UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Extensión Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
Tesis de grado previo a la obtención del título de:
INGENIERA AGROINDUSTRIAL
“INFLUENCIA DEL CULTIVO LÁCTEO (STREPTOCOCCUS CREMORIS) EN EL PROCESO DE MADURACIÓN DE DOS TIPOS DE CREMA DE LECHE DE VACA Y CABRA PARA LA ELABORACIÓN DE MANTEQUILLA, EN LA UTE EXTENSIÓN SANTO DOMINGO, 2012”
Estudiante:
WILMA LORENA BECERRA APOLO
Directora de tesis:
Ing. MsC. MARÍA ESTHER GUTIÉRREZ
ii
LECHE DE VACA Y CABRA PARA LA ELABORACIÓN DE
MANTEQUILLA, EN LA UTE EXTENSIÓN SANTO DOMINGO, 2012”
Ing. MsC. María Esther Gutiérrez
DIRECTOR DE TESIS ________________________________
APROBADO
Ing. Daniel Anzules
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL ________________________________
Dr. Víctor Caisaguano
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
Ing. Juan Crespín
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
iii
El contenido del presente trabajo, está bajo la responsabilidad del autor/a.
_________________________________ Wilma Lorena Becerra Apolo C.I. 1718889585 Autor: WILMA LORENA BECERRA APOLO
Institución: UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
Título de Tesis: “INFLUENCIA DEL CULTIVO LÁCTEO
(STREPTOCOCCUS CREMORIS) EN EL
PROCESO DE MADURACIÓN DE DOS TIPOS DE CREMA DE LECHE DE VACA Y CABRA PARA LA ELABORACIÓN DE MANTEQUILLA, EN LA UTE EXTENSIÓN SANTO DOMINGO, 2012.”
iv
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Santo Domingo…....de………del 2013.
Ing. Daniel Anzules
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA ADROINDUSTRIAL Presente.
De mis consideraciones.-
Mediante la presente tengo a bien informar que el trabajo investigativo realizado por la señorita: WILMA LORENA BECERRA APOLO, cuyo tema es: “INFLUENCIA DEL CULTIVO LÁCTEO (STREPTOCOCCUS CREMORIS) EN EL PROCESO DE MADURACIÓN DE DOS TIPOS DE CREMA DE LECHE DE VACA Y CABRA PARA LA ELABORACIÓN DE MANTEQUILLA, EN LA UTE EXTENSIÓN SANTO DOMINGO, 2012.”, ha sido elaborado bajo mi supervisión y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su respectiva presentación.
Particular que informo para fines pertinentes
Atentamente.
____________________________ Ing. MsC. María Esther Gutiérrez
v
DEDICATORIA
Me es grato dedicar este importante paso en mi
vida al ser que llena el espacio infinito con su
amor verdadero en su máximo expresión, al
iluminar mi existencia y dar sentido a mi vida,
ese ser es Dios.
A mi madre que es ejemplo de dedicación y
esfuerzo de abnegada lucha para superar todos
los obstáculos impuestos por el cotidiano vivir.
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mi querido esposo Lcdo. Carlos
Rosero por compartir momentos buenos y malos
al cumplir con este paso importante en mi vida
profesional.
A la Ing. MsC. María Gutiérrez por haber
brindado de forma oportuna su asesoría en el
desarrollo de esta tesis.
Agradezco al Ing. Jorge Ramírez del laboratorio
Agroindustrial por prestar sus servicios de
forma óptima y desinteresada.
A mis familiares y amigos por el apoyo
incondicional en la elaboración de mi tesis.
vii
TEMA PAG.
Portada... i
Sustentación y Aprobación de los Integrantes del Tribunal... ii
Responsabilidad del Autor... iii
Aprobación del Director de Tesis... iv
Dedicatoria... v
Agradecimiento... vi
Índice... vii
Resumen Ejecutivo...xv
Executive Summary...xvii
CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1. Planteamiento del problema ... 1
1.1.1. Diagnóstico ... 1
1.1.2. Pronóstico ... 1
1.1.3. Control del pronóstico ... 1
1.2. Formulación del problema ... 2
1.3. Sistematización ... 2
1.4. Objetivo General ... 2
1.4.1. Objetivos Específicos ... 3
1.5. Justificación ... 3
1.6. Factibilidad ... 4
1.7. Limitantes ... 5
1.8. Alcance del trabajo ... 5
1.9. Sistema de hipótesis ... 5
1.9.1. Hipótesis Alternativa (Hi) ... 5
1.9.2. Hipótesis Nula (Ho) ... 5
1.10. Sistema de variables ... 6
viii
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes ... 8
2.1.1. Antecedentes Históricos ... 8
2.1.2. Antecedentes científicos ... 10
2.2. Propiedades y Beneficios de la leche de cabra y sus derivados ... 12
2.2.1. Digestiva que la leche de vaca ... 12
2.2.2. Prevención contra osteoporosis ... 12
2.2.3. Prevención Anemia Ferropénica ... 13
2.2.4. Menos lactosa ... 13
2.2.5. Semejante a la leche materna ... 14
2.3. Crema de leche de cabra ... 14
2.4. Crema o Nata ... 16
2.4.1. Clasificación ... 16
2.5. Análisis físico químico ... 17
2.6. Mezcla de crema de leche de vaca y crema de leche de cabra ... 18
2.7. Cultivos lácticos ... 19
2.7.1. Características ... 19
2.8. Funciones de los cultivos ... 20
2.8.1. Desarrollo de acidez ... 20
2.8.2. Compuestos de aroma y sabor ... 21
2.8.3. Actividad lipolítica y proteolítica ... 21
2.8.4. Metabolismo de bacterias lácticas ... 21
