A pesar de que ha pasado mucho tiempo desde que se inició la elaboración industrial de alimentos, la base de estos procesos es muy similar. En realidad, se han ido simulando o adaptando los sistemas de producción a la obtención de alimentos lo más parecidos posible a los tradicionales. Uno de estos sistemas es el de la filtración por membrana, técnica que reduce, sin necesidad de utilizar tratamientos térmicos, la contaminación microbiana y elimina los ingredientes no deseados.
En las últimas décadas se ha apreciado un cierto cambio en la introducción de nuevas tecnologías capaces de desarrollar alimentos que en su base son similares a los tradicionales pero que en la práctica son sensiblemente diferentes. Así, se obtienen alimentos con poca sal, sin azúcar, sin alcohol, sin gluten o con formulaciones diferentes según la demanda del mercado. Incluso se crean nuevos alimentos con ventajas para la salud de los consumidores.
Algunas de las nuevas tecnologías están relacionadas con los nuevos materiales, el envasado, los gases, la aplicación de temperaturas o la aplicación de presiones. Los alimentos fruto de estas tecnologías requieren, en algún momento de su elaboración y procesado, una separación específica de partículas. Para ello, se está aplicando la tecnología de la filtración por membrana, que actualmente pone a disposición de los consumidores productos a un precio adecuado y que, en un futuro inmediato, podrá solucionar algunos de los problemas planteados por la industria alimentaria.
Filtración por membrana
La filtración por membrana constituye un modo eficaz de lograr una calidad similar a la de los alimentos frescos con una menor contaminación microbianaLa filtración por membrana es una de las tecnologías más modernas utilizadas para la clarificación, concentración, separación de componentes, desalación y purificación de bebidas. También puede aplicarse para incrementar la seguridad de algunos productos alimentarios sin tener que recurrir a tratamientos térmicos. En este caso, los resultados no permiten su aplicación inmediata ya que todavía se encuentra en fase de estudio. Sin embargo, y teniendo en cuenta las mejoras esperables en el futuro, sería posible la obtención de alimentos similares a los frescos sin necesidad de pasteurización o con un tratamiento térmico mucho más suave.
El principio de actuación de esta técnica es bastante simple. La membrana funciona como una pared de separación selectiva. De esta forma, algunas sustancias pueden atravesar la membrana, mientras que otras quedan atrapadas en ella. Por ello, la filtración de membrana se puede utilizar como una alternativa a la floculación, las técnicas de purificación de sedimentos, la adsorción (filtros de arena y filtros de carbón activado, intercambiadores iónicos), extracción y destilación.
Hay dos factores que determinan la efectividad de un proceso de filtración de membrana y que dependen del tipo de membrana utilizado:
- Selectividad: se expresa mediante un parámetro llamado factor de retención o de separación (L/m2/h)
- Productividad: se expresa mediante un parámetro llamado flujo (L/m2/h).
No obstante, los fluidos no atraviesan las membranas porque sí, sino que requieren energía, factor que obliga a aplicar alta presión, a mantener un gradiente de concentración en ambos lados de la membrana y/o la introducción de un potencial eléctrico.
Ventajas
La separación precisa de partículas es cada vez más importante en la producción de cerveza, zumo de manzana y muchos productos lácteos. La tecnología de membrana se ha convertido en una parte importante de la tecnología de la separación en los últimos decenios. Su importancia radica en el hecho de que trabaja sin la adición de productos químicos, con un uso relativamente bajo de energía y conducciones de proceso fáciles y bien dispuestas.
La tecnología de la membrana es un término genérico que se utiliza para describir distintos y muy característicos procesos de separación, que tienen en común el uso de una membrana. Las membranas se utilizan cada vez más a menudo para la creación de agua tratada, procedente de aguas subterráneas, superficiales o residuales y para algunos alimentos, especialmente los líquidos.
La aplicación de la filtración por membrana, que ofrece ventajas tanto al consumidor como al productor, constituye un modo eficaz de lograr una calidad similar a la de los alimentos frescos, con una menor contaminación microbiana. Por otra parte, elimina los ingredientes no deseados, como microorganismos o sedimentos, que tienen un efecto negativo en la calidad del producto, mejorando la textura del producto final e incrementando su duración.
