Queso Kefirado Tipo Gouda: Optimización y Caracterización RESUMEN

PCL01

Queso Kefirado Tipo Gouda: Optimización y Caracterización

Parra-Inzunza Marco Antonio

ac

, Rubio-Gastélum Alberto

a

, Rubio-Ruiz Demis

Alexis

a

, Cristerna-González José Luis

b

, Castillo-López Ramón Ignacio

a

, Du

Pond-Barrera Arlete

a

, Calderón-Ayala Ignacio

a

, Beltrán-Heras Alexis

a

,

Sosa-Niebla Erik Fernando

a

_.

a

Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias Químico Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa. Culiacán Rosales, Sinaloa

b

Departamento de Ingeniería Bioquímica, Facultad de Ciencias Químico Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa. Culiacán Rosales, Sinaloa

c

Correspondencia: Economistas 312, Col. Burócrata, Culiacán, Sin. 80030, México, e-mail: maparra8@hotmail.com

RESUMEN

El procesamiento de la leche en Sinaloa consiste, por un lado, en pasteurización y venta como tal; y por otro, elaboración de derivados lácteos. La empresa que desarrolla los derivados generalmente es pequeña y se caracteriza porque la mayoría no pasteriza, ni utiliza bacterias lácticas (BAL) específicas y purificadas. La no pasterización de la leche posibilita que microorganismos patógenos que pueden venir en la leche, ya sea por enfermedad de la vaca o del personal, por las condiciones, transporte o procesamiento, etc., se desarrollen y puedan repercutir en la salud de los consumidores. Con propósito de buscar alternativas de procesamiento, de innovación, de impulsar una cultura de inocuidad y fomentar el uso de fermentos lácticos, se planteó y desarrolló la obtención, optimización y caracterización de un queso kefirado tipo Gouda, utilizando una mezcla de kéfir y BAL. Las variables de proceso seleccionadas fueron: mezcla de fermentos {proporción entre kéfir y BAL (K/BAL)} y acidez (Ac) de la leche inoculada. Se utilizó MSR para definir diseño experimental y optimización de condiciones del proceso. El diseño escogido fue el CCR. Las variables de respuesta elegidas fueron: Luminosidad (L), Diferencia total de color ( E), Actividad de agua (Aw), Tiempo de fundido (TFundido) y Longitud de hebra (LH). Se generó

una gráfica única con la región de las mejores combinaciones, como la mejor se consideró un punto central (K/BAL de 45.28/54.72 y AC de 28.09°D). Las características del queso obtenido con la mejor combinación fueron: L = 98.337, ΔE = 3.8, Aw=0.897, TFundido = 3.6 min

y LH = 1.04 m. Las variables de respuesta tuvieron una fuerte influencia de las variables de proceso. Los modelos matemáticos encontrados estuvieron muy cercanos 100%. La alta aceptación del producto se realizó a través de evaluaciones sensoriales.

INTRODUCCIÓN

El Estado de Sinaloa es una entidad que se caracteriza por la producción de alimentos, sobre todo provenientes del sector primario (agricultura, ganadería, pesca y acuacultura). En cuanto al sector ganadero, el desarrollo de la empresa en la producción de carne tiene un reconocido avance a nivel nacional e internacional. Sin embargo, se es deficiente en el área de lácteos, ya que existe una demanda que no ha podido ser cubierta con la producción estatal, por lo que ha sido necesaria la importación de este preciado líquido. El procesamiento de la leche regional en cantidades considerables se lleva a cabo en las

empresas medianas ubicadas en las tres principales ciudades del Estado, que principalmente la expenden como leche pasteurizada. La producción de derivados lácteos se realiza mayoritariamente en empresas micro o pequeñas, en donde los procesos tecnológicos están más cercanos a lo artesanal, no pasterizan la leche, ni utilizan bacterias ácido lácticas específicas. Una urgencia a considerar por la administración pública y por organismos sectoriales, sobre todo por razones de salud, es el cumplimiento de las normas sanitarias establecidas por la SSA en la producción de derivados lácteos, así como la ampliación de la cultura tecnológica y la innovación de productos nutritivos y atractivos al consumidor. En consideración de lo anteriormente mencionado este trabajo plantea el desarrollo de un derivado de la leche muy conocido e importante, el queso, particularmente un queso madurado tipo Gouda. Se utiliza como técnica de saneamiento la pasteurización y como innovación para la obtención de productos con alto valor nutritivo y con actividad probiótica, la utilización para la fermentación láctica una mezcla de kéfir y bacterias ácido lácticas específicas.

MATERIALES Y MÉTODOS

A MATERIALES

Se utilizó leche fluida de vaca ordeñada recientemente con buenas características sensoriales: color blanco, aroma y sabor característicos. Los cultivos lácticos liofilizados se adquirieron en casa comercial especializada.

