor cuando más lo he necesitado.
Al amor de mi vida gracias a tu paciencia y comprensión, preferiste sacrificar tu tiempo para
que yo pudiera cumplir con el mío. Por tu bondad y sacrificio me inspiraste a ser mejor para
ti, ahora puedo decir que esta tesis lleva mucho de ti, gracias por estar siempre a mi lado,
te amo Héctor.
A mi director de tesis, Dr. Eliseo Hernández por su esfuerzo y dedicación, conocimientos,
su experiencia, su extremada paciencia, motivación y por sus consejos que ayudan a
formarte como persona e investigador.
De igual manera agradecer a mi profesora Roció Hernández por haber compartido conmigo
sus conocimientos y sobre todo su amistad.
A todos mis amigos por confiar y creer en mí y haber hecho de mi etapa universitaria un
trayecto de vivencias que nunca olvidaré.
A mis amigos, Romeo, Samantha y Velia sin ustedes no existiría hoy esta tesis y no existiría
esta amistad que tenemos, entre risas, bromas y enojos hemos culminado con éxito este
gran proyecto, los quiero.
Gracias a todas las personas que ayudaron directa e indirectamente en la realización de
este proyecto.
Lucero Molina Jiménez
1
RESUMEN
Actualmente en México, la industria del tratamiento y procesamiento de la leche
constituye uno de los principales sectores de producción de alimentos del país. En
particular la elaboración de quesos es una de las más importantes siendo el principal
destino de la leche. La continua expansión de la industria quesera produce grandes
volúmenes de suero lácteo o lactosuero como un subproducto remanente en el
proceso de elaboración del queso.
El lactosuero representa un producto residual indeseable que genera grandes
problemas ambientales. Sin embargo, este efluente desaprovechado constituye una
importante fuente nutricional, ya que incluye en su composición un completo perfil
de minerales, proteínas de alto valor biológico y representa una importante fuente
de hidratos de carbono para la población. Siendo así una materia prima de gran
calidad que puede usarse para otros procesos y productos y que de no utilizarse
generaría un grave problema de contaminación. Lo que hace evidente la necesidad
del adecuado tratamiento de este subproducto direccionado al aprovechamiento de
esta materia prima. El reciclado de subproductos a productos nutritivos, la reducción
de desperdicios, y la disminución en los costos de producción, son claras ventajas
para la implementación y mejora de procesos que aprovechen el valor nutricional
de este efluente. Por lo tanto es de fundamental importancia analizar opciones
viables para poner en práctica en la industria láctea.
Existe una amplia variedad de productos que pueden obtenerse a partir del
lactosuero, como queso tipo mysost, ricotta, concentrados proteicos, suero en polvo
y bebidas. El nivel de aprovechamiento de este efluente se relaciona con la
factibilidad de elaboración de estos productos y la utilización de sus componentes.
En este trabajo se evaluó el proceso del queso Mysost de lactosuero, mediante la
simulación en Aspen Plus, con el objetivo de analizar y determinar las mejores
condiciones de operación de los equipos. Con esto se pretende determinar las
condiciones adecuadas de operación del proceso, lo cual permitirá estudiar las
características de los productos a través de los parámetros más importantes del
2
proceso. Con la realización de la simulación en Aspen Plus, se planea obtener
productos con especificaciones comerciales aceptables y que proporcionen
información que permita escalar industrialmente. Cubriendo a su vez las
necesidades de higiene, mejora de los procesos, costes de limpieza y producción,
minimizando el impacto medioambiental y proporcionando la máxima seguridad a
los usuarios.
3
CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 1
RESUMEN .............................................................................................................. 2
CAPÍTULO I. GENERALIDADES ........................................................................... 8
1.1 Antecedentes .................................................................................................... 8
1.2 Planteamiento del problema ............................................................................ 13
1.3 Objetivos ......................................................................................................... 14
1.4 Hipótesis.......................................................................................................... 14
1.5 Justificación ..................................................................................................... 14
CAPÍTULO II. LACTOSUERO .............................................................................. 16
2.1 La leche ........................................................................................................... 16
2.1.1 Composición y características de la leche ................................................ 16
2.2 El queso .......................................................................................................... 18
2.2.1 Elaboración general de un queso.............................................................. 19
2.3 Suero de queso o lactosuero........................................................................... 21
2.3.1 Características físico-químicas del lactosuero .......................................... 23
2.3.2 Composición del lactosuero ...................................................................... 23
2.3.3 Tipos de lactosuero ................................................................................... 26
2.3.4 Principales beneficios del suero ................................................................ 27
2.3.5 Situación actual de la utilización del suero lácteo ..................................... 28
2.4 Queso Mysost ................................................................................................. 29
2.4.1 Características físicas ............................................................................... 30
CAPÍTULO III. SIMULACIÓN DE PROCESOS .................................................... 32
3.1 Diseño de procesos ......................................................................................... 32
3.2 Aplicaciones de la simulación de procesos ..................................................... 33
3.2.1 Ventajas del análisis y simulación de procesos ........................................ 35
3.3 Simuladores de procesos comerciales ............................................................ 36
4
3.4 Simulador ASPEN PLUS ................................................................................. 39
3.4.1 Compontes de Aspen Plus ........................................................................ 40
3.4.2 Usos de Aspen Plus. ................................................................................. 41
CAPÍTULO IV. METODOLOGIA........................................................................... 43
4.1 Descripción del proceso de producción del queso mysost de lactosuero ....... 43
4.2. Simulación en Aspen Plus .............................................................................. 45
4.2.1 Condiciones de alimentación y de los equipos.......................................... 46
CAPÍTULO V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................... 51
5.1 Análisis de Sensibilidad ................................................................................... 55
5.2 Balance general de materia............................................................................. 59
CONCLUSIONES ................................................................................................. 65
APÉNDICES ......................................................................................................... 67
REFERENCIAS ..................................................................................................... 77
5
Índice de tablas
Tabla 1. Composición de la leche (Taverna, 2001). .............................................. 17
Tabla 2. Características físico-químicas de la leche (Páez, et al., 2002). ............. 18
Tabla 3. Componentes del lactosuero (Tratnik, et al., 2008). ................................ 24
Tabla 4. Efecto funcional de las proteínas séricas (Mehra, et al., 2006;
Wakabayashi, et al., 2006). ................................................................................... 25
Tabla 5. Relación porcentual típica de las proteínas del lactosuero (Mehra, et al.,
2006). .................................................................................................................... 25
Tabla 6. Composición general del lactosuero (Tratnik, et al., 2008). ..................... 26
Tabla 7. Composición en gramos por kg. de producto bruto de lactosuero (Abaigar,
2005). .................................................................................................................... 27
Tabla 8. Composición del queso mysost (Scott, et al., 2002). ............................... 30
Tabla 9. Principales características de simuladores comerciales (Martínez, et al.,
2000). .................................................................................................................... 38
Tabla 10. Composición del lactosuero (Ha y Zemel, 2003). .................................. 46
Tabla 11. Fracción masa de las corrientes de proceso a condiciones estándar de
presión y temperatura. .......................................................................................... 52
Tabla 12. Fracciones masa de las corrientes del proceso. ................................... 54
Tabla 13. Listado de variables manipulables y casos para los análisis de
sensibilidad............................................................................................................ 55
6
Índice de figuras
Figura 1. Proceso de producción del queso mysost (Scott, et al., 2002). .............. 45
Figura 2. Sección de filtrado. ................................................................................. 47
Figura 3. Sección de pasteurización. .................................................................... 48
Figura 4. Sección de enfriado................................................................................ 48
Figura 5. Sección de mezclado. ............................................................................ 49
Figura 6. Sección de evaporado............................................................................ 50
Figura 7. Sección de texturizado. .......................................................................... 50
Figura 8. Diagrama de flujo en ASPEN del proceso de producción del queso
Mysost. .................................................................................................................. 51
Figura 9. Análisis de sensibilidad, temperatura contra % de agua. ....................... 56
Figura 10. Análisis de sensibilidad, presión contra % de agua.............................. 57
Figura 11. Análisis de sensibilidad, temperatura contra presión. ......................... 58
Figura 12. Análisis de sensibilidad en 3D, temperatura contra presión. ................ 58
Figura 13. Balance de materia global. ................................................................... 60
Figura 14. Balance de materia global en el filtro. .................................................. 61
Figura 15. Balance de materia global en el evaporador. ....................................... 62
7
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
1.1 Antecedentes
La leche es uno de los alimentos más completos y con mayor demanda a nivel
internacional. Esto es debido a que sus componentes nutritivos favorecen el buen
funcionamiento de los sistemas biológicos del organismo y pueden ayudar a
prevenir o a curar ciertas enfermedades. Por ejemplo, recientes estudios
epidemiológicos sugieren que una dieta rica en productos lácteos disminuye el
riesgo de contraer enfermedades cardiovasculares. Además, desde el punto de
vista del valor nutritivo, las proteínas de la leche son de excelente calidad,
proveyendo todos los aminoácidos esenciales para la vida humana; compiten con
la calidad de las proteínas de la carne y solo son superadas ligeramente por las
proteínas del huevo (Zabala, 2005).
A nivel mundial la industria alimentaria ha evolucionado en gran medida en las
últimas décadas, ofreciendo al consumidor alimentos lácteos modificados de alto
valor nutricional, que van desde leches en diferentes presentaciones (desnatada,
semidescremada, concentrada, en polvo, entre otros) hasta productos con texturas
blandas, como los yogures y diversos tipos de quesos. Asimismo los componentes
de la leche pueden ser utilizados en nuevos productos y aplicar nuevas tecnologías
de producción de alimentos, fármacos, cosméticos, etc. (Zabala, 2005). Uno de los
sectores más importantes es la producción del queso; este es un producto fresco o
madurado obtenido por el drenaje del suero, tras la coagulación de la leche, nata,
leche desnatada total o parcialmente, grasa láctea o una combinación de estos
componentes (Scott, et al., 2002). El queso es uno de los mejores alimentos con
que dispone el hombre, ya que contiene un alto valor nutritivo que se deriva de su
contenido rico en grasa, proteínas, fuente primordial de calcio, fósforo, además de
vitaminas indispensables. El queso es producido en todo el mundo con una gran
diversidad de sabores, aromas, texturas y formas, habiéndose recogido en diversos
8
catálogos y trabajos más de 2,000 variedades, existiendo seguramente otro gran
número de variedades sin mencionar (Scott, et al., 2002).
A pesar de los grandes beneficios que se obtienen del queso, su producción genera
un subproducto llamado lactosuero, el cual constituye aproximadamente el 90% del
total de la leche necesaria para la fabricación de un queso (Foegeding y Luck, 2002).
El lactosuero es un líquido translúcido verde que se obtiene después de la
precipitación de la caseína (Jelen, 2003) y contiene cerca del 55% de los sólidos
de la leche, 25% de las proteínas, 7% de la grasa, 95% de la lactosa y cerca del
50% de los minerales donde sobresale el potasio, calcio, fosforo, sodio y magnesio
(Cunnigham, 2000). Para aprovechar este subproducto, en los últimos años se han
propuesto diferentes procesos para la generación de nuevos productos derivados
de este suero, sin embargo las estadísticas indican que una importante proporción
de este residuo es considerado como desecho industrial.
De acuerdo con Almécija (2007) la distribución de la producción de lactosuero en el
mundo en el año 2005 fue: Europa 53%, América del Norte y central 28%, Asia 6%,
África 5%, Oceanía 4%, América del Sur 4%, lo cual representa una producción de
110-115 millones de toneladas métricas de lactosuero debido a la elaboración de
queso. De esta cantidad, el 45% se desechan en ríos, lagos y otros centros de aguas
residuales, o en campos agrícola. Esta práctica genera graves problemas
ambientales provocando la disminución en el rendimiento de cultivos agrícolas y/o
la reducción de la vida acuática al agotar el oxígeno disuelto en el agua (Fernandes,
et al., 2009).
De acuerdo a la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la
Agricultura (FAO), el lactosuero es una de las mayores reservas de proteínas
alimentarias que podrían ser aprovechadas para consumo humano. Por lo cual
resulta paradójico que con el constante incremento en escases de alimentos, aún
en la actualidad se siga desperdiciando una gran proporción de los litros totales de
lactosuero que se generan día a día. Aún más que las industrias tengan que pagar
altos costos para su eliminación. Esta situación ha motivado al desarrollo de
tecnologías, baratas y eficientes, que permitan aprovechar el suero a través de la
9
generación de nuevos subproductos que sean viables para el consumo humano.
Por ejemplo en Europa y Estados Unidos desde finales de la década de los 90’s
comenzaron a aparecer en el mercado una variedad de productos a base de
lactosuero, tales como bebidas, medicamentos, proteínas en polvo y quesos, entre
otros, que aprovechan las cualidades nutricionales de este efluente y solucionan
gran parte de los problemas ambientales que provocan (Cuellas, 2008).
Actualmente en Europa se está llevando a cabo un proyecto llamado ‘Valorlact’ que
tiene como objetivo evitar que el lactosuero impacte en el medio ambiente, se
pretende transformarlo en productos alimentarios destinados al consumo humano y
animal, así como en biocombustible, es financiado por el Programa Life+ de la
Comisión Europea. La iniciativa busca, entre otros objetivos, evitar que el lactosuero
sea tratado como un residuo y que pase a formar parte de la cadena alimentaria, lo
que supone una nueva oportunidad de negocio para el sector quesero y para el de
producción de alimentos (Pozo, 2013). Por otro lado, en Italia investigadores de
diversas universidades, encontraron que con algunas proteínas del suero de leche,
se puede inhibir la pérdida del sabor cítrico que éste tiene, obteniendo mejores
resultados para la eficacia de aislado de proteínas de suero lácteo (WPI) y goma
árabe (GA), comúnmente utilizados para estabilizar las emulsiones de aceite cítricos
en los alimentos y bebidas (Daniells, 2007).
Dentro del panorama de América Latina, el lactosuero es aprovechado en mínimas
cantidades, utilizándolo principalmente como alimento de cerdos y bovinos. Otra de
las aplicaciones importantes está presente en la modificación de la bacteria
lactobacilluscasei para obtener compuestos químicos de uso común en las
industrias farmacéutica, alimentaria y cosmética (Nadal, et at., 2009). Por otro lado
en Venezuela se están realizando diversos proyectos con el suero, en uno se evaluó
la eficiencia de un sistema de Ultrafiltración y Nanofiltración tangencial en serie para
el fraccionamiento y concentración de lactosuero (Muñi, et at., 2004); en otro se
obtuvo un concentrado proteico con un bajo contenido de ácidos nucleicos a partir
de biomasa microbiana, para ello se cultivó la levadura Kluyveromyces marxianus
en lactosuero desproteinizado (Cori, et at., 2006) y para finalizar, en la Universidad
de los Andes se están llevando a cabo estudios para la recuperación del ácido
10
láctico del lactosuero fermentado utilizando la técnica de electrodiálisis
(Gorrochotegui, et al., 2007). Por otra parte en Brasil, se están estudiado procesos
de pre-tratamiento para la eliminación de grasas y sales minerales del suero de
queso tipo ácido, para el aprovechamiento del contenido de proteínas y lactosa
(Souza, 2008).
En particular en México se produce aproximadamente 50 mil toneladas de lactosa
potencialmente transformable y 9 mil toneladas de proteína que puede ser
recuperable, sin embargo el 47% es desechado lo cual convierte a esta
problemática como tema de interés tanto en la industria como en las universidades
(Aguado, 2006). Con el objetivo de evitar el desecho del lactosuero, en trabajos
recientes se han desarrollado metodología que permiten la producción de productos
alimenticios de alto contenido proteico, tales como suplementos alimenticios,
quesos, bebidas, entre muchos otros.
Entre los principales productos que han sido obtenidos se encuentran los quesos
como el Mysost, Crema, Ricotta, Gjetost, Cottage y el Neufchale por mencionar
algunos. Los quesos de suero son significativamente diferentes unos respectos a
otros en cuanto a su composición química debido principalmente a las variaciones
en el origen y el tipo de suero, así como a la forma de elaboración. El contenido de
agua y el pH de los quesos de suero son generalmente altos, lo que favorece el
crecimiento de microorganismos (hongos, levaduras y bacterias acido lácticas
componen la microflora de estos quesos) (Malcata, et al., 2001). Debido a su
calidad en contenido proteínico, textura y sabor, muchos de estos quesos han
alcanzado mucha popularidad y son producidos a escalas industriales. Por ejemplo,
la producción del queso Mysost, cuyo origen es escandinavo, presenta importantes
ventajas, ya que usa todos los sólidos del lactosuero y su procesamiento no requiere
grandes inversiones. Su tecnología de producción es esencialmente un proceso de
concentración de sólidos. Más que ser un producto, el queso Mysost es una familia
de productos cuya composición, textura y color varía de acuerdo a los ingredientes,
a las condiciones de proceso y al contenido final de humedad (Scott, et al., 2002).
11
A pesar de los grandes esfuerzos de investigación que se han realizado a nivel
mundial en la mejora continua de los productos derivados del lactosuero,
actualmente aún no se cuentan con metodologías eficientes y automatizadas que
permitan aprovechar al 100% el lactosuero. Por lo que es necesario el desarrollo de
nuevas metodologías que permitan mejorar los mecanismos de producción así
como su calidad. Una de las alternativas para la mejorar el diseño, análisis y
optimización de sistemas y procesos industriales es el uso de simuladores de
procesos. La simulación en la industria alimentaria es una poderosa herramienta
que permite la construcción de modelos más realistas y sofisticados de los procesos
físicos; además se puede afirmar que tiene una serie de beneficios potenciales, los
cuales se resumen en la posibilidad de probar y experimentar diversas alternativas
sin utilizar máquinas reales y otros recursos, es decir, sin incurrir en una serie de
costos que surgen al implementar las diferentes opciones en tiempo real
(Henderson, 2000). En ese sentido Jarrín y Terrán (2011) presentan una propuesta
para la mejora del proceso de producción de queso fresco en base a un modelo
matemático diseñado en el software SIMUL8, donde se incluye el detalle del
proceso artesanal, el análisis de sus fases y la proyección al proceso industrial.
Dicha propuesta incluye sugerencias puntuales tanto para el proceso artesanal
existente como para el proceso industrial a implementarse en las áreas de: materia
prima, mano de obra, maquinaria, proceso, distribución física, ámbito financiero y la
aplicación de Buenas Prácticas de Manufactura. Por otro lado, Proaño (2012)
presenta un sistema de control automático centralizado para optimizar el proceso
de producción de leche, yogurt y queso para la planta de Lácteos Marco's. El
esquema propuesto busca mejorar la manera de controlar la maquinaria, mejorar la
calidad del producto, disminuir el esfuerzo físico de cada trabajador, tener la
posibilidad de monitorear y observar cada uno de los procesos desde un lugar
central, con la capacidad de adquirir datos necesarios y relevantes.
Los trabajos anteriores muestran que el uso de simuladores, permiten la mejora y
la optimización de procesos, por lo cual en este trabajo se propone el uso del
simulador Aspen Plus como herramienta para determinar las condiciones
adecuadas del proceso en la fabricación del queso Mysost. Aspen Plus ofrece la
12
más amplia gama de herramientas para la construcción y mejora de modelos de
procesos y seguir cada uno de los pasos de este. Además de la capacidad de
manejar sólidos, líquidos y gases, electrolitos y procesos avanzados. Este simulador
de procesos químicos, es uno de los más utilizado por los ingenieros en la industria
química. Con esta herramienta se pretende reducir el tiempo de las corridas
experimentales y hacer el proceso de diseño más conveniente; un mejor diseño se
traduce en un mejor producto, menores costos, mayor control, mayor seguridad,
menor variabilidad del proceso, tener la posibilidad de monitorear y observar cada
uno de los procesos desde un lugar central, con la capacidad de adquirir datos
necesarios y relevantes, pero sobre todo permitir que las empresas se desarrollen
tecnológica y económicamente.
1.2 Planteamiento del problema
En México, la producción de diversos derivados lácteos es una industria importante.
El queso es un alimento de suma importancia para la nutrición nacional, por ende el
estudio de los procesos relacionados en su elaboración son de gran impacto en la
población. Es importante resaltar que la producción del queso genera un
subproducto denominado lactosuero, que representa cerca del 80–90% del volumen
total de la leche y que además conserva aquellos componentes que no se integran
a la coagulación de la caseína.
A pesar de su alto contenido de nutrientes, este residuo no es aprovechado y en
muchos casos es considerado como un desecho ambiental. Lo que implica que se
esté desperdiciando materia prima que puede ser reutilizada para elaborar
diferentes productos como bebidas energizantes, suero en polvo y una amplia gama
de quesos como el ricotta, crema, Gjetost o el queso Mysost. Sin embargo, debido
a la falta de tecnologías y la escasa información de los procesos de elaboración de
estos productos, en muy pocas industrias se reutiliza el lactosuero.
13
1.3 Objetivos
Objetivo general
Proponer las condiciones de operación en la elaboración del queso Mysost a partir
de la simulación del proceso en Aspen Plus.
Objetivos específicos