2.9. Tipos de Cultivos Lácteos ... 22
2.10. Porcentaje de cultivo lácteo ... 24
2.10.1. Preparación de cultivos y starters ... 24
2.10.2. Etapas de propagación ... 26
2.10.3. Las etapas del proceso ... 27
ix
2.10.3.4. Incubación ... 28
2.10.3.5. Enfriamiento del cultivo ... 29
2.10.3.6. Conservación de los fermentos... 29
2.11. Pasteurización de la crema ... 30
2.11.1. Tratamiento de la grasa dura ... 30
2.12. Pasteurización ... 31
2.12.1. Combinación tiempo/temperatura ... 32
2.12.2. Factores limitantes del tratamiento térmico ... 32
2.13. Balance de materia ... 33
2.14. Balance de energia... 33
2.15. Número de Grashof ... 34
2.16. Número de Nusselt ... 35
2.17. Transferencia de calor en ingeniería ... 35
2.18. Transmisión de calor ... 36
2.18.1. Transferencia de calor por conducción ... 36
2.18.1.1. Ley de Fourier ... 36
2.18.2. Transmisión de calor por convección ... 37
2.18.2.1. Ley de Fourier ... 37
2.19. Coeficiente de transferencia de calor global ... 38
2.20. Calor específico ... 39
2.21. Diseño experimental ... 40
2.21.1. Diseño completamente aleatorio de un factor (DCA) ... 40
2.21.2. Diseño completamente aleatorio de un factor (DCA) ... 40
2.21.3. Diseño de bloques completo al azar ... 41
CAPITULO III METODOLOGÍA 3.1. Localización del área del estudio ... 42
3.2. Unidad de análisis ... 42
x
3.6. De acuerdo a la conducta de las variables entre si ... 43
3.7. Metodos de investigación ... 43
3.7.1. Experimental. ... 43
3.7.2. Método Inductivo-Deductivo. ... 44
3.7.3. Método Estadístico. ... 44
3.8. Fuentes y Técnicas de investigación ... 44
3.8.1. Fuentes Primarias ... 44
3.8.2. Fuentes Secundarias ... 44
3.8.3. Técnicas ... 45
3.9. Población y Muestra ... 45
3.9.1. Población: ... 45
3.9.2. Muestra: ... 45
3.10. Tratamientos ... 46
3.11. Análisis funcional ... 47
3.12. Factores y niveles ... 47
3.13. Tratamientos ... 48
3.14. Variables a medir... 48
3.15. Diseño experimental ... 49
3.16. Pruebas de significación ... 49
3.17. Materiales y equipos utilizados en la elaboración de la mantequilla con crema de vaca y crema de cabra. ... 49
3.17.1. Materia Prima ... 49
3.17.2. Equipos ... 49
3.17.3. Materiales ... 50
3.17.4. Materia prima ... 51
3.18. Elaboración de la mantequilla ... 52
3.18.1. Diagrama de flujo cualitativo para la elaboración de mantequilla a nivel de laboratorio. ... 52
3.19. Diagrama de flujo cuantitativo para la elaboración de mantequilla a nivel de planta piloto. ... 56
3.20. Descripción del diagrama de flujo para la elaboración de mantequilla. ... 60
3.20.1. Recepción ... 60
xi
3.20.5. Enfriado ... 62
3.20.6. Mezcla de las cremas ... 63
3.20.7. Maduración ... 64
3.20.8. Batido ... 65
3.20.9. Desuerado ... 65
3.20.10. Lavado ... 66
3.20.11. Amasado ... 66
3.20.12. Moldeado ... 67
3.20.13. Empacado ... 67
3.20.14. Almacenamiento ... 68
3.21. Análisis de las respuestas experimentales ... 69
CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. Humedad ... 71
4.2. Ceniza ... 72
4.3. pH ...72
4.4. Acidez ... 73
4.5. Sólidos Totales ... 74
4.6. Análisis general ... 75
4.7. Análisis de las encuestas realizadas a los estudiantes de la UTE ... 75
4.7.1. Información de las encuestas, tabulación y gráfica ... 75
4.7.1.1. Resultado de las encuestas de Olor ... 76
4.7.1.2. Resultado de las encuestas de Sabor ... 76
4.7.1.3. Resultado de las encuestas de Textura ... 77
4.8. Rendimiento de la mantequilla ... 77
xii
5.1. Diagrama de flujo cuantitativo para la elaboración de mantequilla con crema
de vaca y cabra a nivel de planta piloto... 79
5.2. Balance de materia para la elaboración de mantequilla con crema de vaca y cabra a nivel de planta piloto. ... 83
5.3. Balance de energía de pasteurización de la mantequilla obtenida a partir de leche de vaca y leche de cabra a nivel de laboratorio ... 119
5.4. Balance de energía de enfriado de la crema obtenida a partir de leche de vaca, nivel laboratorio ... 123
5.5. Balance de energía del proceso de maduración de la mantequilla nivel de laboratorio ... 126
5.6. Balance de Energía de Mezclado de Cremas para obtener Mantequilla a nivel laboratorio ... 144
5.7. Balance de energía del Batido de la Mantequilla obtenida de leche de vaca y leche de cabra a nivel laboratorio ... 145
5.8. Balance de energía del batido de la mantequilla obtenida a partir de leche de vaca y leche de cabra a nivel de planta piloto ... 150
5.8.1. Material para elaborar el equipo ... 156
CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1. Conclusiones ... 157
6.2. Recomendaciones ... 159
BIBLIOGRAFÍA ... 160
ANEXOS ...163
ÍNDICE DE CUADROS Cuadro Nº 1 Diferencias fisicoquímicas entre la leche de cabra y de vaca...11
xiii
Cuadro Nº 5 Control de calidad de la crema...61
Cuadro Nº 6 Control de temperatura y tiempo de pasteurizado...62
Cuadro Nº 7 Mezclas de crema de vaca y crema de cabra...63