B MÉTODOS

1 Proceso de elaboración de queso kefirado. El proceso de producción de queso kefirado tipo Gouda consta de las siguientes fases: a) Recepción, b) Pasteurización, c) Adición de calcio, d) Inoculación, e) Fermentación, f) Adición de coagulante, g) Lavado de la masa e inicio de la cocción, h) Desuerado, i) Salado, j) Moldeado y prensado y k) Maduración.

2 Análisis de la leche. Se utilizó un lactodensímetro para la determinación de la densidad; la acidez se midió utilizando una pipeta graduada, fenolftaleína y NaOH al 0.1 N, el color, aroma y sabor fueron determinados sensorialmente.

3 Actividad acuosa (aw). Se utilizó un higrómetro marca Aqualab modelo CX2 (Decagon Devices Inc, Pullman, Wa, EUA). Se colocó una muestra pequeña del queso kefirado en el portamuestras del equipo hasta alcanzar el equilibrio. Las mediciones se realizaron por triplicado a 25 ± 1°C (Milán-Carrillo y col 2002).

4 Diferencia total de color. El color de las muestras se determinó por medio de un colorímetro Minolta Chromameter mod CR-210 (Minolta LTD, Japón). La determinación de color se basó en el efecto triestímulo. Donde L mide brillantez y varía de 100 (Blanco) a cero (Negro). Las dimensiones de cromaticidad son dadas por los parámetros a y b; el valor positivo de a está asociado al color rojo y el negativo con el verde. El valor positivo de b está asociado al color amarillo y el negativo con el azul. Para la evaluación de color se utilizaron muestras tomadas de diversas partes del queso, a las cuales se les determinó los parámetros correspondientes L, a y b. Se utilizó un mosaico blanco como referencia (estándar) de valores L, a y b conocidos. La diferencia total de color (∆E) de las muestras, se calculó mediante la ecuación:

donde: ∆E = diferencia total de color entre la muestra y el estándar. ∆L, ∆a y ∆b = diferencias absolutas de los valores de L, a y b del estándar a utilizar y los valores correspondientes que

se observaron en la muestra. Las lecturas se tomaron por quintuplicado (Milán- Carrillo y col 2002).

5 Tiempo de fundido. Se utilizó un horno eléctrico doméstico, marca moulinex, para determinar el tiempo requerido para que una porción de 30 g de queso kefirado madurado (rayado y colocado en un recipiente de cristal) a una temperatura de 210 °C logre fundirse completamente.

6 Longitud de hebra. Posterior al fundido, el queso se extrajo del horno eléctrico y se dejó en reposo para alcanzar la temperatura ambiente, para posteriormente tomar con un tenedor doméstico una porción y hacer hebra (estirando hasta que ésta se rompa) con el propósito de determinar su longitud característica.

7 Diseño experimental. Se seleccionó Diseño Central Compuesto Rotable de la MSR, de segundo orden, a cinco niveles de variación. Las variables de proceso fueron proporción entre bacterias lácticas y kéfir (K/BAL) y acidez de la leche posterior a la inoculación (Ac). Los niveles bajo y alto seleccionados fueron de 20/80 y 50/50, respectivamente para los fermentos; los niveles alto y bajo para la acidez fueron 22 y 30ºD, respectivamente (Design Expert, 2002).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

A Leche fresca. Las características de la leche fresca utilizada en este trabajo fueron color blanco, aroma y sabor característicos de la leche, con densidad de 1.030 g/mL y una acidez alrededor de 18 y 20°D.

B CONDICIONES DE PROCESO DE LA LECHE. Se llevaron a cabo las corridas experimentales en función del diseño, teniendo como variables de proceso K/BAL (Proporción entre Kéfir/Bacterias lácticas) y Ac (Acidez de la leche inoculada), obteniendo los valores de las variables de respuesta [Diferencia total de color (ΔE), Luminosidad (L), Actividad de agua (Aw), Tiempo de fundido (TFundido) y Longitud de hebra (LH)] resultantes.

Se aplicó regresión múltiple a los datos resultantes de cada variable de las diversas corridas experimentales. De este análisis estadístico se destaca el efecto de cada variable de proceso sobre la de respuesta, se determina el modelo matemático y su variabilidad, así como las gráficas de contornos y de superficie de respuesta que indican el comportamiento de cada variable:

1 Luminosidad (L). Las variaciones fueron debido a la Ac (X2, P≤ 0.0032) y la

interacción entre K/BAL y Ac (X1X2, P≤ 0.0487). El modelo matemático en función de las

variables codificadas fue: YL = 97.44 - 1.26 X2 + 0.97 X1 X2, con una variación total de

81.64% (P≤ 0.0164). En función de las variables originales el modelo matemático queda: YL

= 116.45574 - 0.92782 Ac + 0.016083 K/BAL Ac. Las gráficas que exhiben el comportamiento de la luminosidad se muestran en la Figura 1.