Estudiar las propiedades fisicoquímicas del lactosuero.

Estudiar las etapas del proceso de elaboración del queso Mysost a partir del
lactosuero.

Diseñar y adaptar el proceso de elaboración del queso Mysost en el
simulador de procesos Aspen Plus.

Analizar el proceso mediante simulaciones numéricas, considerando
diferentes condiciones de operación.
1.4 Hipótesis
La simulación de procesos es una herramienta que permite mejorar las condiciones
de operación del proceso de elaboración del queso Mysost de lactosuero.
1.5 Justificación
La contaminación del medio ambiente constituye uno de los problemas más críticos
en el mundo, es por ello que ha surgido la necesidad de tomar conciencia y buscar
alternativas para su solución. Logrando con esto que la sociedad y los empresarios
sean conscientes del posible impacto negativo que pueden generar al ambiente a
través de sus diferentes procesos productivos. Un claro ejemplo es el subproducto
llamado lactosuero que resulta de la elaboración del queso, es una materia prima
de gran calidad para otros productos, y el no utilizarlo resulta un grave problema de
contaminación. Su reutilización puede reflejarse en la elaboración de productos
como bebidas energizantes, alimentos para ganado, quesos, entre otros. El
14
aparente desinterés de la generación de nuevos productos a partir del lactosuero
radica en la falta de tecnologías y en los escasos conocimientos de las condiciones
de operación en la elaboración de estos productos. Lo cual hace necesario el
desarrollo de herramientas, económicas y eficientes, que permitan determinar las
condiciones adecuadas de los procesos de elaboración. Una alternativa es la
simulación en Aspen plus, la cual nos permite determinar las condiciones de
operación en forma rápida y económica aún en condiciones extremas. Además,
provee criterios para la interpretación de resultados, haciendo énfasis en el
conocimiento apropiado de los métodos de diseño y de los valores recomendados
para los parámetros de entrada.
15
CAPÍTULO II
LACTOSUERO
2.1 La leche
La leche es un alimento de gran importancia para el hombre desde la domesticación
de los animales y el comienzo de la agricultura, ya que es considerado como uno
de los alimentos fundamentales para la alimentación humana (Manson, et al., 2003).
La leche es un producto inestable y perecedero que se altera rápidamente, sobre
todo por contaminación microbiana. Por lo cual, debe refrigerarse lo antes posible y
procesarse en forma rápida. Es un alimento muy complejo, en el cual se distinguen
tres fases: a) fase acuosa donde se encuentran sales, azúcares, proteínas,
vitaminas y aminoácidos disueltos, b) fase sólida: se encuentra en estado coloidal,
formada por proteínas complejas (principalmente caseína), fosfatos y otras sales
insolubles en calcio y c) fase formada por grasas (principalmente colesterol) y
vitaminas liposolubles (vitaminas A y D) (Briñez, et al., 2008).
2.1.1 Composición y características de la leche
Las cantidades de los diversos componentes y características de la leche de vaca
varían con las diferentes razas y líneas genealógicas de ganado lechero. Pero en
general, la leche se compone de 87.6% de agua, 3.8% de grasa y 8.6% de sólidos
no grasos (Tabla 1). Sin embargo, los constituyentes lácteos son afectados tanto
por la genética, medio ambiente, etapa de lactancia, método de ordeña y salud de
la vaca. En general, la leche tiene un aspecto característico que se debe
principalmente a las partículas coloidales que dispersan la luz que reciben, es
ligeramente amarilla por la presencia de carotenoides, vitamina A y lactoferrina
(Taverna, 2001).
16
Tabla 1. Composición de la leche (Taverna, 2001).
PROMEDIOS GENERALES (g/kg)
COMPONENTES
Jerrige, 1980
Alais, 1985
Taverna y Coulon,
Taverna, 2001
2000
AGUA
8.71
8.72
8.8
8.81
SÓLIDOS TOTALES
12.9
12.73
11.85
11.95
LACTOSA
4.8
4.75
4.57
4.61
GRASA
4.0
3.81
3.48
3.51
PROTEÍNA
3.35
3.3
3.17
3.17
CENIZAS
0.75
0.87
0.63
0.66
CALCIO
0.125
0.087-0.1256
0.117
0.124
FOSFORO
0.095
0.072-0.265
0.086
0.094
MAGNESIO
0.012
0.010-0.013
0.012
0.012
POTASIO
0.150
0.116-0.145
0.140
0.150
SODIO
0.050
0.034-0.045
0.058
0.060
CLORO
0.110
0.067-0.108
0.137
0.144
Como se puede observar en la Tabla 1, la leche es un alimento de alta calidad
nutricional. Este conjunto nutricional preparado por la naturaleza contiene no solo
proteínas, carbohidratos, grasas, vitaminas y minerales de alta biodisponibilidad
sino muchas otras sustancias como hidratos de carbono, glicéridos, oligoelementos,
enzimas, etc. de las que hoy en día se cuenta con evidencias de sus efectos
beneficiosos sobre la salud humana (Camuerga, 2004). No obstante es deficiente
en hierro y es inadecuada como fuente de vitamina C. La densidad de la leche de
cabra varía entre 1,018 y 1,045, y la de la leche de vaca entre 1,028 y 1,035. Las
principales características y propiedades físico-químicas de la leche se observan en
la Tabla 2. Cuantitativamente el constituyente mayoritario de la leche es el agua, el
17
cual representa aproximadamente 9/10 de la leche. Los otros elementos constituyen
el extracto seco total, que alcanza habitualmente la cifra de 125-130 gramos por litro
de leche (Páez, et al., 2002).
Tabla 2. Características físico-químicas de la leche (Páez, et al., 2002).
PROPIEDAD
CARACTERÍSTICA O VALOR
Sabor y olor
Ligeramente dulce
Color
Ligeramente blanco amarillento
Densidad
1.038
pH
6.5-6.8
Punto de congelación
-0.55°C a -0.60°C
Punto de ebullición
100°C a 101.1°C
Calor especifico
0.93
2.2 El queso
El queso es el producto que se obtiene de la coagulación de la leche, la cual puede
ser de leche entera, descremada, parcialmente descremada, crema, crema de
suero, suero de queso o suero de mantequilla debidamente pasteurizado o una
combinación de estas materias, por la acción de cuajo. El cuajo es una sustancia
utilizada en la fabricación del queso y su principal función es la de separar la caseína
(proteína de la leche) del suero de leche, u otros coagulantes apropiados (enzimas
específicas o ácidos orgánicos permitidos) (Flores, 2001).
Los quesos se encuentran entre los mejores alimentos nutritivos del hombre, ya que
proveen alta cantidad de proteína, grasa, calcio, fósforo y vitaminas; es una fuente
muy rica de calcio y proteína, son de alta digestibilidad (Flores, 2001). El producto
pasa por diferentes procesos según el tipo de queso. El rendimiento en la
18
producción de queso partiendo de leche 100 % es 88-91% de lactosuero (84% de
agua, 6% sólidos) y 9-12% de queso.
Las características del queso le permiten clasificarlo en dos, de acuerdo a su textura
y al tipo de procesamiento. Según su textura son los siguientes: A) suaves,
madurados o no, B) semi-suaves o madurados, C) duros madurados, y D) muy
duros granulosos. Según su proceso: a) quesos madurados, b) quesos fundidos y
c) quesos hilados (Flores, 2001).
2.2.1 Elaboración general de un queso
La preparación de la leche para la elaboración del queso, consiste en algunos
casos, en la eliminación parcial o total de la crema, en la aplicación de algún
tratamiento térmico que permita la eliminación de las bacterias patógenas presentes
en la misma y en la incorporación de algunos aditivos tales como el cloruro de calcio
y los cultivos lácticos (Meyer, 2006). El tratamiento térmico que se realiza se conoce
como pasteurización y consiste en calentar cada partícula de leche a una
temperatura de 65ºC por 30 minutos y luego enfriar hasta 35- 36ºC (pasteurización
lenta) o a 72ºC por 15 segundos y luego enfriar hasta 20 ºC (pasteurización rápida).
El proceso de pasteurización debe realizarse en equipo aprobado y que este en
perfectas condiciones de funcionamiento, debidamente lavado y esterilizado
(Farkye, 2004).
Las etapas para la elaboración de un queso se describen a continuación:
a) Adición de cultivos lácticos: Cuando se usa leche pasteurizada para
elaborar quesos, se obtiene un producto microbiológicamente más seguro
pero insípido, el cual es más susceptible a la contaminación después de la
pasteurización. Para evitar estos problemas se usan cultivos lácticos, los
cuales son mezclas de bacterias no patógenas que producen ácido láctico y
compuestos saborizantes como el diacetil y ácidos volátiles, provenientes de
la fermentación de la lactosa y del ácido cítrico presentes en la leche. Sin la
presencia de las bacterias lácticas, no se llegan a desarrollar en parte los
19
aromas y sabores típicos que se presentan en los que son elaborados con
leches crudas (Meyer, 2006).
b) Coagulación de la leche: La coagulación es el proceso en que las proteínas
se vuelven insolubles y se solidifican transformando la leche en una sustancia
semi-sólida y gelatinosa. La elaboración de queso se enfoca a la coagulación
de la caseína. La coagulación de esta proteína se puede provocar por acción
de ácidos o por medio de enzimas. La coagulación ácida se basa en la
diminución del pH de la leche hasta que el calcio y fósforo se transforma en
caseína ácida, que es insoluble. Mientras que en la coagulación enzimática
se utilizan enzimas para provocar la coagulación. En este proceso se
presentan dos etapas, la fase enzimática donde la enzima separa la caseína
en un 95% de paracaseína y un 5% de proteínas de suero y la fase de
coagulación, en que la paracaseína, el calcio y el fosfato se transforman en
el paracaseinato cálcico y fosfático (Meyer, 2006).
c) Corte de cuajada y desuero: El tiempo necesario para que la cuajada se
forme y posea las características adecuadas para su corte, depende de
factores tales como el pH, la concentración de calcio, la concentración de
enzima y la temperatura. Los cortes tienen que ser netos y completos; la
masa debe seccionarse, y no desgarrarse, y mucho menos deshacerse, pues
los trozos de cuajada han de conservar la forma que el operador desee darle:
cúbica, esférica. Luego del corte, es normal que se haga una agitación suave
de la cuajada para disminuir el suero retenido y obtener con ello un queso
más compacto y con humedad uniforme. Una vez finalizada la agitación de
la cuajada, se deja reposar por unos minutos para que se asiente (10-20
minutos), pasado este tiempo se separa el suero. En algunos casos se utiliza
agua caliente para ayudar al proceso de desuerado (Meyer, 2006).
d) Moldeo y prensado: La cuajada se coloca en moldes de madera, plástico o
acero inoxidable. Esta operación contribuye al desuero, forma el queso y le
da la consistencia necesaria (Meyer, 2006).
e) Salado: Con el salado se procuran tres efectos distintos: activar el desuero,
mejorarla fermentación y sazonar el queso (Scott, et al., 2002).El primero de
20
ellos se explica por el poder absorbente que la sal tiene para la humedad, y
el segundo por su acción inhibidora sobre el desarrollo de ciertos microbios
o mohos. La sal puede ser adicionada en el suero, en la cuajada, durante la
maduración, o en la salmuera (Meyer, 2006).
f) Almacenamiento: El queso una vez elaborado, puede ser almacenado por
el tiempo necesario hasta que se vaya a vender. Es conveniente almacenarlo
en refrigeración para lograr prolongar su vida útil. El tiempo de
almacenamiento antes de ser consumido tiene mucha influencia en el
producto final. El proceso de la maduración del queso modifica su textura y
contribuye al desarrollo de su aroma y sabor. El lugar de maduración de los
quesos deberá ser ventilado, muy limpio y no muy iluminado (Meyer, 2006).
Durante la elaboración del queso se obtiene como principal residuo el suero de
queso o lactosuero, que es el líquido resultante de la coagulación de la leche
durante la elaboración del queso. Estos efluentes son los que más contaminación
provocan en las queserías si no tienen un aprovechamiento posterior (Badui, 2006).
2.3 Suero de queso o lactosuero
El lactosuero o suero de leche es un líquido claro de color amarillo verdoso, debido
al pigmento de la lactoflavina o vitamina B2. Tiene una densidad un poco superior
a la del agua: 1.023 g/cm3. Frecuentemente posee todos los componentes de la
leche con excepción de la caseína y un poco menos de grasa. Representa alrededor
de 90% del peso de la leche utilizada para la elaboración del queso. Contiene entre
el 6 y el 6.4% de extracto seco, es decir, la mitad de la materia de la leche. Sus
propiedades nutritivas son reconocidas a nivel internacional en cuanto a que sirve
para tratar problemas de obesidad, reumatismo, trastornos intestinales y del hígado.
Por dicha razón, en países desarrollados este suero se deshidrata para utilizarlo en
formas diversas. Se puede encontrar en el mercado en polvo, concentrado y como
aislados proteicos, los cuales se utilizan en formulaciones de bebidas, productos
lácteos y extensores de carnes (Parra, 2009).
21
Este es un efluente industrial rico en proteínas (6 gramos de proteínas por cada
litro). Sus proteínas son muy valiosas para la industria alimentaria y farmacéutica.
Puesto que la producción de quesos a nivel mundial origina cantidad tal de suero
que equivale a 660,000 toneladas anuales de estas proteínas (Parra, 2009).
A pesar de que la proteína del suero es de mejor calidad que la caseína,
actualmente este efluente es desechado o a veces transferido para el consumo de
cerdos, desperdiciando así el alto valor nutricional de sus proteínas. Las proteínas
del suero representan un 17 % del total de la proteína de la leche, poseen mayor
cantidad de estos aminoácidos azufrados (metionina y cisteína), por lo cual su valor
biológico es de 1.0, superior al 0.8 de la caseína y comparable con el valor biológico
de la proteína del huevo que es de 1.0 (Domínguez, 2000).
El lactosuero es una excelente materia prima para obtener diferentes productos a
nivel tecnológico o como medio de formulación en procesos fermentativos. A pesar
del problema de contaminación que se genera, existen una infinidad de productos
que se pueden obtener mediante el uso de este, con la utilización del suero de
