OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE UN REACTOR ENZIMÁTICO PARA LA HIDRÓLISIS DE LACTOSA EN LECHE

En la actualidad el 60% de la población adulta chilena es intolerante a la lactosa. La enzima ß-galactosidasa convierte la lactosa en glucosa y galactosa reduciendo su contenido en la leche. Por este motivo, en la industria láctea se hidroliza lactosa comúnmente en un reactor por lote agitado. Las variables que afectan la operación del reactor se identifican como, la temperatura, la concentración inicial de enzima y concentración inicial de lactosa. El aumento de la temperatura de operación en el reactor por lote aumenta la eficiencia catalítica del proceso, pero también aumenta la inactivación de la enzima y los gastos energéticos. Aumentar la concentración de enzima va a influir positivamente en la productividad pero negativamente en los costos. Dadas estas problemáticas es necesaria una optimización, donde nace la pregunta ¿A qué temperatura y concentración de enzima se debe operar para tener los menores costos, mayor utilidad y mayor productividad?Entonces el objetivo general busca determinar la temperatura y concentración de enzima que maximizan la productividad, minimizan el costo y maximizan la utilidad en el proceso de hidrolisis de la lactosa de la leche con la enzima ß-galactosidasa.La metodología consistió en la determinación del comportamiento de un reactor Batch mediante una simulación de la conversión basada en un modelo matemático de la hidrólisis enzimática de la lactosa. Las variables de operación que considera el modelo son la temperatura, la concentración inicial de enzima, la concentración inicial de lactosa y volumen de reactor. Se determinaron curvas de conversión donde se calculó la productividad volumétrica y el costo asociado a cada operación. Se trabajó con una conversión del 30% para generar leche destinada a la producción de manjar reducido en lactosa y una conversión del 90% para producir leche deslactosada.Los resultados mostraron que la productividad volumétrica máxima es 9,3 [mM/min] para una conversión del 30%, mientras que es 3,3 [mM/min] para una conversión del 90% a la temperatura de 48 [°C] y concentración inicial de enzima de 2 [g/L], a una concentración inicial de lactosa de 276,8 [mM] en ambos casos. El costo de enzima crece linealmente en función del volumen del reactor y la concentración de enzima. El costo de leche crece linealmente en función del volumen del reactor. Mientras que el costo de agitación presenta un mínimo de $86,6 por lote, para un volumen de 500 [L] y una concentración de lactosa de 276,8 [mM] considerando una conversión de lactosa del 30%, para una temperatura de 48 [°C] y una concentración inicial de enzima de 2 [g/L]. El costo de calefacción presenta un mínimo de $6.951 por lote, para un volumen de 500 [L] y una concentración de lactosa de 276.8 [mM] considerando una conversión de lactosa del 30%, para una temperatura de 30 [°C] y una concentración inicial de enzima de 0,5 [g/L]. La utilidad presenta un máximo de $755.196 por lote, para un volumen de 500 [L] y una concentración de lactosa de 276,8 [mM] considerando una conversión de lactosa del 30%, para una temperatura de 30 [°C] y una concentración inicial de enzima de 2 [g/L]. El precio del manjar para una utilidad cero ($0) es de 294 [$/Kg].Se concluye que el proceso es rentable, mientras que el costo de mayor influencia es el costo de leche, seguido por el costo de enzima, el costo de vapor y el costo de agitación.