Cuadro Nº 8 Maduración de las mezclas de cremas...64
Cuadro Nº 9 Porcentaje de grasa de Mantequilla del mejor tratamiento...68
Cuadro Nº 10 Análisis bromatológicos de la mantequilla tratamientos...69
Cuadro Nº 11 Humedad de Mantequilla...71
Cuadro Nº 12. Ceniza de Mantequilla...72
Cuadro Nº 13. El pH de Mantequilla... 73
Cuadro Nº 14 Acidez de Mantequilla... 74
Cuadro Nº 15 Sólidos totales de Mantequilla...75
Cuadro Nº 16 Rendimiento de la mantequilla...77
ÍNDICE DE GRÁFICAS Gráfico Nº 1 Productor Asociación Cabras del Norte (Asocaprinor) ... 9
Gráfico Nº 2 Crema de leche de cabra ... 15
Gráfico Nº 3 Tipos de sistemas de mezclado ... 18
Gráfico Nº 4 Fermentación láctica homofermentativa (Adaptada de Larpert,) ... 22
Gráfico Nº 5 Fermentación láctica heterofermentativa (Adaptada de Larpert,) ... 22
Gráfico Nº 6 Filtrado ... 60
Gráfico Nº 7 Descremado ... 61
Gráfico Nº 8 Pasteurización ... 61
Gráfico Nº 9 Enfriado ... 62
Gráfico Nº 10 Mezcla de las cremas ... 63
Gráfico Nº 11 Maduración ... 64
Gráfico Nº 12 Batido ... 65
Gráfico Nº 13 Desuerado ... 65
Gráfico Nº 14 Lavado ... 66
Gráfico Nº 15 Amasado ... 66
xiv
Gráfico Nº 19 Aceptación de la mantequilla por el olor ... 76
Gráfico Nº 20 Aceptación de la mantequilla por el sabor ... 76
Gráfico Nº 21 Aceptación de la mantequilla por la textura ... 77
Gráfico Nº 22 Balance de energía del madurador...126
Gráfico N° 23 Área de las paredes frontal y posterior...130
Gráfico N° 24 Área de las paredes verticales...134
Gráfico N° 25 Área de las paredes frontal y posterior...138
xv
La crema de leche de cabra es un producto lácteo, que se describe por no tener la tonalidad amarilla de la crema de leche de vaca debido a la falta de caroteno, siendo más digerible que la leche de vaca. Se utiliza para elaborar la mantequilla y en la repostería, convirtiéndose en una buena opción para las personas que sufren trastornos gástricos. Además la crema de cabra contiene niveles muy bajos de lactosa, que resultar muy útil para personas intolerantes a la lactosa.
Para esta investigación fue necesario el análisis de la materia prima como son la crema de leche de cabra y vaca, los resultados obtenidos son los siguientes crema de leche de vaca el valor medio es: Acidez 0.10%, pH 6.68, Humedad 46.80%, Sólidos Totales 54.65%, Ceniza 0.50%.
Crema de leche cabra el valor medio es: Acidez 0.12%, pH 6.58, Humedad 27.92%, Sólidos Totales 73.16%, Ceniza 0.85%.
Los parámetros analizados se enmarcan dentro de los valores referenciales establecidos dentro de la norma INEN 161:2011
Al aplicar un diseño completamente al azar (A x B) 3*3 DCA se analizaron las variables: porcentaje de bacterias lácteas y % de la mezcla crema de leche de vaca y cabra, mediante la investigación realizada el mejor tratamiento se obtuvo: A1B1que corresponde al 2% de cultivo lácteo y 25% crema de leche de vaca y 75% de crema de leche de cabra.
xvi
veces de catadores determinaron que la muestra 3, que tiene las siguientes características; 25 % de crema de cabra. -75 % crema de vaca con 3% cultivo lácteo, con porcentaje de aceptabilidad del 84% de olor, 68% de sabor y 76% de textura.
Se incluye además un balance de materia que permite conocer cuál va a ser el rendimiento óptimo en base a la materia prima y al producto final, así como también un balance de energía que nos da a conocer las cantidades de calor suministrado y perdido además de la eficiencia del equipo a utilizar en el proceso. De esta forma se logrará realizar el diseño de la batidora, lo cual hace imprescindible obtener un buen batido para elaborar la mantequilla con una energía que perdió – 17,295 Wat.
xvii
Cream goat milk is a dairy product that is described by not having the yellowness of the cream from cow milk due to the lack of carotene, being more digestible than cow milk. It is used to make butter and baking, becoming a good option for people who suffer from gastric disorders. Besides goat cream contains very low levels of lactose, which proves to be very useful for people intolerant to lactose.
For this investigation was necessary to analyze the raw material like the cream of goat and cow milk, the results obtained are as follows: in the cow cream the average is 0.10% acidity, pH 6.68, 46.80% Moisture, Solids total 54.65%, Ash 0.50%.
The average of the cream of goat milk is 0.12% acidity, pH 6.58, Moisture 27.92% 73.16% Total Solids, Ash 0.85%.
The parameters analyzed are part of the reference values established within the standard 161:2011 INEN
By applying a completely randomized design (A x B) 3 * 3 DCA variables were analyzed: percentage of bacteria milk and cream mix cow and goat milk, through research on best treatment was obtained: A1B1 that corresponds to the 2% of culture of milk and 25% dairy cream from cow's milk and 75% of cream of goat milk .