quesería se busca ampliar las alternativas de manejo en las diferentes instancias
tecnológicas, en este caso abrir una opción en el aprovechamiento de los
componentes de este subproducto.
Desde el punto de vista industrial, las proteínas contenidas en el lactosuero se
pueden obtener utilizando diversas técnicas las cuales son: a) ósmosis inversa, b)
nanofiltración, c) ultrafiltración, d) electrodiálisis, e) intercambio iónico (resinas) y f)
precipitación (Domínguez, 2000). De acuerdo con el procedimiento utilizado, se
obtiene un producto concentrado entre 75-90 % de proteínas cuyos principales usos
son: pastelería, industria alimentaria, fabricación de chocolates, cremas, postres,
helados y cereales (Domínguez, 2000).
22
2.3.1 Características físico-químicas del lactosuero
El lactosuero se caracteriza por su sensibilidad a las diversas fermentaciones. Su
riqueza en azúcar, su pH (aprox. 6) y su temperatura lo hacen un medio
especialmente favorable para el desarrollo de las bacterias lácticas. Su rápido
enfriamiento a temperaturas inferiores a 10-12°C o su pasteurización es necesaria
si se quiere evitar su acidificación. Por otra parte, su contenido relativamente
elevado en sales minerales constituye un inconveniente que limita, en algunos
casos, el consumo del producto en bruto (Tratnik, et al., 2008).
La D.B.O (Demanda Biológica de Oxígeno) de un litro de lactosuero oscila entre 30
y 45 g/litro y por tanto necesita de 4.500 litros de agua no contaminada. Se estima
que a partir de 10 litros de leche de vaca se puede producir de 1 a 2 kg de queso y
un promedio de 8 a 9 kg de suero. Al representar cerca del 90% del volumen de la
leche, contiene la mayor parte de los compuestos hidrosolubles de ésta, el 95% de
lactosa (azúcar de la leche), el 25% de las proteínas y el 8% de la materia grasa de
la leche (Valencia y Ramírez, 2009).
2.3.2 Composición del lactosuero
La composición del suero de leche varía dependiendo de las características de la
leche y de las condiciones de elaboración del queso de que proceda, pero en
términos generales el suero contiene 4.9% de lactosa, 0.9% de proteína cruda, 0.6%
de ceniza, 0.3% de grasa, 0.2% de ácido láctico y 93.1% de agua.
Aproximadamente el 70% del nitrógeno total (proteína cruda), corresponde a
proteína verdadera, la cual tiene un valor nutritivo superior al de la caseína, y está
compuesta por β-lactoglobulina, α-lactoalbúmina, inmunoglobulinas, proteosapeptona y enzimas nativas; el resto lo forman aminoácidos, urea, creatina,
amoníaco y ácidos nucleicos (García, et al., 2002).
La calidad del lactosuero está dada principalmente por los componentes que
contiene. La siguiente tabla 3 muestra de manera detallada la información
aproximada que se tiene hasta ahora de los componentes que son de mayor
importancia en el lactosuero.
23
Tabla 3. Componentes del lactosuero (Tratnik, et al., 2008).
Componente
Unidades aproximadas
Cantidad en 100 gramos
Agua
G
93.12
Energía
Kcal
27
Proteína (N x 6.38)
G
0.85
Grasa
g
0.36
Fibra
g
0
Cenizas
g
0.53
Carbohidratos
g
5.14
Calcio
mg
47
Hierro
mg
0.06
Magnesio
mg
8
Fosforo
mg
46
Potasio
mg
161
Sodio
mg
54
Zinc
mg
0.13
Ácido ascórbico
mg
0.10
Tiamina
mg
0.036
Riboflavina
mg
0.158
Niacina
mg
0.074
Ácido pantoténico
mg
0.383
Vitamina B6
mg
0.031
Folacina
mg
1
Vitamina B12
mg
0.277
Vitamina A
UI
16
Colesterol
mg
2
MINERALES
VITAMINAS
El suero representa una rica y variada mezcla de proteínas secretadas, que poseen
amplio rango de propiedades químicas, físicas y funcionales. Concretamente, las
proteínas del suero suponen alrededor del 20% de las proteínas de la leche de vaca.
Estas proteínas no sólo juegan un importante papel nutritivo, con una rica y
balanceada fuente de aminoácidos, sino que además, en muchos casos, parecen
ejercer determinados efectos biológicos y fisiológicos, in vivo. Otra principal
actividad a destacar, es su actividad anticancerosa, teniendo un papel estimulador
de la respuesta inmune, tanto humoral como celular. Estas proteínas están
24
implicadas en un gran número de efectos biológicos, observados en estudios en
animales y humanos (Ibrahim, et al., 2005) (ver Tabla 4).
Tabla 4. Efecto funcional de las proteínas séricas (Mehra, et al., 2006;
Wakabayashi, et al., 2006).
PROTEINA
EFECTO FUNCIONAL
Anticancerígeno,
Proteína del suero total
inmunoestimulador,
longevidad,
hipocolesterol (Mehra, et al., 2006; Wakabayashi, et al.,
2006).
Función digestiva, sustrato común para trabajos
β-lactoglobulina
enzimáticos y estudios referentes al enlace de los iones
a las proteínas y su desnaturalización (Wakabayashi, et
al., 2006).
α-lactoalbúmina
Anticancerígeno (Wakabayashi, et al., 2006).
Lactoferrina
Antimicrobiano,
transporte
inmunoestimulador,
y
regulación
del
antiinflamatorio, crecimiento
Fe,
y
proliferación celular y anticancerígeno (Wakabayashi,
et al., 2006).
Inmunoglobulinas
Inmunidad pasiva (Mehra, et al., 2006)
Séricas
Diferenciación y crecimiento celular, reparación y
protección de la mucosa intestinal y reparación de
lesiones (Mehra, et al., 2006)
En la Tabla 5 se da la relación porcentual típica entre las diversas proteínas del
suero de leche, las cuales varían considerablemente dependiendo de la dieta o raza
bovina.
Tabla 5. Relación porcentual típica de las proteínas del lactosuero (Mehra, et al.,
2006).
PROTEÍNAS DEL SUERO
% de la proteína total
gl-1
Proteínas del suero totales
20
7.0
α-lactoalbúmina
12
4.2
β-lactoglobulina
5
1.8
Inmunoglobulinas
2
0.7
Otras (totales)
1
0.3
25
2.3.3 Tipos de lactosuero
Según el procedimiento utilizado para separar la cuajada del queso (coagulación
ácida o coagulación enzimática), se obtiene lactosuero dulce o lactosuero ácido. El
suero de la leche, según su acidez, se divide en dos tipos:
a) Suero dulce: presenta un pH de 5.8–6.6 y se obtiene mediante coagulación
enzimática. Proviene de proceso de fabricación de quesos con renina.
b) Suero ácido: su pH es menor que 5.2 y se obtiene mediante de la adición de un
ácido al proceso de cuajado de la leche. Es un subproducto de los quesos blanco y
cottage, debido a su pH, es muy corrosivo para los metales (Badui, 2006).
A continuación en la Tabla 6 se describe la composición general del suero ácido y
dulce:
Tabla 6. Composición general del lactosuero (Tratnik, et al., 2008).
Constituyente
Suero dulce %
Suero acido %
Agua
93-94
94-95
Extracto seco
6-7
5-6
Lactosa
4.5-5
3.8-4.2
Proteínas
0.8-1
0.8-1
Cenizas
0.5-0.7
0.7-0.8
Valor de pH
6.45
Alrededor de 5
Grasa
0.2-0.7
0.04
Sólidos totales
5.6-6.8
5.7-6.4
Un lactosuero ácido en origen es en principio más estable que el dulce sobre todo
si está refrigerado. Un suero dulce no refrigerado tiene más riesgo de degradación
y de pérdida de valor nutritivo. Por último la acidez del lactosuero debe permanecer
lo más constante posible para evitar problemas digestivos. La composición de los
dos tipos de lactosuero se muestra en la Tabla 7.
26
Tabla 7. Composición en gramos por kg. de producto bruto de lactosuero
(Abaigar, 2005).
Lactosueros dulces
Lactosueros ácidos (g/kg
(g/kg de lactosuero)
de lactosuero)
Materia seca
55-75
55-65
Lactosa
40-50
40-50
Grasa bruta (GB)
0-5
0-5
Proteína bruta (PB)
9-14
7-12
Cenizas
4-6
6-8
Calcio
0.4-0.6
1.2-1.4
Fosforo
0.4-0.7
0.5-0.8
Potasio
1.4-1.6
1.4-1.6
Cloruros
2.0-2.2
2.0-2.2
Ácido láctico
0-0.3
7-8
Grados Dornic
Menos de 20°
Más de 52°
Observando los componentes nutritivos tales como proteínas, carbohidratos y
minerales que el suero ofrece, se puede destacar que el suero es una materia prima
de alta calidad nutritiva para la alimentación humana, por lo que es recomendable
procesar el suero de la manera más eficientemente posible con la finalidad de
aprovechar al máximo sus componentes nutricionales.
2.3.4 Principales beneficios del suero
Existen evidencias científicas, que revelan que el lactosuero resulta beneficioso
para el consumo humano no solo por la presencia de los valiosos nutrientes que
puede aportar a la dieta, sino que además contiene compuestos bioactivos que
tienen efectos positivos sobre la salud (Ha y Zemel, 2003).
Entre los principales beneficios del lactosuero para la salud se ha reportado que
aporta nutrientes esenciales a nuestro organismo, disminuye significativamente los
niveles
de
colesterol
en
sangre
(Marshall,
2004),
presenta
actividad
inmunomoduladora e interviene en la proliferación de las células del sistema
inmunológico (Ha y Zemel, 2003), resulta beneficioso para aquellas personas que
27
sufren depresión y estrés (Marshall, 2004), ayuda a las personas obesas o con
sobrepeso mediante la eliminación de toxinas y líquidos retenidos (Ha y Zemel,
2003), mejora en la asimilación de nutrientes (Marshall, 2004), presenta actividad
anticancerosa (Wakabayashi, et al., 2006), entre otros.
2.3.5 Situación actual de la utilización del suero lácteo
Desde el siglo pasado se viene estudiando la posibilidad de emplear el suero de
quesería para la alimentación humana. Actualmente, el suero dulce es más utilizado
por las industrias lecheras que el suero ácido, debido a sus numerosas propiedades
funcionales. Entre los factores que limitan el uso del suero ácido se encuentran su
alto contenido de cenizas y su acidez, lo cual afecta sus características funcionales
y produce un sabor sensorialmente rechazable. Solo un pequeño porcentaje se
utiliza en alimentos para consumo humano; el resto se emplea en la alimentación
animal, se vierte en plantas de tratamientos o se esparce en la tierra como
fertilizante (Goded, 2000).
En general en la mayoría de los países, el suero no es aprovechado adecuadamente
y la mayoría de las veces se vierte a los ríos, aguas subterráneas o a los sistemas
de alcantarillados a través de las aguas residuales de las fábricas, convirtiéndose
en un alto foco de contaminación ambiental (Goded, 2000). En particular en EE.UU
y una serie de países de industria lechera desarrollada (Canadá, Alemania, Suecia,
Francia, Finlandia, Holanda) se presta gran atención al problema de la utilización de
todos los componentes de la leche, mediante el procesamiento industrial del suero
como una forma de aprovechar racionalmente la materia prima original. De ahí, que
desde hace varios años comenzaron a aparecer en el mercado una variedad de
productos a base de lactosuero, que aprovechan las bondades nutricionales de este
subproducto y solucionan en gran parte los problemas ambientales que provoca
(Suárez, et al., 2008). Sin embargo en América Latina, incluyendo a México, el suero
de quesería se aprovecha en mínimas cantidades para la alimentación de cerdos y
bovinos, la mayor parte se desecha a los ríos y lagunas provocando un incremento
en los niveles de contaminación en las zonas aledañas a las plantas queseras.
28
Actualmente existen una gran variedad de alternativas para el aprovechamiento del
lactosuero que van desde las más sencillas que están al alcance de pequeñas
plantas, hasta aquellas que requieren de altas inversiones en equipos de
procesamiento, además de volúmenes de suero considerables. En las grandes
plantas lecheras, el lactosuero es recuperado y secado por spray o separado en sus
componentes por medio de ultrafiltración para obtener lactosa, aislados y
concentrados proteicos, los cuales se emplean en la elaboración o enriquecimiento
de productos alimenticios (Ludeña, 2006). También se utilizan técnicas como: la
electrodiálisis, el intercambio iónico, la ósmosis inversa y la nanofiltración (Ludeña,
2006; Faria, et al., 2003).
De forma general, los usos a los que se destina el suero podemos encontrar la
elaboración de productos (Ludeña, 2006), productos a base de harina (Suárez, et
al., 2008), productos cárnicos, forraje para animales (Suárez, et al., 2008), alimentos
para niños y productos dietéticos para deportistas (Miranda, et al., 2007), aderezos,
salsas, guisos y sopas , obtención de vinagres para conservar encurtidos (Laca, et
al., 2006), fertilizantes (Laca, et al., 2006), productos de confitería (chocolate,
coberturas y caramelos) (Suárez, et al., 2008), producción de etanol y biogás (Laca,
et al., 2006), medios de cultivos para producción de biomasa (Laca, et al., 2006).
No obstante, estas vías resultan todavía insuficientes para los volúmenes de suero
generados en las plantas queseras. Por tanto, se necesitan otras alternativas
efectivas que permitan el aprovechamiento de todos los componentes de la leche y
por consiguiente del suero resultante.
2.4 Queso Mysost
Los quesos tipo Mysost son productos comerciales de origen escandinavo, que
tienen las ventajas de usar todos los sólidos del lactosuero y de que su
procesamiento no requiere de grandes inversiones. La tecnología de producción
para este queso está hecha esencialmente para un proceso de concentración de
sólidos, casi idéntica a la de fabricación de dulce de leche. De hecho, los productos
tienen el color del dulce de leche, debido a las reacciones de oscurecimiento no
29
enzimático y pueden ser formulados con textura para cortar o para untar. Más que
ser un producto, el queso Mysost es una familia de productos cuya composición,
textura y color varía de acuerdo a los ingredientes, a las condiciones de proceso y
al contenido final de humedad (Scott, et al., 2002).
2.4.1 Características físicas
El producto consiste en un queso untable obtenido a partir del lactosuero por
concentración de sólidos. El sabor que poseen este tipo de quesos son un tanto
dulces, en comparación con la mayoría de quesos existentes en el mercado
actualmente, donde la variante principal es la cantidad de crema adicionada al
lactosuero. Presenta un olor proveniente del suero, pero es apenas perceptible. Su
composición viene presentada en la Tabla 8.
Tabla 8. Composición del queso mysost (Scott, et al., 2002).
Composición
Rendimiento (Kg/100Kg)
%
~10.9
Humedad
~28
Grasa
~4
Proteína
~8
Lactosa
~46
Sacarosa
~9
Cenizas
~5
Valor energético (Kcal/100g)
~290
Los problemas que pueden presentan los quesos de suero son los que se indican a
continuación