2 Diferencia total de color (ΔE). Las modificaciones fueron provocados por (K/BAL) [(X1, P≤ 0.0017) (X12, P≤ 0.0116)], por la interacción K/BAL y Ac (X1X2, P≤ 0.0001) y por la

Ac [(X2, P≤ 0.0207), (X22, P≤ 0.0455)]. El modelo matemático en función de las variables

codificadas quedó de la manera siguiente:

YΔE = 4.92 - 0.77 X1 - 0.47 X2 - 2.87 X1 X2 - 0.57 X12 - 0.41 X22

Este modelo de regresión explicó el 96.87% de la variación total (P ≤ 0.0001). En función de las variables originales el modelo matemático quedó:

YΔE = 51.71599 + 1.47224 K/BAL + 2.8832 Ac - 0.047825 K/BAL Ac

- 2.5319*10-3 K/BAL2 - 0.025496 Ac2

Las gráficas que muestran su comportamiento se presentan en la Figura 1 .

3 Actividad de agua. Los cambios fueron promovidos por la K/BAL (X1, P ≤ 0.0001),

por la Ac [(X2, P ≤ 0.0104), (X22, P ≤ 0.0010)] y por la sinergia entre estas dos variables

K/BAL-Ac (X1 X2, P ≤ 0.0315), dando el siguiente modelo matemático: en función de las

variables codificadas:

Y Aw = 0.91 - 0.014 X1 + 4.56*10-3 X2 - 5.475*10-3 X1 X2.- 7.044*10-3 X22

Este modelo el 97.32% de la variación total (P≤ 0.0001). En función de las variables originales el modelo matemático quedó de la siguiente forma:

Y Aw = 0.53359 + 135.002*10-3 K/BAL + 0.027226 Ac - 9.12549*10-5 K/BAL Ac.- 4.40203*10-4

Ac2

Las gráficas que muestran el comportamiento de esta variable se presentan en la Figura 2.

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 Luminosidad A: K/BAL B: A c 96.0688 96.8107 97.5525 98.2944 99.0363 5 5 5 5 5

(A)

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 94.3 95.7 97.1 98.5 99.9 Lu m ino si d ad A: K/BAL B: Ac

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 DColor A: K/BAL B: A c 1.97769 1.97769 3.19197 3.19197 4.40626 4.40626 5.62054 6.83482 55555 20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 0.7 2.675 4.65 6.625 8.6 DCo lo r A: K/BAL B: Ac

(B)

Figura 1

. Gráficas de contornos y de superficie de respuesta del efecto de la

combinación (K/BAL)/Ac sobre: (A) Luminosidad (L) y (B) Diferencia total de

color ( E) de queso kefirado tipo Gouda.

4 Tiempo de fundido

Los cambios en esta variable de respuesta fueron promovidos por la (K/BAL)/Ac (X1, P≤

0.0295), la Ac (X2, P≤ 0.0475) y por las interacciones entre las variables independientes

K/BAL-Ac (X1X2, P≤ 0.0339), resultando el modelo matemático en función de las variables

codificadas de la siguiente manera:

YT fundido = 4.07 - 0.62 X1 + 0.55 X2 - 0.85 X1.X2

Este modelo de regresión explicó el 75.57% de la variación total (P≤ 0.0408). El modelo matemático en función de las variables originales quedó de la siguiente manera:

YT fundido = -2.51358 + 0.38078 K/BAL - 0.08724 Ac - 0.014125 K/BAL Ac

El comportamiento de esta variable se ilustra en la Figura 2.

5 Longitud de hebra. Las variaciones fueron promovidas por la K/BAL [(X1, P≤

0.0001), (X12, P≤ 0.0001)], por la Ac [(X2, P≤ 0.0001), (X22, P≤ 0.0001)] y por la sinergia entre

las variables independientes K/BAL-Ac (X1X2, P≤ 0.0047). El modelo matemático en función

de las variables codificadas resultante fue el siguiente:

YLH = 1.05 + 0.14 X1 - 0.19 X2 + 0.073 X1 X2 - 0.12 X12 + 0.081 X22

Este modelo de regresión explicó el 98.62% de la variación total (P≤ 0.0001). El modelo matemático en función de las variables originales fue:

YLH = 5.85428 + 0.015407 K/BAL - 0.35484 Ac + 1.20833*10-3 K/BAL Ac

- 5.37778*10-4 K/BAL2 + 5.09375*10-3 Ac2

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 Aw A: K/BAL B: A c 0.893786 0.893786 0.9005 0.907214 0.913928 0.920642 55555 20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 0.887 0.89775 0.9085 0.91925 0.93 A w A: K/BAL B: Ac

(A)

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 TFund A: K/BAL B: A c 3.66153 3.66153 4.15468 4.64783 5.14098 5.63413 55555 20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 3 3.8 4.6 5.4 6.2 TFu n d A: K/BAL B: Ac

(B)

Figura 2.