Through this process it has an output based on used milk of 3.78% for each packaging of 100g of butter, you get an estimated price retail of $ 10.50, the cost is high for the low utilization of raw material.
xviii
It also includes a material balance that allows to know what will be the optimal performance based on the raw material and the final product, as well as an energy balance that lets us know the quantity of heat supplied and also lost the efficiency of the equipment used in the process. This will be achieved to make the design of the mixer, which is essential to get a good shake to make butter with an energy that lost - 17,295 Watt.
At the end was obtained a butter of quality with the following results: pH 4.82 in, 0.27% acidity, 26.45% moisture, 0.21% ash, and 84.43% total solids, the butter was accessible for its organoleptic acceptability and also to comply with the standard reference for butter INEN 161:2011.
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. Planteamiento del problema
1.1.1. Diagnóstico
En la actualidad los productos fermentados representan la segunda industria alimenticia más importante de producción a nivel mundial. Por la sencilla razón de incrementar la vida útil de los lácteos, mejorando la digestibilidad del mismo frente a la leche.
Se desconoce cuáles son las condiciones óptimas de fermentación de la mezcla de crema de leche de vaca y cabra para la elaboración de mantequilla, que garantice una maduración optima que ayude a retardar las enzimas que degradan a la grasa causando sabores anómalos al producto terminado, para obtener este fin es necesario realizar un producto innovador de calidad.
1.1.2. Pronóstico
Al no contar con un adecuado proceso de maduración en la elaboración de la mantequilla se expondrá al incremento de rancidez oxidativa. Puesto que al no corregirse este efecto el producto se verá afectado insuficiente de aroma y sabor y por el incremento de acidez excesiva. Lo que provocaría su deterioro y pérdidas en el producto elaborado.
1.1.3. Control del pronóstico
nutrición balanceada del consumidor al aportar nutrientes esenciales y generar valor agregado al producto.
1.2. Formulación del problema
¿Sera que el porcentaje de cultivo lácteo (streptococcus cremoris) y porcentaje de crema de leche de vaca y cabra influirá en la elaboración de mantequilla?
Causa: porcentaje de cultivo lácteo y porcentaje de crema de leche de vaca y cabra Efecto: elaboración de mantequilla
1.3. Sistematización
¿Con qué valores nutricionales quedaría la crema de leche de vaca y cabra
después de la aplicación de pruebas físico-químicas?
¿Cuál será la mejor mezcla de crema de leche vaca y cabra?
¿Sera que el porcentaje de cultivo lácteo se podrá admitir en el diseño
experimental?
¿Cuál será el mejor tratamiento en la maduración de la crema de leche? ¿Cómo justifico si el producto es aceptable ante la población?
¿Cuál sería el diseño de una batidora?
1.4. Objetivo General
1.4.1. Objetivos Específicos
Obtener la crema a base de leche de vaca y cabra para determinar las
características físico –químicas
Determinar la mejor mezcla de crema de leche vaca y cabra. Establecer el porcentaje de cultivo lácteo
Determinar el mejor tratamiento de la maduración.
Determinar la aceptabilidad de la mantequilla mediante procesos de
catación.
Diseñar la batidora para la elaboración de mantequilla.
1.5. Justificación
En la actualidad existe una gran cantidad de productos lácteos fermentados entre ellos se encuentra la mantequilla que se obtiene de la crema de leche de vaca y cabra que en la actualidad se están sumando nuevas industrias en la elaboración de mantequilla a partir de la crema o nata de leche de cabra, nuestro estudio va dirigido hacia la fermentación de crema de leche de vaca y cabra para la elaboración de mantequilla, tomando relevancia esta investigación con la aplicación del porcentaje de cultivo lácteo y porcentaje de crema de leche de vaca y cabra efectivas, para ayudar a alcanzar el pH de maduración y así retardar el efecto de las enzimas que degradan la grasa causando sabores anómalos al producto terminado y a la vez elaborar una mantequilla a base de leche de vaca y cabra que coadyuvé a personas con intolerancia a la lactosa; logrando así un impacto social.
También es necesario acentuar que a través de la realización de una intensa búsqueda de teoría necesaria sobre el tema y la ejecución práctica de análisis físico - químicos, se realizara un gran impacto teórico-práctico al encontrar la nueva técnica de maduración de la crema de leche de vaca y cabra para la elaboración de mantequilla, complementado con todo el aspecto teórico investigado, dando como resultado un excelente impacto nutricional en los consumidores potenciales de este producto, por lo cual se conoce la mantequilla aporta con vitaminas liposolubles y su valor energético en una dieta balanceada.
Por todos estos aspectos recalcados se ve necesaria el estudio de la fermentación de crema de leche de vaca y cabra en la elaboración de mantequilla, el cual resulta ser un tema con mucha factibilidad para el progreso agroindustrial y nutricional de nuestro medio, debido a que en esta zona de Santo Domingo es agropecuaria, en especial en la producción de leche de vaca y cabra; por tal motivo se requiere de la industrialización de productos y subproductos lácteos fermentados derivados.
1.6. FACTIBILIDAD
1.7. LIMITANTES
De acuerdo a la importancia del estudio y teniendo en cuenta los aspectos técnicos y científicos se procede a desarrollar este trabajo investigativo el cual se respalda con bibliografía de textos, revistas y páginas web especializados. La materia prima base para aplicar la fermentación de la crema de leche de cabra, será adquirida en zonas dentro y fuera de la provincia Tsáchilas.