Desestabilización de la grasa, que provoca la exudación durante su
manejo y agitación.

Moteado producido por la mala distribución de las partículas de caseína.

Color marrón oscuro, provocado por un calentamiento excesivo.
30

Escasez de textura, provocada por la presencia de grasa láctea
excesivamente dura, de leche agria o por una mezcla defectuosa de la
grasa, la proteína y el agua.

Textura excesivamente dura, provocada por un exceso de extracto sexo
total.

Textura excesivamente blanda, producida por la presencia de grasa de
bajo punto de fusión o escaso contenido en extracto seco total.

Arenosidad, provocada por un enfriamiento excesivamente rápido que da
lugar a la formación de cristales de lactosa excesivamente grandes.

Sabor a cocido, por un calentamiento a una temperatura excesivamente
elevada.

Insipidez, producida por la insuficiente caramelización de la mezcla al
coagular.

Acidez excesiva producida por la utilización de leche muy ácida.

Sabor a mohos provocado por el crecimiento de estos en la masa del
queso o en su corteza (Scott, et al., 2002).
31
CAPÍTULO III
SIMULACIÓN DE PROCESOS
Los simuladores computacionales son una herramienta útil para los procesos de la
industria química, debido a su capacidad de predecir el comportamiento de un
proceso, estimar costos de equipos, cambiar las condiciones de operación,
optimización de las variables de operación y del proceso, y generar resultados en
forma gráfica o de tablas.
La simulación de procesos puede ser definida como una técnica para evaluar en
forma rápida un proceso con base en una representación del mismo, mediante
modelos matemáticos. La solución de estos se lleva a cabo por medio de programas
de computadora y permite tener un mejor conocimiento del comportamiento de
dicho proceso. El número de variables que aparecen en la descripción matemática
de una planta de proceso química pueden ser sumamente grande y el número de
ecuaciones no lineales que deben resolverse pueden ser del mismo orden, por lo
tanto la única forma viable de resolver el problema es por medio de una
computadora (Martínez, et al., 2000).
En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de
apoyo para el diseño de procesos químicos y además de su uso se está extendiendo
en las instituciones de formación de ingenieros químicos. La simulación de procesos
está jugando un papel muy importante en la industria química, como una
herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y
monitoreo del funcionamiento de procesos industriales (Martínez, et al., 2000).
3.1 Diseño de procesos
Dentro de la estrategia general de ingeniería de procesos, diseño de procesos
puede considerarse constituido por tres etapas: síntesis de procesos, simulación de
procesos y optimización (Martínez, et al., 2000),

Síntesis de procesos. Es la etapa en la cual se crea la estructura básica del
diagrama de flujo; esto es, se seleccionan los equipos a ser utilizados, con
32
sus correspondientes interconexiones, y se establecen los valores iníciales
de las condiciones de operación.