Inconvenientes
El mayor inconveniente de esta técnica, a parte de su aplicación en alimentos sólidos, es el de la limpieza de las membranas, ya que es necesario eliminar todos los restos orgánicos e inorgánicos que se acumulan, con cierta frecuencia, en las superficies. La limpieza constituye un proceso fundamental ya que si no se realiza correctamente se pueden modificar las permeabilidades y, en consecuencia, se pierde la especificidad de su acción.
Además, si la membrana retiene microorganismos, se generarán residuos contaminados que van a requerir un tratamiento complementario. Todo ello obliga a utilizar limpiadores y desincrustantes que aseguren la eliminación de sustancias incrustadas (empleo de limpiadores ácidos o cáusticos) y de restos de producto (limpiadores con acción enzimática).
Normalmente, la limpieza genera una cierta cantidad de agua residual, que también hay que tratar, y reduce la vida media de las membranas. En consecuencia, la aplicación de esta tecnología requiere un estudio previo de la instalación y de los costes que puede suponer su implantación.
Microfiltración y seguridad alimentaria
En el campo de la seguridad alimentaria, y en cuanto a la contaminación química se refiere, el uso de filtros específicos podría retener sustancias tóxicas que se encuentran en los alimentos, como micotoxinas, algunos residuos de medicamentos o de pesticidas. Su aplicación es especialmente recomendable en los casos en los que no se puede garantizar la inocuidad de la alimentación o del manejo de los animales o de las explotaciones agrícolas.
El apartado de microorganismos patógenos requiere de algunas matizaciones. Si bien la técnica permite reducir la carga microbiana total, es difícil eliminar de forma específica los microorganismos patógenos. Esto complica un poco el panorama, especialmente si se sustituyen los tratamientos térmicos con la filtración. El calor mata los microorganismos, pero de forma selectiva elimina patógenos puesto que su termo-resistencia es mayor. En la filtración, la retención dependerá especialmente del número de bacterias, lo que implica que los estudios en este campo deben centrarse en este tipo de microorganismos para garantizar, al menos, la misma seguridad actual.
Los productos por excelencia a los que se les aplica la tecnología de la filtración por membrana son la leche y los zumos. Se trata de productos líquidos, relativamente abundantes, baratos y con un nivel de consumo importante. Entran en este apartado los zumos de fruta y verdura, como el de manzana o zanahoria; algunos quesos y productos lácteos, como el queso cheddar, la ricota y algunos postres lácteos; los helados, la mantequilla o algunas leches fermentadas; los productos lácteos desnatados o bajos en lactosa; la leche microfiltrada; la cerveza, el vino y la sidra sin alcohol, entre otros.
Las técnicas clásicas empleadas para incrementar la conservación y la seguridad de estos productos se basan en tratamientos térmicos, como la pasteurización y la esterilización. Estos tratamientos requieren importantes cantidades de energía, por lo que la filtración no encarece el producto, e incluso, puede conseguir un ligero abaratamiento.
Al mismo tiempo, las técnicas de tratamiento por calor modifican algunas propiedades sensoriales, especialmente el sabor. La microfiltración constituye una alternativa a los tratamientos térmicos ya que puede conseguir una reducción de la carga microbiana, manteniendo el sabor del producto fresco, recién exprimido u ordeñado. En este sentido, la consecuencia es clara, si reducimos la cantidad de bacterias podemos aumentar la vida comercial del producto.
Donde la ultrafiltración representa una innovación real es en la elaboración del queso, sector en el que ofrece ventajas considerables a fabricantes y consumidores. Durante el proceso de fabricación del queso, algunos de los nutrientes presentes en la leche se pierden en el suero (carbohidratos, vitaminas solubles y minerales). Estas pérdidas tienen importantes consecuencias económicas que encarecen la operación de procesado. La ultrafiltración es un medio eficaz para recuperar estos nutrientes, que pueden utilizarse posteriormente para elaborar o enriquecer otros alimentos.
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- Nelson BK, Barbano DM. 2005. A microfiltration process to maximize removal of serum proteins from skim milk before cheese making. J. Dairy Sci. 88(5):1891-900.