1.8. ALCANCE DEL TRABAJO
El alcance de esta investigación comprende en aplicar cultivo lácteo (streptococcus cremoris) en el proceso de maduración, método evaluar los cambios bioquímicos que ocurren y a la vez los responsables de las características organolépticas y de conservación del producto. Considerando que la crema de leche vaca y cabra y la mantequilla trascienden en el ámbito nutricional fundamentales para el crecimiento y procesos tecnológicos modernos y rigurosos controles de calidad total en la actualidad
1.9. Sistema de hipótesis
1.9.1. Hipótesis Alternativa (Hi)
El porcentaje de cultivo lácteo y la mezcla de crema de leche de vaca y cabra están afectando significativamente en la fermentación para la elaboración de mantequilla de calidad UTE campus Santo Domingo, 2013.
1.9.2. Hipótesis Nula (Ho)
1.10. Sistema de variables
1.10.1. Variables Independientes
porcentaje de cultivo lácteo mezclas de crema de vaca y cabra
1.10.2. Variables Dependientes
Humedad
Sólidos totales Cenizas pH
1.11. Operatividad de variables OBJETIVOS ESPECÍFICOS VARIABLE DEPENDIENTE UNIDAD/ MEDIDA TÉCNICA INSTRUMENTO MÉTODO TIEMPO
Obtener la
crema a base de leche de vaca y
cabra para
determinar las características
físico -
químicas. humedad sólidos totales ceniza pH Acidez % % % -log [H+] % Acido láctico
Método por estufa Método por estufa Método por mufla
Técnica de
estandarización
Técnica de
estandarización Inicio Inicio Inicio Inicio Inicio
Determinar la mejor mezcla de crema de leche vaca y cabra.
crema % Laboratorio Inicio
Final
Establecer el porcentaje de cultivo.
Adeva DCA Laboratorio Inicio y
final
Determinar el mejor
tratamiento de la maduración
Adeva DCA Laboratorio Inicio y
final
Determinar la aceptabilidad de la mantequilla mediante
procesos de catación.
Aceptación % Ponderación Final
Diseñar la
batidora para la elaboración de mantequilla.
Diseño
-Balance de
materia y Energía
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes
2.1.1. Antecedentes Históricos
Los productos lácteos se conocen desde hace milenios; es muy posible que estén unidos al consumo humano desde los tiempos de las antiguas tribus nómadas del neolítico.
El ser humano logró la domesticación de cabras y ovejas probablemente hace casi unos 9.000 años en las zonas del Mediterráneo Oriental aunque no existen registros de consumos lácteos hasta unos mil años luego de tal domesticación: hace 8.500 años puede suponerse la producción láctea para consumo humano aunque recién hace 7.000 años es que se datan importantes producciones de leche de vaca, cabra y oveja en zonas como el noreste de Anatolia. Debido a la gran disponibilidad de leche procedente de los ganados que se desplazaban con la población.
Algunos autores mencionan que el mismo puede haberse originado en la fermentación de la leche que se almacenaba en las vasijas elaboradas con los estómagos de animales.1
De hecho, los productos lácteos se consideran como uno de los principales logros de la evolución cultural la mayor parte de la lactosa de la leche desaparece para ser convertida en otros compuestos más digeribles tras la fermentación láctica que se produce en su elaboración.
1
Por el contrario, pueblos secularmente dedicados a la ganadería, como judíos, árabes, griegos, sudaneses y culturas del Asia Meridional, que presentan altos índices de intolerancia a la lactosa, desarrollaron tradicionalmente la elaboración y consumo de productos lácteos fermentados en vez de la leche líquida sin fermentar.
El siglo XX es el periodo de tiempo donde la leche y los lácteos sufren una fuerte expansión en su consumo a lo largo de todo el planeta, las mejoras en los métodos artificiales de ordeño, alimentación y las mejoras en selección artificial de las especies, los avances tecnológicos en los procesos de transporte y refrigeración, hicieron que se produjera la paradoja de la «sobreproducción» (paradójico, ya que se empezaba a extraer más leche con menos vacas). Al mismo tiempo se empezaron a abrir serios debates acerca de lo adecuado de sus valores nutricionales aplicados a una dieta sana.2
Gráfico Nº 1
Productor Asociación Cabras del Norte (Asocaprinor)
Fuente:http://www.hoy.com.ec/noticias-ecuador/mira-apunta-al-mercado-de-leche-de-cabra-449062.htm.
2
2.1.2. Antecedentes científicos
La leche que sale de una ubre sana contiene muy pocas bacterias, además de que los sistemas naturales de defensa que tiene la leche inhiben un aumento sustancial de las bacterias durante las primeras tres o cuatro horas a temperatura ambiente.