Simulación de procesos. Es la etapa en la cual se requiere solucionar
balances de materia y energía para un proceso en estado estacionario,
calcular dimensiones y costos de los equipos y efectuar una evaluación
económica preliminar del proceso.

La optimización. Puede ser paramétrica, modificando parámetros tales
como presión o temperatura, o estructural cuando se hacen modificaciones
al diagrama de flujo involucrando a los equipos y/o sus interconexiones.
3.2 Aplicaciones de la simulación de procesos
La simulación de procesos químicos es una herramienta moderna que se ha hecho
indispensable para la solución adecuada de los problemas de proceso, mediante
manipulación de su representación matemática o de su modelo físico. Permite
efectuar el análisis de plantas químicas en operación y llevar a cabo las siguientes
tareas, las cuales son comunes en las diversas ramas de la industria química:

Mejora la competitividad detectando ineficiencias motivadas por la
descoordinación entre secciones de una misma planta (Shanklin, et al.,
2001).

Se ha aplicado con éxito a cientos de escenarios en diversas áreas,
incluyendo la creación rápida de prototipos, la fabricación, la visualización
científica, la ingeniería y la educación (Muijber, et al., 2004).

Estima y realiza análisis de regresión de propiedades físicas (Bon, et al.,
2010).

Predice el comportamiento de un proceso utilizando principios de la
ingeniería (Shanklin, et al., 2001).

Se utiliza para evaluar los cambios potenciales en el proceso (Muijber, et al.,
2004).

Realiza cálculos de balances de materia y energía, equilibrio químico y entre
fases (Bon, et al., 2010).
33

Analiza el comportamiento de un sistema y realiza estudios de optimización
y sensibilidad (Shanklin, et al., 2001).

Permite
cambiar
las
condiciones
de
operación
y
analizar
los
comportamientos (Bon, et al., 2010).

Debido a su bajo costo nos permite financiar proyectos costosos (Petrides,
et al., 2002).).

Permite generar como salida gráficas o bien tablas de resultados (Muijber, et
al., 2004).
La variedad de aplicaciones de los simuladores de procesos es muy grande,
anteriormente solo lo usaban los ingenieros que diseñaban procesos, ahora
manejan simuladores los ingenieros ambientales, ingenieros de proceso y hasta
ingenieros de planta en su lugar de trabajo. Lo anterior se debe a que cualquier tipo
de ingeniero, con poca o ninguna instrucción de programación, a través de la
simulación puede resolver procesos complejos (García, et al., 2008). En principio,
la simulación de procesos puede ser útil en todas las etapas del desarrollo de un
proyecto industrial. En las diferentes etapas de un proyecto, puede haber necesidad
de realizar simulaciones con diferentes niveles de sofisticación. La simulación de
procesos puede usarse en las siguientes etapas de desarrollo de un proyecto
industrial:
a) Investigación y desarrollo. una simulación sencilla se puede usar para
probar la factibilidad técnica y económica del proyecto.
b) Etapa crítica en la toma de decisiones. se prueban diferentes alternativas
de proceso y condiciones de operación y se toman decisiones. cuando un
proceso es económicamente atractivo, se deben probar diferentes
alternativas de tamaño y localización de la planta industrial y determinar
condiciones de operación óptimas.
c) Planta piloto. simulación con modelos más sofisticados para obtener
mejores estimaciones de operación a escala industrial.
d) Diseño. la simulación proporciona todos los datos de proceso requeridos
para el diseño detallado de los diferentes equipos.
34
e) Simulación de plantas existentes. puede ser útil cuando es necesario
cambiar las condiciones de operación, o cuando se quieren sustituir
materias primas.
Aun cuando en sus inicios la simulación de procesos estuvo enfocada
principalmente a la industria petroquímica y de refinación de petróleo, su aplicación
se ha ido extendiendo a otras industrias tales como la de combustibles sintéticos,
pulpa y papel, cemento, metales, minerales, alimentos, etc., en donde se involucra
la fase solida (García, et al., 2008).
3.2.1 Ventajas del análisis y simulación de procesos
Desde un punto de vista más general, el análisis y simulación de procesos
industriales presentan las ventajas que se señalan a continuación:
i.
Experimentación económica. Es posible estudiar procesos existentes de una
forma más rápida, económica y completa que en la planta real. La simulación
puede aumentar o reducir el tiempo real de una forma análoga a como una
cámara cinematográfica acelera o retarda las imágenes; de esta forma se
puede observar más fácilmente la operación del sistema.
ii.
Extrapolación. Con un modelo matemático adecuado se pueden ensayar
intervalos extremos de las condiciones de operación, que pueden ser
impracticables o imposibles de realizar en una planta real. También es
posible establecer características de funcionamiento.
iii.
Estudio de conmutabilidad y evaluación de otros planes de actuación. Se
pueden introducir nuevos factores o elementos de un sistema y suprimir otros
antiguos al examinar el sistema con el fin de ver si estas modificaciones son
compatibles. La simulación permite comparar distintos diseños y procesos
que todavía no están en operación y ensayar hipótesis sobre sistemas o
procesos antes de llevarlos a la práctica.
iv.
Repetición de experimentos. La simulación permite estudiar el efecto de la
modificación de las variables y parámetros con resultados reproducibles. En
35
el modelo matemático se puede introducir o retirar a voluntad un error, lo cual
no es posible en la planta real.
v.
Ensayo de sensibilidad. Se puede ensayar la sensibilidad de los parámetros
de costos y los parámetros básicos del sistema; por ejemplo, un incremento
de un 10% en la velocidad de alimentación podrá tener; según los casos, un
efecto mínimo o un efecto muy importante sobre el funcionamiento de la
instalación.
vi.
Estudio de la estabilidad del sistema. Se puede examinar la estabilidad de
sistemas y subsistemas frente a diferentes perturbaciones.
Por estas razones, se puede concluir que el análisis de procesos constituye un
elemento muy importante para tomar una decisión más científica y responsable a
nivel industrial.
3.3 Simuladores de procesos comerciales
Existe una gran variedad de simuladores de procesos comerciales, algunos de las
cuales son poderosas herramientas de cálculo en procesos industriales, con
enormes bases de datos y un fuerte respaldo de bibliotecas para cálculos de
equipos y bibliotecas de modelos para cálculos termodinámicos, que le dan al
simulador la ventaja de una gran versatilidad. Algunos de estos simuladores de
procesos son para propósitos generales, entre ellos se encuentran, Aspen Plus y
Spcedup (de Aspen Technology, USA), Pro II (de Simulations Sciences, USA),
Hysys (de Hyprotech, Canadá), Chemcad (de Chemstations, USA), etc. Aspen Plus,
Pro II y Chemcad son simuladores de procesos en estado estable, Speedup es un
simulador de procesos dinámicos y Hysys es útil para los dos tipos de simulación
(Martínez, et al., 2000).
Un aspecto muy importante en los simuladores de procesos, es la disponibilidad de
propiedades termodinámicas y de transporte de las corrientes del proceso, estas
propiedades son fundamentales para efectuar los balances de materia y energía al
grado de que si tenemos buenos datos o buenas correlaciones para las
propiedades, entonces los resultados de la simulación serán altamente confiables.
36
Los simuladores modernos deben permitir la selección de los modelos de
propiedades termodinámicas adecuados para la naturaleza de los componentes
químicos, estado de agregación y condiciones de operación. Las corrientes del
proceso pueden ser:

Gases a baja y alta presión.

Soluciones liquidas con componentes no polares, polares y electrolitos a baja
y alta presión.

Sólidos en suspensión o finamente divididos
Estas características son las que permiten que un simulador de procesos pueda
representar una gran variedad de plantas industriales. Los modelos matemáticos
son el elemento esencial de un simulador de procesos como las leyes de
conservación, termodinámica y restricciones de control y diseño. Los sistemas de
ecuaciones algebraicas y diferenciales dan forma al modelo matemático del proceso
completo. La resolución en los simuladores comerciales parte de:

Un modelo secuencial modular basado en subrutinas de cálculo para cada
unidad de proceso, cálculo de variables de salida en función de las de
entrada y un procedimiento iterativo (ciclos).

Un método orientado a ecuaciones de resolución simultánea.

Un método modular simultáneo con ventajas de los métodos anteriores,
implicando sistemas de ecuaciones simplificados y modelos ingenieriles
aproximados o representaciones lineales de los modelos rigurosos.

Propiedades físicas, termodinámicas y de transporte.

Elección del modelo con intervalos específicos de condiciones de acuerdo a
los tipos de sustancias.
También se toman en consideración criterios como la naturaleza de los
componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la mezcla; intervalo de
composición, temperatura y presión; y tipo de aplicación (equilibrio vapor-líquido,
líquido-líquido, una fase, etcétera) (Martínez, et al., 2000).
37
En el mercado se encuentran disponibles una gran serie de simuladores, algunos
de ellos son poderosas herramientas de cálculo con una inmensa base de datos
que contienen las propiedades físicas de miles de compuestos y sustancias
químicas, selección de modelos termodinámicos, que entrega al simulador la
ventaja de una gran versatilidad, a continuación en la Tabla 9 se muestran algunas
características principales de los paquetes actuales de software para simulación:
Tabla 9. Principales características de simuladores comerciales (Martínez, et al.,
2000).
PROGRAMAS
MATLAB
SIMULINK
MATHCAD
WIN SIM INC, Design
II
ASPEN PLUS
HYPROTECH
(HYSYS)
PRO II
CHEMCAD
CARACTERISTICAS
Potente paquete matemático muy flexible, con
posibilidades gráficas para la presentación de datos.
Basado en MATLAB. Mejora en cuanto a
interactividad (diseño, gráficos, etc.)
Permite resolver, analizar y compartir cálculos
matemáticos de forma sencilla.
Simulación completa de plantas de proceso ya sea
en estado estacionario o dinámico, con
dimensionado de tuberías, intercambiadores,
columnas, etc.
Simulación completa de plantas de proceso en
estado estable, ofrece la más amplia variedad de
herramientas para construir y optimizar los modelos
de procesos incluyendo el de mejor en su clase de
propiedades físicas, capacidad de manejar sólidos,
líquidos y gases de procesos. Puede usarse para
optimizar plantas en condiciones variables.
Simulación estacionaria y dinámica e ingeniería de
control, utilizado por los líderes mundiales de los
productores de petróleo y gas, refinerías y empresas
de ingeniería para optimizar el diseño de procesos y
operaciones.
Simulador de procesos en estado estacionario diseño
de procesos y análisis en la química, el petróleo, gas
natural, procesamiento de sólidos, etc.
Simulador de proceso en estado estable, maximiza la
rentabilidad mediante el diseño más eficiente, reduce
costos, rediseño de proyectos, procesos y
optimización; las aplicaciones más comunes son
destilaciones, reacciones, cálculos ambientales,
análisis de seguridad, etc.
38
3.4 Simulador ASPEN PLUS
A través de las industrias de procesos químicos, las empresas se enfrentan a
desafíos económicos mundiales, las condiciones dinámicas del mercado, y
presiones de la competencia para mejorar la calidad y reducir el tiempo de
lanzamiento al mercado. Las empresas deben encontrar formas innovadoras de
reducir el capital, operación de costes y aumentar la eficiencia de ingeniería con el
fin de maximizar la planta, el rendimiento del negocio y la rentabilidad. Aspen Plus
proporciona la solución para satisfacer esta necesidad, la solución de la ingeniería
y los problemas operativos que se presentan a lo largo del ciclo de vida de un
proceso químico (ASPENTech, 2012).
Advanced System for Process Engineering (Aspen) fue desarrollado en la década
de 1970 por investigadores del Laboratorio de Energía del Instituto Tecnológico de
Massachusetts (MIT). Este programa ha sido comercializado desde 1980 por la
compañía Aspen Technology, la cual es líder en herramientas de modelado de
proceso de diseño conceptual, optimización y monitoreo de desempeño para la
industria química, polímeros, especialidades químicas, metales y minerales. El
simulador comercial aspen plus es una herramienta de modelado de procesos, tiene
un historial probado de proporcionar beneficios económicos sustanciales a lo largo
del ciclo de vida del proceso de ingeniería, desde el diseño conceptual y la
ingeniería hasta la producción. Con él, el poder de simulación y optimización de
procesos, ofrece una única combinación de la tecnología de modelado y facilidad
de uso. Aspen permite a las empresas diseñar rápidamente nuevos procesos,
ofrecer nuevos productos al mercado más rápidamente y optimizar la producción
(ASPENTech, 2012).
Aspen Plus predice el comportamiento de proceso, utilizando relaciones de
ingeniería tales como balances de masa y energía, tipo de fases, química de
equilibrio y cinética de la reacción. Con propiedades físicas fiables, datos
termodinámicos, las condiciones reales de funcionamiento y modelos de equipos
rigurosos, los ingenieros son capaces de simular el comportamiento real de la
planta. Las aplicaciones incluyen la mejora de la productividad y reducir los costos
39
de ingeniería, permite reducir las emisiones del consumo de energía y gases de
efecto invernadero, provee mejoras de los rendimientos y la calidad de productos,
ayuda a minimizar los costos operativos y de capital, así mismo contiene módulos
de optimización de las operaciones de planta (ASPENTech, 2012).
Actualmente Aspen Plus posee una de las bases de datos más completa de
componentes puros y los datos de fase de equilibrio para los productos químicos
convencionales, electrolitos sólidos y polímeros. Actualización periódica de los
datos de los EE.UU. por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST)
que asegura el acceso fácil a los mejores datos experimentales de propiedades,
permitiendo a los ingenieros de procesos salvar meses de esfuerzo en el desarrollo
de modelos de procesos químicos. AspenTech y NIST han obtenido el prestigioso
R&D 100 Award para la innovación de software en el reconocimiento de la
importancia y el impacto en las industrias químicas de procesamiento (ASPENTech,
2012). Aún más, Aspen es flexible y fácil de usar, ya que emplea algoritmos de
cálculo basados en un método secuencial modular y un método orientado a
ecuaciones.
3.4.1 Compontes de Aspen Plus
El paquete de simulación se puede dividir en tres bloques fundamentales:

Simulation Engine: Es el núcleo o motor del programa, escrito en Fortran
es el que soporta todo el modelo desde la lectura del archivo de entrada que
describe el proceso hasta su resolución por algoritmos numéricos. Tiene
diferentes módulos aparte del de simulación: optimización, estimación,
regresión. Aspen divide la biblioteca de modelos en las siguientes categorías:
Alimentaciones y productos, mezcladores y separadores, flashes y
cambiadores, destilación shortcut, separaciones rigurosas (destilación,
extracción, absorción), reactores, bombas y compresores, tuberías, sólidos y
cristalización. Para cada modelo seleccionado existen diferentes iconos
(ASPENTech, 2001).
40

Graphic User Interface: Es la interface gráfica de usuario para la creación
de modelos. Posee un sistema experto que va guiando en la construcción de
un modelo, contiene un modo de dibujo en el cual se puede rotular ‘adornar’
la descripción del modelo (lo que se haga aquí no afecta a éste). Tiene un
menú de iconos que se identifican con los modelos de su biblioteca y ayuda
con hiperlinks, de forma que se accede de rápidamente a las diferentes
opciones (ASPENTech, 2001).

Physical Properties: Las propiedades físicas son los métodos y modelos
empleados para el cálculo denominado Option Sets (conjunto de opciones).
Posee un bancos de datos con modelos termodinámicos y propiedades de
un gran un número de componentes: orgánicos, inorgánicos, electrolitos y
sólidos. Las propiedades más empleadas son: coeficientes de fugacidad,
entalpías, densidades, entropías, energías libres, de acuerdo a lo que se
quiere emplear se selecciona directamente el método termodinámico: NRTL,
Wilson, Peng-Robinson, Redlich-Kwong, SRK, UNIFAC, UNIQUAC, etc. Se
deben seleccionar según el tipo de componentes y condiciones de operación
de trabajo: mezclas ideales, hidrocarburos y gases de hidrocarburos,
mezclas no polares, mezclas altamente no ideales, asociación y dimerización
en fase vapor, mezclas polares, aminas, petróleo, etc. (ASPENTech, 2001).
3.4.2 Usos de Aspen Plus.
Aspen Plus es una herramienta que ha empleado para modelar procesos en
industrias. Por ejemplo, Fonsecaa y Knappb, (2000) proponen la evaluación de un
proceso de biotecnológico industrial a través de la simulación de cada una de las
operaciones del proceso global. También ha sido aplicado para el diseño de
procesos químicos industriales, donde se han logrado determinar las condiciones
óptimas de operación y la predicción de fallos (Shanklin, et al., 2001). Por su parte,
Doherty, et al., (2009) propusieron la simulación del proceso de gasificación de la
biomasa con el propósito de predecir el rendimiento gasificador a diferentes
condiciones de operación. Sus resultados muestran que Aspen Plus permite
mejorar la eficiencia mediante la adecuada distribución energética. Así mismo en la
41
industria alimentaria se ha demostrado que la simulación de procesos puede
desempeñar un papel importante en la integración y la optimización del proceso.
Lipnizki, et al., (2002) propuso su uso para la simulación de la pervaporación en la
recuperación de compuestos aromáticos naturales.
Aspen Plus también ha si usado para el desarrollo de una plantas piloto,
específicamente para el proceso de destintado de papel reciclado a través de la
aplicación de enzimas. Los resultados de esta propuesta reflejaron que el uso de
este simulador es posible reducir energía y se generan las bases para el
escalamiento a proceso industrial (Bajpai, 2008).
42
CAPÍTULO IV
METODOLOGÍA
4.1 Descripción del proceso de producción del queso mysost de
lactosuero
Las etapas del proceso de producción del queso mysost se muestran a
continuación:

Recepción del suero: El suero proveniente de las queserías será
recolectado en tanques de enfriamiento para su óptima conservación a una
temperatura de 4 º C. Posteriormente será bombeado a las pipas para su
transporte hasta la planta. En la instalación, el suero será trasladado a unos
tanques de almacenamiento, los cuales contienen una manta que funcionará
como filtro para retener las partículas sólidas que se encuentran en el suero
como restos de cuajada.

Filtración: La filtración consiste en tomar el suero de los tanques en los que
es depositado y se pasa por una malla fina que eliminará, mediante
separación, todas las impurezas sólidas que este pueda tener. Después se
llevará a otro depósito.

Pasteurización: El suero es bombeado del tanque de almacenamiento
después hacia el pasteurizado, donde es sometido a un proceso térmico que
elimina los gérmenes patógenos para la salud humana y las enzimas que
pueden causar descomposición química de los productos, para evitar así
alteraciones en su sabor o composición. Este proceso se realizará a través
de un proceso automatizado, en el cual el suero se conduce por una serie de
placas con temperaturas entre los 72 º C-74 º C.

Enfriado: Luego el suero se enfría rápidamente con agua a 34 º C.

Adición y mezcla de componentes: Una vez que el suero ha sido
pasteurizado, se procede a agregarle la porción de crema para su mezclado.
Este paso puede ser omitido, ya que el aporte de la crema a la mezcla no es
significativo.
43

Homogenización: Por medio de este proceso, se hará una mezcla
homogénea de todo el lacto suero que sea recolectado para su
procesamiento, con el fin de que tenga una misma calidad y de romper los
coágulos de grasa que pudiera contener antes de ser llevado a los aljibes de
almacenamiento nuevamente.

Evaporación: es una operación de separación cuyo objetivo es la
concentración de una disolución. Básicamente consiste en separar
parcialmente el disolvente volátil de la disolución por ebullición de ésta, de
forma que el vapor del disolvente se separa y condensa posteriormente,
quedando una disolución más concentrada. En un evaporador se concentrará
la mezcla de ingredientes de un 0.05% inicial a un 50% - 55% de sólidos.

Texturizado: Para darle el acabado final en cuanto a textura y composición,
la mezcla se calienta a 110ºC durante varios minutos en un intercambiador
de calor de superficie raspada.

Llenado y empaque: Una vez que se obtiene la pasta deseada y para
proteger al queso de daños mecánicos de contaminación química,
microbiana, de oxígeno, de vapor de agua y la luz, en algunos casos, se
procede al empaque. El tipo de empaque utilizado para este fin juega un
papel importante en la vida del producto, brindando una barrera simple a la
influencia de factores, tanto internos como externos.

