Diseño de un proceso integrado de membranas para elaborar concentrados de proteínas a partir de 85 m3/día de lactosuero

Abstract

[ES] El lactosuero es un subproducto de la elaboración del queso con un alto valor añadido por su contenido en proteínas. A nivel industrial, estas proteínas se concentran en un producto derivado muy utilizado: los concentrados de proteínas. Para la elaboración del concentrado de proteínas se han contemplado los procesos de membranas de microfiltración (MF) y ultrafiltración (UF), seguidos de una etapa de secado por atomización para obtener el producto final en polvo. Por tanto, en el presente Trabajo de Fin de Grado se ha diseñado un proceso integrado de membranas de MF y UF para elaborar concentrados de proteínas a partir de una corriente de 85 m3 /día de lactosuero. Para diseñar la etapa de MF se han tomado datos procedentes de la bibliografía, mientras que para la etapa de UF se han realizado ensayos en el laboratorio utilizando como alimentación disoluciones de un concentrado de proteínas de lactosuero con una concentración de proteínas del 33 % en peso. Dichos ensayos se han llevado a cabo con una membrana de poliétersulfona y otra de poliétersulfona permanentemente hidrofílica de umbral de corte molecular de 5 y 30 kDa, respectivamente. Se ha comparado el rendimiento (en términos de coeficiente de rechazo y densidad de flujo de permeado) de ambas membranas. Se ha estudiado la influencia de dos parámetros de operación en el rendimiento de dichas membranas: presión transmembranal y velocidad tangencial. Se selecciona la membrana de 30 kDa con unas condiciones de operación de velocidad tangencial 2m s-1 y una presión de 2 bares, al presentar mejor comportamiento que la membrana de 5 kDa respecto a la reducción de la densidad de flujo de permeado frente al tiempo. Los resultados obtenidos de concentrado de proteínas en polvo demuestran la eficacia de los procesos de microfiltración y ultrafiltración. Tras realizar el estudio económico de la planta se comprueba que la planta es rentable. Los costes de operación de la planta ascienden a un valor de 193.122 €, cubiertos por unos ingresos totales de 895 K€. El resultado obtenido es de un beneficio de 526.620 € después de impuestos. El presupuesto estimado (PEC) de la planta asciende a 364.539 €.

[EN] Whey is a byproduct from the production of cheese with a high added value due to its protein content. In the industry field, these proteins are concentrated in a highly used product, protein concentrates. For the production of protein concentrates, the membrane processes of microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) have been considered followed by a spray drying process to obtain the final product as a powder. Therefore, in this final year dissertation, a combined membrane process of MF and UF has been designed to elaborate protein concentrates from an 85 m3 /day stream of whey. In order to design the MF stage, data from the bibliography has been used, whereas for the UF stage tests have been carried out in the laboratory using as feed solutions prepared from a whey protein concentrate with a 33 weight percent protein content. These tests were carried out with a polyethersulfone and a permanent hydrophilic polyethersulfone membranes with a molecular weight cut-off of 5 and 30 KDa, respectively. The performance, in terms of the rejection coefficient and permeate flux, was compared. This work has investigated the influence of both two operating parameters in the performance of both membranes: transmembrane pressure and cross-flow velocity. The 30 kDa membrane is selected with 2m s-1 cross-flow velocity and a transmembrane pressure of 2 bar, presenting better behavior than the 5 kDa membrane regarding the permeate flux decline versus time. .The results obtained from protein powder concentrate demonstrate the effectiveness of microfiltration and ultrafiltration processes. After carrying out the economic study of the plant, it is verified that the plant is profitable. The costs of operation of the plant amounted to a value of 193.122 €,, covered by a total income of 895 K€. The result obtained is a benefit of 526.620 € after taxes. The estimated budget for the plant amounts to 364.539 €