Enfriar el producto en este periodo a 4ºC contribuye a mantener su calidad original, y es el mejor método para garantizar una buena calidad de la leche para su posterior industrialización o consumo.3
Las vacas lecheras producen la mayor cantidad de la oferta mundial de leche en su mayoría en los países desarrollados, más personas beben la leche de cabras de la leche de otras especies en el mundo. Debido a la falta de disponibilidad de la leche de vaca, leche de cabra y sus productos son importantes fuentes de alimentos diarios de proteína, fosfato y calcio para la población de los países en desarrollo, tienen la capacidad metabólica única para proporcionar energía en niños en crecimiento y tratar a los pacientes de mala absorción.4
La leche de cabra y sus productos han jugado un papel importante en la viabilidad económica de muchas partes del mundo, especialmente en los países en desarrollo. Una variedad de productos manufacturados se puede producir a partir de leche de cabra, incluidos los productos líquidos (bajo contenido de grasa, fortificada, o aromatizada), productos fermentados como el queso, el yogur o suero de leche, productos congelados como el helado o yogur congelado, o mantequilla, condensada, y los productos en polvo.5
3
http://www.fao.org/ag/againfo/themes/es/dairy/quality_chain.html
4
http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1081/E-EAS2-120045704#.UagdrDdtySk
5
Cuadro Nº1
Diferencias fisicoquímicas entre la leche de cabra y de vaca
Especie animal Vaca cabra
Densidad a 20ºC (g/ml) 1.0270-1.0320 1.0260-1.0420
Viscosidad (mPas) 1.236 1.186
Tensión superficial (N/M) 50 52
Índice de refracción (ND20 ) 1.3440-1.3485 1.3454-1.4548
Punto crioscópico (ºC) -0.550 -0.570
Acidez (% ácido láctico) 0.15 - 0.18 0.16 - 0.18
pH 6.50 - 6.70 6.50 - 6.80
Agua 87.27 86.68
Sólidos totales 12.73 13.32 - 14.2
Ceniza 0.72 0.85
Fuente: DURÁN RAMÍREZ Felipe, 2007, Manual de explotación y reproducción en caprinos, 1raedición. Editores Grupo Latina, México. pág.527
Cuadro Nº2
Composición química de la leche materna, vaca y cabra expresada en 100 ml
Elemento materna vaca cabra
Proteína g. 1.1 3.4 4.3
Grasa g. 4.2 3.3 5.4
Lactosa g. 7.1 4.6 4.2
Minerales g. 0.21 0.72 0.77
Vit. A I.U. 190 158 191
Vit. D I.U. 1.4 2.0 2.3
Tiamina 0.02 0.04 0.05
Riboflabina mg.
0.04 0.18 0.12
Biotina mcg. 0.4 2.0 1.5
2.2. Propiedades y Beneficios de la leche de cabra y sus derivados
Investigadores de la Universidad de Granada (U.G.R.) han demostrado que la leche de cabra y sus productos son alimentos de beneficios nutricionales que ayuda mejorar nuestro estado de salud.
Es considerado un alimento funcional por los beneficios que presentan alergia, intolerancia a la leche de vaca, problemas de mal absorción, colesterol elevado, anemia, osteoporosis o tratamientos prolongados con suplementos de hierro. Destacando especialmente que sus propiedades nutritivas superan a las de la leche de vaca.
Parte de los resultados de esta investigación han sido publicados en prestigiosas revistas científicas como Journal Diary Science e Internacional Diary Journal.
2.2.1. Digestiva que la leche de vaca
Buen reconstituyente de la flora intestinal, posee altas cualidades como neutralizante de la acidez, es muy utilizada para quienes padecen de úlceras estomacales, gastritis y otros problemas digestivos que requieran tratamientos con antiácidos.
2.2.2. Prevención contra osteoporosis
2.2.3. Prevención Anemia Ferropénica
El consumo habitual de leche de cabra y derivados en personas con anemia por deficiencia de hierro, hace que mejore su recuperación, potenciando la utilización nutritiva de hierro y regeneración de la hemoglobina.
2.2.4. Menos lactosa
Al mismo tiempo, la leche de cabra contiene una menor proporción de lactosa que la de vaca, aproximadamente un 1% menos, “pero al tener mayor digestibilidad puede ser tolerada por algunos individuos con intolerancia a este azúcar de la leche”.
La diferencia esencial existente entre la composición de la leche de vaca y cabra radica en la naturaleza de su grasa, y no sólo por el pequeño tamaño de los glóbulos, sino más bien debido a la composición que esta grasa muestra en cuanto al perfil de sus ácidos grasos.
Contiene más ácidos grasos esenciales (linoleico y araquidonico) que la leche de vaca. Ambos son de la serie omega 6. Por otro lado, presenta un 30-35% de ácidos grasos de cadena media (C6-C14) frente a la de vaca que sólo tiene un 15-20%. Estos ácidos grasos son una fuente rápida de energía y no son almacenados como tejido adiposo. Además, la grasa de la leche de cabra disminuye los niveles de colesterol total y mantiene unos niveles adecuados de triglicéridos y transaminasas (GOT y GPT). Esto hace que sea un alimento de elección para la prevención de enfermedades cardiovasculares.
neurodegenerativas como la diabetes y arteriosclerosis u otras afecciones cardiovasculares.
2.2.5. Semejante a la leche materna
La leche de cabra tiene fracción de azúcares y oligosacáridos similar a la leche humana los cuales desempeñan un importante papel en el desarrollo de la flora probiótica que nos defiende de las bacterias patógenas y el desarrollo cerebral del lactante 6
2.3. Crema de leche de cabra
La crema de leche de cabra se caracteriza por no tener la tonalidad amarilla de la crema de vaca debido a la falta de caroteno, siendo esta más untuosa y densa, debido a la pérdida del suero porque tiene concentración de la materia grasa.
A partir de esto, todas las sustancias o productos considerados cremas o cremosos obtienen su nombre por asemejarse en esa consistencia cremosa, untuosa y no líquida. 7
Se debe mantener en sitio fresco, donde no se pueda alterar, hasta el momento mismo de su empleo. Se favorece el descremado sometiendo la leche a temperaturas próximas a los 40ºC, y enfriándola a continuación en baño de agua fría. Sin embargo, no se debe recurrir a estos procedimientos más que con leche en buenas condiciones, ya que las temperaturas un tanto elevadas favorecen la rápida fermentación.
6
http://secretariageneral.ugr.es/pages/tablon/*/noticias-canal-ugr/un-estudio-cientifico-demuestra-que-la-leche-de-cabra-puede-considerarse-un-alimento-funcional#.UdXWONjW71U
7
El descremado por gravedad da crema menos rica que la obtenida por batido, por cuya razón se hace uso de los llamados separados cuando se desea crema de cierta riqueza. La crema obtenida de esta última manera resiste más tiempo, ya que la separada por gravedad no se desnata hasta las doce o veinticuatro horas de ordeñado, mientras que siguiendo el procedimiento contrario se puede operar sobre la misma estando aún fresca.