Almacenamiento: El producto empacado es transportado al cuarto frío para
su posterior almacenamiento, donde se recomienda mantenerse a 4ºC antes
de su distribución y no exceder un período de 21 días. Sobrepasado este
período el queso ya habrá caducado (Scott, et al., 2002).
Las etapas anteriores se resumen en la Figura 1:
44
Figura 1. Proceso de producción del queso mysost (Scott, et al., 2002).
4.2. Simulación en Aspen Plus
El análisis del proceso de producción de Queso Mysost de lactosuero se realizó
mediante la simulación en Aspen Plus como se muestra en el apéndice A.1. Este
simulador ofrece una amplia gama de herramientas para la construcción de modelos
de procesos permitiendo generar un diagrama de las etapas del proceso. Además,
ofrece una amplia base de datos de las propiedades físico-químicas de diversas
sustancias. Sin embargo, las propiedades del lactosuero no están incluidas, por lo
cual para poder hacer el análisis e iniciar con las simulaciones del proceso
propuesto se incorporaron manualmente las propiedades físico-químicas más
importantes del lactosuero, para la simulación de nuestro caso de estudio se
consideraron se muestra en la Tabla 10.
45
Tabla 10. Composición del lactosuero (Ha y Zemel, 2003).
Componente
Agua
Lactosa
Proteínas
Vitaminas
Minerales
Total
Minerales
Ca
P
Na
Cl
S
K
Total
%
93
4.5
0.5
0.22
1.78
100
%
0.18
0.53
0.18
0.38
0.07
0.44
1.78
Fracción masa
0.0018
0.0053
0.0018
0.0038
0.0007
0.0044
4.2.1 Condiciones de alimentación y de los equipos
Para poder llevar a cabo el proceso de producción del queso mysost, primero se
analizaron las características de los equipos y se seleccionaron los más adecuados
para realizar este proceso, el criterio de selección se basó con respecto a lo
establecido en la literatura. Para el filtro se tomó como referencia a Irfan (2011)
donde menciona el diseño y las condiciones adecuados para trabajar con productos
lácteos, para el proceso de pasteurización se requiere un intercambiador de placas
de dos corrientes, sin embargo aspen no cuenta con este tipo de intercambiador, es
por ello que se seleccionó el equipo que más se ajustara a dichas condiciones, en
este caso es el HeatX debido a que los otros equipos son utilizados para trabajar
con múltiples corrientes, en la etapa de enfriado solamente se requiere enfriar
rápidamente la solución, por ello se seleccionó un Heater donde la función principal
es enfriar o calentar dichas soluciones. Para el proceso de mezclado existen tres
tipos de mezcladores (Mixer, SSplit, FSplit), el equipo que cumple con las
características específicas para llevar a cabo este proceso es el Mixer el cual se
diferencia de los otros equipos debido a que tiene una sola corriente de salida. De
acuerdo a ASPENTech (2001) el equipo adecuado para llevar a cabo la evaporación
es el Flash 2, donde la función principal es evaporar el componente más volátil,
finalmente en el proceso de texturizado se eligió un HeatX debido a que solo se
46
necesitan dos corrientes de entrada, donde la finalidad es eliminar el agua que aun
contenga el producto. La descripción de cada uno es la siguiente:
Alimentación
El diagrama que representa la sección de filtrado se muestra a continuación:
Figura 2. Sección de filtrado.
En esta etapa se seleccionó en la parte de sólidos un filtro, se introdujeron los
valores de la temperatura y presión, la temperatura es de 4° C ya que a esa
temperatura se encuentra en los tanques de almacenamiento la presión es de 1
atm. durante el proceso de filtración. La fase seleccionada para la filtración era fase
de diseño, la velocidad del filtro es de 10-60 revoluciones por hora y la presión caída
fue de 0.8 atmosfera, la anchura y el diámetro de filtrar son 0.75m y 0.37
respectivamente (Irfan, 2011)
Pasteurización
El propósito de esta etapa es reducir ligeramente el nivel de bacterias patógenas o
no patógenas a través de un procedimiento controlado que no daña las
características nutricionales del alimento.
A través del proceso de pasteurización el lactosuero se somete a un tratamiento
térmico de acuerdo con los tiempos y temperaturas establecidas: la pasteurización
47
tiene como objetivo destruir una cierta cantidad de microbios. Esta sección se
representa con un calentador (HeatX), como se muestra en la siguiente figura:
Figura 3. Sección de pasteurización.
Las condiciones de entrada para el pasteurizador son: para la corriente LAC-SUER
serán las mismas que vienen del filtro ya que ahí no hay cambios de temperatura y
presión por que solo se encarga de eliminar las impurezas sólidas, en la corriente
de H2OCALOR el vapor de agua entra a 110° C y una 1atm. con un flujo de 80kg/hr.
En esta parte el suero se tendrá que calentar entre 72° y 74°C (Scott, et al., 2002).
Enfriado
Esta etapa de enfriado está constituida por un enfriador (Heater), como se muestra
a continuación:
Figura 4. Sección de enfriado.
48
Después de que el suero salió del pasteurizador entra en la corriente LAC-SUE1
con las mismas condiciones de temperatura entre 72° y 74°C y 1 atm.
posteriormente se enfría rápidamente con agua a 34° C (Scott, et al., 2002).
Homogeneización homagenizacion
En la Figura 5 se observa el diagrama que representa la sección de mezclado se
muestra a continuación:
Figura 5. Sección de mezclado.
Para llevar a cabo este proceso se usó un mezclador (Mixer), con la finalidad de
homogeneizar la calidad del producto. El cuidadoso control del proceso puede
mejorar la calidad y consistencia de la mezcla, la corriente LAC-SUE2 es la misma
que sale del enfriador (Scott, et al., 2002).
Evaporación
Esta sección permite remover un líquido de una mezcla, con el objetivo de separar
componentes o concentrar una solución. En el proceso de evaporación se comienza
con un producto líquido y termina con uno más concentrado. A continuación se
presenta el diagrama del proceso de evaporación:
49
Figura 6. Sección de evaporado.
Para simular el proceso de evaporación se utilizó un flash tipo 2, para la mezcla de
ingredientes de un 0.05% inicial a un 50-55% de sólidos. En este bloque se
incrementa la temperatura a 85° C y la presión es de 0.5 atmosferas (Scott, et al.,
2002).
Texturizado
Para finalizar y darle la textura adecuada al producto se usó un intercambiador de
calor (HeatX) En esta parte la mezcla se calienta a 110° C para quitarle el agua que
aun pueda tener (Scott, et al., 2002). Como se muestra en la siguiente figura
Figura 7. Sección de texturizado.
50
CAPÍTULO V
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este capítulo se describen los resultados de la simulación del proceso de
producción del queso mysost de lactosuero. La primera tarea para simular este
proceso en aspen fue encontrar los escenarios adecuados, debido a que este
proceso maneja sólidos. Aspen plus con cuenta con diversas platillas para manejar
componentes que contengan sólidos en este caso se utilizó la platilla solids with
metric units, además esto facilita el manejo de las unidades
[1].Después
de
seleccionar la platilla de sólidos, de haber incorporado las propiedades del
lactosuero a la base de datos de aspen y de haber realizado la metodología
mencionada en el capítulo IV se generó el siguiente diagrama de flujo del proceso
del queso mysost (Figura 8).
Figura 8. Diagrama de flujo en ASPEN del proceso de producción del queso Mysost.
[1]Realizar la simulación sin ninguna plantilla provoca varios problemas al correr la simulación debido a que la
composición general del lactosuero tiene sólidos.
51
Se introdujeron cada uno de los componentes tomando como base lo reportado en
Ha y Zemel (2003), donde por facilidad en el manejo de la concentración de los
componentes se introdujeron en fracción masa (ver Tabla 10). Además, todos los
componentes se agregaron a condiciones de temperatura y presión estándar (i.e.,
25°C y 1 atm). Bajo estas condiciones, los resultados de la simulación no presentan
información relevante del proceso, debido a que no se observan cambios en las
concentraciones de cada uno de los componentes a la salida, esta información se
puede observar en la Tabla 11.
Tabla 11. Fracción masa de las corrientes de proceso a condiciones estándar de
presión y temperatura.
CORRIENTE
LAC-
LAC-
SUE1
SUE2
277.15
375.0885
307.15
1
1
1
1
100.00
35.60
64.400
64.400
64.400
AGUA
0.93
0.994017
0.894611
0.894611
0.894611
SODIO
0.0018
0.000224
0.002670
0.002670
0.002670
CALCIO
0.0053
0.000224
0.008105
0.008105
0.008105
FOSFORO
0.0018
0.000646
0.002437
0.002437
0.002437
CLORO
0.00380
0.004073
0.003649
0.003649
0.003649
AZUFRE
0.0007
0.000224
0.000962
0.000962
0.000962
POTASIO
0.0044
0.000646
0.006512
0.006512
0.006512
LACTOSA
0.045
0
0.069875
0.069875
0.069875
VITAMINA-C
0.0072
0
0.011180
0.011180
0.011180
SUERO
SOLIDOS
LAC-SUER
Temperatura (K)
277.15
277.15
Presión (atm)
1
Flujo másico(kg/hr)
COMPUESTO
Mass frac
52
Continuación Tabla 11. Fracción masa de las corrientes de proceso a
condiciones estándar de presión y temperatura.
CORRIENTE
CONCENTR
H20VAPOR
SOL-LACT
QUES-MYS
Temperatura (K)
307.2
365.15
365.15
383.15
Presión (atm)
1
1
1
1
Flujo másico(kg/hr)
64.400
0
64.400
64.400
AGUA
0.894611
0
0.894611
0.894611
SODIO
0.002670
0
0.002670
0.002670
CALCIO
0.008105
0
0.008105
0.008105
FOSFORO
0.002437
0
0.002437
0.002437
CLORO
0.003649
0
0.003649
0.003649
AZUFRE
0.000962
0
0.000962
0.000962
POTASIO
0.006512
0
0.006512
0.006512
LACTOSA
0.069875
0
0.069875
0.069875
VITAMINA-C
0.011180
0
0.011180
0.011180
COMPUESTO
Mass frac
Como se observa en la Tabla 11 los cambios de concentración de los componentes
del queso mysost a la salida no son satisfactorios. De acuerdo a la Tabla 8 del
capítulo III, la composición del agua debe ser del 28% mientras que la lactosa debe
ser 46%, ya que dicha composición le da la consistencia adecuada al queso mysost
(Scott, et al., 2002). Sin embargo su composición, textura y color varía de acuerdo
a los ingredientes, a las condiciones de proceso y al contenido final de humedad.
Después de analizar la simulación del proceso global se logró identificar que el
equipo más importante es el evaporador (i.e., Flash 2), ya que en este es donde se
define la cantidad de agua contenida en el queso. Para encontrar los parámetros
adecuados para la producción de queso mysost, se realizaron diferentes corridas
53
donde se variaron las principales variables operativas del evaporador, con la
finalidad de regular la composición final de los sólidos a la salida y que está ligado
directamente con la textura final del queso mysost.
Debido a que se requiere la eliminación de agua en el evaporador, se consideraron
cambios en la presión y temperatura, encontrando que incrementos en la
temperatura y/o decrementos en la presión se favorece la evaporación del agua.
Por ejemplo, para una presión constante de 0.5 atm y una temperatura de 80°C, los
cambios en la concentración de salida de la corriente SOL-LACT no son
significativos, sin embargo si se cambia la temperatura a 85°C, se observa una
disminución de aproximadamente 30% en la cantidad agua en la corriente SOLLACT. Es importante resaltar que a 85°C y 0.5 atm, la composición del queso se
aproximan a los reportados en la literatura (ver Tabla 12).
Tabla 12. Fracciones masa de las corrientes del proceso.
T=80°C y 0.5 atm
T=85°C y 0.5 atm
CORRIENTE
CONCENTR
H2OVAPOR SOL-LACT
H20VAPOR
SOL-LACT
COMPUESTO
Temperatura (K)
307.2
353.15
353.15
358.15
358.15
Presión (atm)
1
0.5
0.5
0.5
0.5
Flujo
másico(kg/hr)
64.400
0.5237
63.976
43.88963
20.51037
AGUA
0.894611
0.57335
0.8958
0.99191
0.68638
MINERALES
0.024335
0.42667
0.04200
0.00809
6.056E-2
LACTOSA
0.069875
0
0.07033
0
0.2194
VITAMINA-C
0.011180
0
0.01125
1.076E-8
0.0351
Mass frac
54
La determinación de los valores adecuados de temperatura y presión a partir de
simulaciones individuales puede ser una tarea laboriosa, por lo cual se realizó un
análisis de sensibilidad paramétrica que permita identificar las regiones donde se
pueden obtener las mejores concentraciones del producto final.
5.1 Análisis de Sensibilidad
El análisis de sensibilidad permite estudiar el efecto en variables de proceso al hacer
cambios en una o varias variables de entrada. Es importante destacar que las
variables que se perturban deben ser entradas asignadas por el usuario y no pueden
ser variables calculadas durante la simulación. Aspen Plus contiene un módulo para
este análisis de sensibilidad, el cual se basa en bloques modulares secuenciales
para generar datos, tablas y/o gráficas, que son los resultados de las variables
asignadas para ser monitoreadas. La solución de estos bloques no tiene efecto en
la solución base, es decir, el análisis de sensibilidad es independiente de la corrida
realizada.
Para el análisis de sensibilidad se escogió la temperatura y presión del evaporador.
En la Tabla 13 se muestran las variables manipuladas en el proceso y los rangos
en los que éstas se variaron. Para identificar los cambios individuales de la presión
y temperatura en el proceso se consideró una constante frente a la variación de la
otra variable, esta constante se encuentra a 85°C y 0.5 atm, se tomó como base
esta debido a que con esos valores ya se observan los cambios en la composición
del queso y se aproximan a los reportados en la literatura.
Tabla 13. Listado de variables manipulables y casos para los análisis de
sensibilidad.
Variable manipulable
Rango
Temperatura K
298.15 - 378.15
Presión atm
0.2 – 1.5
55
Los resultados del análisis de sensibilidad considerando cambios en la temperatura
se muestra en la Figura 9, donde se observa que con cambios de temperatura se
alcanzan los valores de concentración de agua deseados, este análisis se realizó
tomando como base una presión de 0.5 atm.
Temperatura & % de agua
1
0.9
0.8
0.7
Mejor zona de
operacion de la
temperatura
% 0.6
A
G 0.5
U
0.4
A
0.3
0.2
0.1
0
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95 100 105 110
TEMPERATURA °c
Figura 9. Análisis de sensibilidad, temperatura contra % de agua.
Por otro lado, la variación de la presión se hizo considerando una temperatura de
85°C en un intervalo de 0. 2 a 1.5 atm. En la Figura 10 se puede observar que la
región donde se alcanzan los valores deseados de humedad está entre 0.5 y 0.57
atm.
56
Presión & % agua
1
0.9
0.8
0.7
% 0.6
A
G 0.5
U
A 0.4
Mejores regiones
de operación de
la presión.
0.3
0.2
0.1
0
0.15 0.23 0.31 0.39 0.47 0.55 0.63 0.71 0.79 0.87 0.95 1.03 1.11 1.19 1.27 1.35 1.43 1.51 1.59
PRESIÓN atm
Figura 10. Análisis de sensibilidad, presión contra % de agua.
Con el objetivo de localizar la zona de temperatura y presión adecuada para el
proceso del queso mysost se realizó un tercer análisis de sensibilidad, pero ahora
se efectuó combinando la presión y temperatura. Para esto se consideraron los
intervalos de 0.2–1.5 atm y 75-105°C, de la presión y temperatura, respectivamente.
Los resultados obtenidos se muestran en las Figuras 11 y 12.
57
Figura 11. Análisis de sensibilidad, temperatura contra presión.
Figura 12. Análisis de sensibilidad en 3D, temperatura contra presión.
58
De acuerdo a los resultados obtenidos se logra establecer que la temperatura tiene
una relación directamente proporcional con la presión, debido a que si se aumenta
la temperatura la presión también lo hará, de igual manera si se disminuye. Estas
variables dependen una de la otra para poder encontrar la fracción masa de agua
indicada, si una se ve afectada la otra también en la misma manera. Al disminuir la
presión en el evaporador se puede reducir la temperatura, es decir, se reduce el
consumo de energía y que al mismo tiempo reduce los costos de producción.
De acuerdo a este análisis se logra identificar las mejores condiciones de operación
para el proceso de producción del queso mysost de lactosuero, la temperatura se
establece en 90°C y la presión de 0.507 atm, es en esta región donde se cumple
con la composición adecuada del queso mysost.
5.2 Balance general de materia
Para determinar la relación de entrada-salida de cuantos kilogramos de queso se
producen por cada kilogramo de lactosuero empleado, se realizó el balance de
materia general del proceso. Considerando un flujo másico de lactosuero a la
entrada de 100kg/hr la Figura 13 ilustra el balance general de materia.
59
Figura 13. Balance de materia global.
60
El balance general indica que por cada 100 kg de lactosuero se generan 35.6 kg de
residuos sólidos, 54.4912 kg de vapor de agua y se producen 8.9 kg de queso. Este
resultado muestra un panorama general de la producción del queso mysost,
mostrando que es posible determinar mediante simulaciones numéricas las
condiciones de cada uno de los equipos que están presentes en el proceso.
Los balances de masa para los equipos más relevantes dentro del proceso (i.e., el
filtro y el evaporador) se muestran en las Figuras 14 y 15. El pasteurizador
(intercambiador de calor), enfriador y mezclador se consideran como procesos
secundarios debido a que en estos no hay separación de los componentes de la
corriente de lactosuero. En el apéndice A.2 se muestran los resultados de cada uno
de los equipos.
Figura 14. Balance de materia global en el filtro.
61
Figura 15. Balance de materia global en el evaporador.
El balance de masa en el evaporador muestra que la concentración final de agua y
lactosa son acorde a lo reportado en Scott, et al. (2002). La consistencia del queso
se da de acuerdo al contenido de humedad al final del proceso, el hecho de tener
mucha humedad genera quesos muy amargos y ácidos, la humedad también tiene
impacto en la formación de la corteza y en el crecimiento de MO en este tipo de
queso, esto ocurre porque el queso contiene excesiva humedad que hay que
reducir, también esto genera que el queso pueda comenzar a podrirse y arruinar su
consistencia (Frankel, 1986).
Por otro lado, la pérdida excesiva de humedad no es deseada debido a que las
cortezas necesitan ser completas, fuertes y flexibles, ni muy finas ni muy secas o
gruesas (luego es fácilmente resquebrajable), es por ello que el queso mysost tiene
que estar estrictamente dentro de las condiciones indicadas y sujetarse a
62
condiciones controladas, la humedad es un factor de calidad en la conservación de
este tipo de queso.
Con la finalidad de reducir costos energéticos sería factible utilizar como vía alterna
el vapor de agua generado en el evaporador para la alimentación de vapor del
pasteurizador o texturizador (ambos intercambiadores de calor), la distribución
adecuada y el control de su consumo, tendrán un gran impacto en la eficiencia total
del proceso y se vería reflejada en los costos de producción del vapor.
Realizar el proceso de producción del queso mysost tiene muchas ventajas o
fortalezas donde sobresalen que el producto tiene una caracterización única, la
obtención de materias primas es relativamente rápida, se cumplen con los
estándares de calidad para competir en el mercado, no se requiere de maquinaria
especializada, también tiene oportunidades de comercializarse por ser un producto
nuevo y nutritivo, el queso Mysost puede ser considerado como un alimento
saludable, el proceso de producción puede mejorarse como se muestra en este
trabajo encontrando las mejores condiciones de operación con el objetivo de que
resulte más barata la fabricación del producto.
En el proceso de producción del queso mysost, así como en muchos otros procesos
químicos, influyen diferentes variables en la operación del proceso, variables como
temperatura, presión, flujo entre otras. Para poder conocer y manipular éstas
variables fue fundamental realizar este análisis detallado de sensibilidad de la
operación de los equipos que influyen en su elaboración, en este caso el principal
fue el evaporador (flas2), ya que aquí se define la humedad que le da la composición
final al queso, de acuerdo a lo reportado en la literatura esta debe de ser de 28%.
Aspen Plus permitió predecir el comportamiento del proceso del queso utilizando
relaciones de ingeniería básicas tales como los balances de materia y energía,
equilibrio de fases, diseño de equipos y las características que se requieren para el
proceso en general; con datos termodinámicos confiables y condiciones de
operación reales.
63
Por otro lado se observó que la operación de cada uno de los equipos es
representada por un módulo. Este módulo permanece independiente y se conecta
al resto de los equipos. Cada módulo o equipo es caracterizado por una serie de
entradas, parámetros de diseño y de operación del equipo generando un conjunto
de variables de salida. Cada módulo contiene métodos específicos de solución. Las
salidas de un módulo son las entradas del siguiente. Cada módulo es resuelto de
forma independiente y secuencial según la estructura del diagrama de flujo, de
acuerdo a los resultados obtenidos este trabajo es viable viéndolo desde el punto
de vista ingenieril debido a que en la localidad (Miahuatlán) que se toma como
referencia, ya cuenta con una amplia cantidad de los equipo para realizar el proceso
del queso mysost, se cuenta con un filtro, pasteurizador y un mezclador, que
tendrían que adecuarse a los parámetros de diseño que se utilizaron en esta
simulación.
De acuerdo a las condiciones de operación encontradas en el presente trabajo se
necesitaría un evaporador de doble efecto, de acuerdo a Warren y Julian, 2003 el
evaporador de doble efecto utiliza un ciclo natural de calentamiento externo y un
sistema de evaporación por presión de vacío inversa. Este se caracteriza por su
rápida evaporación y la concentración es alta, usando para diversos productos
lácteos. También este método de operación es utilizado cuando la temperatura de
ebullición o cuando el producto del último efecto es susceptible a sufrir daño con
altas temperaturas. Las temperaturas de ebullición van descendiendo de efecto en
efecto, lo que significa que la presión ira disminuyendo.
La instalación de estos equipos debe ayudar a los productores de queso a reducir
el impacto ambiental que ocasiona el vertido del lactosuero sobre los ríos. Una vez
hecha la instalación, se debe tener en cuenta la generación de costos que se
derivaran de la operación de los equipos y el mantenimiento del sistema, además
de la mano de obra destinada al control del proceso, todo esto pensando en una
producción a gran escala.
64
CONCLUSIONES
Las vías de utilización del lactosuero son numerosas, sin embargo en muy pocas
empresas se reutiliza, esto es debido a la falta de metodologías y a la escasa
información que se tiene de las condiciones de operación de los procesos de
elaboración de productos a base de lactosuero, lo que conduce a que se esté
desperdiciando materia prima y generando grandes problemas ambientales por su
vertido a los cuerpos de agua. Por lo cual en este trabajo se propuso la evaluación
el proceso de elaboración del queso mysost a partir de lactosuero, mediante la
simulación en Aspen Plus para determinar las condiciones de operación adecuadas
de los equipos. A continuación se describen las contribuciones más importantes
generadas en este trabajo,