Gráfica de contornos y de superficie de respuesta del efecto de la

combinación (K/BAL)/Ac sobre: (A) Actividad de agua (Aw) y (B) Tiempo de

fundido de queso kefirado tipo Gouda.

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 2 2.00 2 4.00 2 6.00 2 8.00 3 0.00 TFund A: K/BAL B: A c 3.66153 3.66153 4.15468 4.64783 5.14098 5.63413 55555

(A)

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 3 3.8 4.6 5.4 6.2 TFu n d A: K/BAL B: Ac

(B)

Figura 3.

Gráficas de contornos (A) y de superficie de respuesta (B) del

efecto de la combinación (K/BAL)/Ac sobre el tiempo de fundido del queso

kefirado tipo Gouda.

6 Optimización de las condiciones de elaboración de queso kefirado tipo Gouda. Las variables de respuesta seleccionadas para su medición experimental fueron: Luminosidad (L.), Diferencia total de color (ΔE), Actividad de agua (Aw), Tiempo de fundido

(TFundido) y Longitud de hebra (LH); las variables de proceso fueron: Proporción entre kéfir y

bacterias ácido lácticas (K/BAL) y acidez de la leche

inoculada previo a la coagulación (Ac). Las gráficas de contornos de las variables de respuesta que muestran el efecto de las combinaciones (K/BAL)/Ac sobre cada una de ellas, se sobrepusieron siguiendo la técnica de superposición de la metodología de superficie de respuesta (MSR), originándose la Figura 4, que muestra la región de las mejores combinaciones de (K/BAL)/Ac. Por seguridad se eligió un punto central de esta región como representativo de la mejor combinación (K/BAL)/Ac. Las características del producto, queso tipo Manchego kefirado, fueron: L = 98.337, ΔE. = 3.800, Aw=0.897, TFundido = 3.60 min y LH

= 1.03 m; obtenidas al utilizar una proporción entre kéfir y bacterias lácticas (K/BAL) para inocular la leche de 45.28/54.72 y permitiendo alcanzar una acidez (Ac) de la leche después de la inoculación y antes del cuajado equivalente a 28.09ºD.

20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00

Overlay Plot

A: K/BAL

B:

Ac

Luminosidad: 99 DColor: 3.6 DColor: 3.6 DColor: 4 DColor: 4 Aw: 0.9 TFund: 3.5 TFund: 3.5 TFund: 3.7 TFund: 3.7 LH: 1 LH: 1.2 55555 Luminosidad: 98.3376 DColor: 3.80044 Aw: 0.897947 TFund: 3.6017 LH: 1.03817 X1 45.28 X2 28.09

Figura 4

. Gráfica resultante de la superposición de gráficas de contornos de

las variables de respuesta, mostrando el punto central de la región de las

mejores condiciones de proceso para obtener queso kefirado tipo Gouda.

CONCLUSIONES

1. El comportamiento de las variables de respuesta tuvo una fuerte influencia de las variables de proceso. La Luminosidad tuvo una pequeña influencia del factor K/BAL. 2. La variabilidad de los modelos matemáticos de las variables de respuesta estuvieron

muy cercanos 100%, excepto el correspondiente al tiempo de fundido, para la cual el modelo presentó una variabilidad de 75.57%.

3. Las mejores condiciones de elaboración de queso kefirado tipo Gouda fueron: K/BAL de 45.28/54.72 y acidez de 28.09°D.

4. Las características del queso obtenido con la mejor combinación de variables de proceso fueron: L = 98.337, ΔE. = 3.8, Aw=0.897, TFundido = 3.601 min y LH = 1.038

m.

5. Las respuestas de los paneles de jueces no entrenados al análisis sensorial del producto de cada corrida experimental sobre los parámetros de color, olor, sabor y textura correspondieron a “me gusta” y “me gusta mucho”.

6. Las modificaciones en las propiedades del queso durante la maduración se comportaron de la siguiente manera: la luminosidad en general tendió a la baja, mientras que la diferencia total de color tendió a incrementarse, la Actividad de agua tendió a decrecer.

7. El tiempo de fundido y la longitud de hebra en el desarrollo de la maduración mostraron tendencia general a disminuir la primera y a aumentar la segunda.

8.

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