La crema de cabra no se consume generalmente recién preparada, y para conservarla en buenas condiciones se somete a temperaturas próximas a su punto de congelación, poniendo el recipiente que la contiene en contacto directo con hielo o todavía mejor, rodeándolo completamente con éste, pero cuidando que la temperatura sea la misma en todos los puntos del recipiente.
La crema de cabra se utiliza, entre otras cosas, en la industria de helado, mantequilla, quesos, etc. Pero la crema de cabra es también muy apropiada para estandarizar leche de queso. 8
Gráfico Nº 2 Crema de leche de cabra
Fuente: http://lechedecabraafrodisiaca.blogspot.com/
8
2.4. Crema o Nata
La materia prima más necesaria para la obtener mantequilla es la nata, en el que se ha reunido una fracción determinada de grasa y sólidos no grasos de la leche, ya sea por reposo o del desnatado de la leche en centrífuga. El número de ácidos grasos insaturados de la nata es un factor importante en la elaboración de la mantequilla.
2.4.1. Clasificación
Según el reglamento de Control Sanitario de Productos y Servicios, se aplica la siguiente clasificación:
Crema, la que contiene un 30% de grasa de leche.
Crema extra grasa, la que no contiene menos de 35% de grasa de leche.
Crema cultivada, aquélla cuya acidez proviene únicamente de la presencia de cultivos de bacterias lácticas, con un contenido no menor de 30% de grasa y un mínimo de acidez de 0.5% expresada como ácido láctico.
Crema acidificada, la que se obtiene al agregar agentes acidulantes, que pueden contener o no cultivos de bacterias lácticas, y cuyo contenido de grasa y acidez deberá corresponder a la de la crema cultivada.
Media crema, que no contiene menos de 20% de grasa de leche.
Crema ligera o crema ligera para café, que no contiene menos de 14% de grasa de leche.
Crema para pastelería, a la que se ha agregado azúcar y que no debe contener menos de 20% de grasa de leche.
Crema para batir, la que no contiene menos de 30% de grasa de leche.
Crema extra grasa para batir, la que no contiene menos de 35% de grasa, emulsivos y espesantes.
2.5. Análisis físico químico
“Desde el punto de vista físico – químico, la crema es una emulsión tipo “grasa en agua“, al igual que la leche, pero con mayor viscosidad, la cual dependen de su contenido de grasa y de los tratamientos industriales a los cuales se somete: pasteurización, maduración, homogeneización, etc.
El análisis de la crema es indispensable para el control de calidad del producto a nivel de la planta industrial o como medió de comprobar si llena los requisitos exigidos por los reglamentos sanitarios.
De acuerdo con los requisitos reglamentarios, es importante determinar el contenido de grasa de la crema. Otras determinaciones posibles son los sólidos totales, las proteínas, la lactosa y la acidez. La crema batida, en particular, debe examinarse para determinar su contenido de sacarosa y estabilizadores. Puede ser necesario examinar las muestras para detectar conservadores, material colorante y grasas extrañas.
Ese análisis incluye determinaciones de sólidos totales, humedad, cenizas, acidez, pH, lactosa, proteínas, grasas y algunas veces de ácido láctico, fosfatasa, rancidez, materias colorantes, agentes conservadores, materias extrañas y viscosidad.”10
9
MENDOZA Eduardo & CALVO Concepción. (2010). Composición y propiedades de los alimentos: McGraw-Hill Interamericana Editores, S, A., México. pp.: 126 -127
10
2.6. Mezcla de crema de leche de vaca y crema de leche de cabra
El mezclado es una operación que se efectúa con el objeto de lograr una distribución uniforme de la crema de leche de vaca y crema de leche de cabra entre sí, el cual es producido por medios mecánicos generalmente cuando se mezclan líquidos miscibles o sólidos en líquidos se puede lograr un mezclado íntimo, y materiales muy viscosos o pastosos el grado de mezclado logrado es menor.
Para mezclar líquidos de alta consistencia como líquidos viscosos, pastas, grasas, etc., se emplean impulsores tipo agitador de ancla, de paletas contra rotatorias o de compuerta.11
Grafico Nº 3
Tipos de sistemas de mezclado
Fuente:http://cbi.izt.uam.mx/iq/Laboratorio%20de%20Operaciones%20Unitarias/Practicas%20Laborator ios/PRACTICA1.pdf
11
2.7. Cultivos lácticos
Las bacterias del ácido láctico (BAL), o también bacterias ácido lácticas y cultivos lácticos por razón de sus características al ser procesadas y multiplicadas para su
utilización como grupo - comprenden un caldo de bacterias fermentadoras ( streptococcus cremoris) y productoras de ácido láctico, función por la que son usadas
en la industria para darle ciertas cualidades a los alimentos y protegerlos contra la acción de otros organismos dañinos.
Así como hay bacterias que afectan la salud humana, hay otras que además de ser inocuas, son necesarias. Dentro de este amplio grupo se encuentran las bacterias lácteas utilizadas en la elaboración de queso, yogur y la mantequilla. Estos microorganismos influyen en el proceso de acidificación (disminución de pH), imprescindible para otorgarle al queso sus características propias (textura, sabor y aroma) e impedir el desarrollo de bacterias dañinas, en otras palabras producen cambios benéficos en los alimentos, cambios que pueden ser físicos, químicos y funcionales además que aumente la vida útil del producto.