Al incorporar los componentes más importantes del lactosuero a la base de
datos de Aspen Plus, este se vuelve una poderosa herramienta para analizar,
de forma rápida y económica, el proceso de elaboración del queso mysost a
partir de lactosuero. La simulación del proceso global requiere del manejo de
las plantillas para el manejo de componentes sólidos.

A pesar de la amplia gama de herramientas para la construcción de modelos
de procesos, Aspen no contempla los equipos como el evaporador y
pasteurizador. Por lo cual se buscaron los equipos alternos más
convenientes para llevar a cabo el proceso de producción de queso mysost.
Para el pasteurizador se usó un intercambiador de calor y un enfriador, ya
que su objetivo general es eliminar gérmenes patógenos con incrementos y
descensos de temperatura, y para el evaporador el equipo que más se acopla
a este proceso es un flash2, donde la finalidad es evaporar el componente
más volátil de la corriente de lactosuero.

La determinación de las condiciones adecuadas de operación del evaporador
se realizó mediante un análisis de sensibilidad de las variables importantes
del proceso (i.e., la temperatura y la presión). Los resultados mostraron que
la mejor zona de operación se encuentra a 90°C y 0.507 atm. Además, estos
resultados pueden ser usados como una guía para la reducción de costos de
65
operación debido a que se conoce como cambia la concentración en función
de la temperatura y presión del evaporador.

En el balance general se indica que por cada 100 kg de lactosuero se genera
un total de 8.9 kg de queso mysost, el cual cumple con las concentraciones
reportadas en la literatura.

Los resultados encontrados en este trabajo pueden ser usados como una
guía para la implementación del proceso en pequeñas y medianas industrias.
En particular, es viable para la zona quesera de la región Miahuatlán, ya que
cuentan con una amplia cantidad de la maquinaria necesaria para llevar a
cabo este proceso. Por lo cual, los gastos de inversión serán menores y solo
será necesario dicha inversión para el equipo de manufactura. Bajo este
panorama el impacto económico será rentable por la cantidad de queso
mysost que se produce y las empresas que generan una gran cantidad de
lactosuero podrían obtener una utilidad importante de esta materia prima.

Es importante mencionar que además de los beneficios económicos que se
pueden generar, se puede reducir el impacto ambiental que se genera al
verter este subproducto a los cuerpos de agua.
66
APÉNDICES
A.1 manual para realizar simulación en Aspen Plus del proceso de producción
del queso mysost
1.- El primer cuadro de diálogo que encuentra le pide que seleccione entre una simulación
nueva, o elegir una simulaciones guardadas en disco. Aquí seleccione comenzar una nueva
simulación. Usted puede elegir entre una simulación en blanco o una plantilla. Aquí elija
una plantilla. Seleccionar plantilla y Aceptar. La imagen 1 ilustra este cuadro de diálogo con
algunas de las selecciones importantes que se trataron destacándolas con óvalos rojos.
Imagen 1. Cuadro de diálogo de apertura en Aspen Plus
2.- El siguiente cuadro de diálogo tiene dos pestañas - uno para las simulaciones y uno
para las refinerías. Seleccione la pestaña de simulación. Además, la esquina inferior
derecha tiene una lista desplegable llamada Run Type. Elija flowsheet. La imagen 2 ilustra
este cuadro de diálogo.
Imagen 2. Segundo cuadro de diálogo en Aspen Plus con la selección del tipo de proceso y tipo de
ejecución.
67
3.- Usted debe tener ahora una ventana en blanco de simulación de procesos. Además,
debe existir la serie de opciones de las operaciones unitarias denominada Modelos de la
Biblioteca en la parte inferior del cuadro de diálogo. Esta página se ilustra en la imagen 3.
Ahora está listo para la construcción de una simulación.
Imagen 3. Ejemplo de una simulación en blanco, punto de comienzo.
Construyendo el diagrama de flujo
Seleccione los equipos de los Modelos de la Biblioteca y colóquelos en el diagrama de flujo
arrastrándolo a la zona en blanco de la pantalla. Seleccione material streams, ubique la
alimentación proceso y conecte la corriente con el equipo. Una vez finalizado las
conexiones de la alimentación y productos, presione el botón siguiente (botón N azul).
Aparecerá una ventana, indicando que el diagrama de flujo está completo, y preguntando
si desea ver la siguiente forma de entrada presione OK.
Imagen 4. Diagrama del proceso completo.
68
La imagen 5, muestra la ventana de especificaciones, introduzca el título de su simulación,
seleccione la pestaña Accounting, e introduzca la información de su proyecto, presione el
botón siguiente (N azul).
Imagen 5. Ventana de especificación del proceso.
La imagen 6, muestra la ventana de especificaciones de los componentes. En esta ventana
puede introducir los componentes, si conoce la formula, escriba está en el campo formula,
o el nombre en el campo nombre si lo conoce en Ingles. Una vez introducidos todos los
componentes presione siguiente
Imagen 6. Ventana de especificación de los componentes
69
Seleccione el método base termodinámico a utilizar. Presione siguiente, se le preguntara si
desea ir a la siguiente etapa o desea proporcionar información adicional de las propiedades.
Seleccione vaya a la siguiente etapa de especificación, y presione OK.
Imagen 7.Ventana de especificación del modelo termodinámico
La imagen 8 muestra la ventana de especificación de la corriente de entrada SUERO,
observe el título de la ventana. Introduzca la temperatura y presión de la alimentación.
Observe que las unidades pueden ser cambiadas, acorde a su selección. Seleccione el tipo
de base para los componentes e introduzca sus valores.
Imagen 8.Ventana de especificación de la corriente de alimentación
70
Después de presionar siguiente se selecciona CISOLIDS, para introducir el porcentaje de
los componentes sólidos, ver imagen 9.
Imagen 9. Ventana de especificación de la corriente de alimentación de sólidos.
Se introducen los valores de las corrientes H2OCALOR y H20-VAP, ambas con las mismas
condiciones, como se observa en la siguiente imagen 10.
Imagen10. Ventana de especificación de las corrientes de alimentación de vapor.
71
La siguiente ventana es la de especificación del Heater. Introduzca la temperatura y presión
del enfriador. Presione siguiente.
Imagen 11. Ventana de especificación del enfriador.
A continuación se muestra la ventana con las especificaciones del flash 2. Introduzca la
temperatura y presión del evaporador. Presione siguiente.
.
Imagen 12. Ventana de especificación del evaporador.
72
Posteriormente introducir las especificaciones del filtro donde se selecciona Simulation, se
introduce el diámetro, ancho y las revoluciones
Imagen 13. Ventana de especificación del filtro.
Después de presionar siguiente se selecciona Filter cake, para introducen los valores de
las partículas, imagen 14.
Imagen 14. Ventana de especificación del filtro, Filter cake.
73
Los valores del bloque homogeneización (Mixer) son dados por el mismo programa, no hay
que cambiar ni agregar nada. Se introducen las especificaciones de los intercambiadores
de calor (pasteurizador y texturizador) ambos con las mismas características.
Imagen 15. Ventana de especificación del pasteurizador.
La simulación se llevara a cabo, presione siguiente, si desea ver los resultados de las
corrientes de salida, presione en el lado izquierdo de la ventana Streams.
Imagen 16.Ventana de resultados
74
A.2 Equipos
Las Tablas que se muestran a continuación expresan los resultados de cada uno
de los equipos de la simulación estos concuerdan con los ya establecidos, como
temperatura a la entrada y salida, fracción de vapor, presión, etc.
Filtro (Filter)
Resultados del Filtro.
Caída de presión
3.7339E-14
atm
Diámetro de filtro
0.37
metros
Ancho de filtro
0.75
metros
Caudal másico de sólidos totales
6.44
kg/hr
0.58501026
l/min
1
m/kg
0.45
-----
Flujo de volumen de filtrado
Resistencia a la filtración
Porosidad promedio
Pasteurizador (HeatX)
Resultados del pasteurizador.
Entrada
Salida
H2OCALOR
VAPOR
383.15
375.04
Presión (atm)
1
1
Fracción de vapor
1
0.80619166
LAC-SUE
6
277.15
375.08
1
1
0.00055007
0.08805761
Corriente caliente
Temperatura (K)
Corriente fría
Temperatura (K)
Presión (atm)
Fracción de vapor
75
Enfriado (Heater)
Resultados del bloque Heater.
Temperatura de salida
307.15
K
Presión de salida
1
Atm
Fracción de vapor
0
-----
Homogeneizado (Mixer)
Resultados del mezclado.
Temperatura de salida
307.15
K
Presión de salida
1
Atm
Fracción de vapor
0
-----
Evaporador (Flash2)
Resultados del evaporador
Temperatura de salida
363.15
K
Presión de salida
0.507
Atm
Fracción de vapor
0.95918831
-----
Texturizado
Resultados del texturizado
Entrada
Salida
H2OCALOR
VAPOR
383.15
375.04
Presión (atm)
1
1
Fracción de vapor
1
0.98939599
LAC-SUE
6
365.15
383.15
0.5
0.5
0
0.55159014
Corriente caliente
Temperatura (K)
Corriente fría
Temperatura (K)
Presión (atm)
Fracción de vapor
76
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