A estos grupos se les ha denominado cultivos lácticos, “cultivo starter” o fermentos lácticos que a diferencia de los potencialmente patógenos proveen características particulares deseadas en forma más segura y predecible.
2.7.1. Características
Las bacterias lácticas son gram positivas, ácido tolerantes, algunos en rangos de pH entre 4.8 y 9.6, permitiéndoles sobrevivir naturalmente en medios donde otras bacterias no aguantarían la aumentada actividad producida por los ácidos orgánicos.
inhibe el crecimiento de agentes que causan descomposición. Más aún, algunas BAL son productoras de bacterocinas tóxicas, proveyendo un obstáculo adicional para los microorganismos patogénicos. De hecho, el ácido láctico y otros productos metabólicos de las BAL contribuyen a las propiedades organolépticas y el perfil textural de un alimento específico.
La importancia industrial de las BAL se evidencia también porque, por lo general consideradas no peligrosas, debido a que están en variados alimentos y por su contribución como flora saprófita de las superficies mucosas humanas. Los géneros básicos que comprenden las BAL son Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus, y Streptococcus así como los Lactobacillales Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Teragenococcus, Vagococcus, y Weisella.
2.8. Funciones de los cultivos
Los cultivos o fermentos lácticos se utilizan en la industria para conferirle a los productos características determinadas como sabor, aroma, textura y apariencia.
La función primaria de los cultivos iniciadores lácticos es la producción de ácido láctico a partir de la lactosa, que consecuentemente produce un cambio en el estado de la leche, líquido a gel, debido a que la caseína alcanza un pH de 4.4 a 4.6, llamado punto isoeléctrico (carga neta cero). Este cambio en la acidez produce inhibición de microorganismos indeseables.
2.8.1. Desarrollo de acidez
2.8.2. Compuestos de aroma y sabor
Algunas bacterias lácticas producen pequeñas cantidades de acetaldehído y diacetilo por la fermentación de los citratos, otorgando sabor y aroma agradable. Además producen anhídrido carbónico, que van a formar los ojos de algunos quesos y el carácter espumosos en algunas leches fermentadas.
2.8.3. Actividad lipolítica y proteolítica
Esta actividad tiene influencia en la formación de compuestos de sabor y aroma típicos en variedades de quesos maduros, como son ácidos grasos libres y transformaciones enzimáticas de algunos aminoácidos produciendo amoníaco, ácidos orgánicos (ácido acético, ácido propiónico, ácido isobutírico) y anhídrido carbónico.
2.8.4. Metabolismo de bacterias lácticas
Existen dos vías básicas de fermentación de hexosas que son usados para la clasificación de los géneros de BAL.
Las BAL heterofermentativas utilizan la ruta de la pentosa fosfato, en la que un mol de glucosa-6-fosfato es inicialmente deshidrogenada a 6-fosfogluconato y luego descarboxilada para producir un mol de CO2. El resultante pentosa-5-fosfato es disociado en un mol de fosfato de gliceraldehído y un mol de acetilfosfato.
El fosfato de gliceraldehído se metaboliza luego en ácido láctico, tal como en la reacción de los homofermentadores, con el acetilfosfato reduciéndose a etanol vía los intermediarios acetil - CoA y acetaldehído. Teóricamente, los productos finales (incluyendo el ATP) son producidos en cantidades equimolares a partir del catabolismo de un mol de glucosa. Las BAL obligatoriamente heterofermentativas incluyen: Leuconostoc, Oenococcus, Weissella, y el grupo III Lactobacilli.12
12
Grafico Nº 4
Fermentación láctica homofermentativa (Adaptada de Larpert, 1995)
Fuente:http://academia.edu/992789/Bacterias_acidolacticas_BAL_aplicaciones
Grafico Nº 5
Fermentación láctica heterofermentativa (Adaptada de Larpert, 1995)
Fuente:http://academia.edu/992789/Bacterias_acidolacticas_BAL_aplicaciones
2.9. Tipos de Cultivos Lácteos
Bacterias mesófilas: con unas temperaturas óptimas de crecimiento de 20 a 30ºC.
Bacterias termófilas: con unas temperaturas óptimas de crecimiento de 40 a 45ºC
Los cultivos pueden ser del tipo:
Simple cepa: conteniendo una única cepa de bacterias.
Múltiple cepa: mezcla de varias cepas, cada una de ellas con sus propios efectos específicos.
Según Bergey (catedrático en bacteriología):
Bacterias: Streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillus Hongos: Penicillum
Levaduras : Sacharomyces, Torulopsis
Según la fermentación de la lactosa:
Homofermentativos: Producen solo acido láctico
Heterofermentativos: Producen solo acido láctico y otras sustancias
De esta manera, las industrias lácteas pueden obtener cultivos con propiedades seleccionadas para conseguir las características específicas de producto, tales como textura, sabor y viscosidad.
Las industrias lácteas pueden comprar los cultivos comerciales según distintas presentaciones:
Liofilizados: como un concentrado de cultivos en forma de polvo, para la propagación como cultivo industrial.
Congelados: como un concentrado de cultivos para la propagación como cultivo industrial.
Congelados, como cultivos superconcentrados en forma muy soluble, para inoculación directa del producto.
2.10. Porcentaje de cultivo lácteo
La cantidad de cultivo industrial que se debe añadir a la nata se decide sobre la base del programa de temperatura para el proceso. Se debe adaptar a las temperaturas de acidificación y maduración, así como a la duración de las diferentes fases. La dosis de cultivo industrial puede variar entre un 1 y un 7% de la cantidad de nata. La cifra más baja se aplica a la temperatura de 21ºC, a la que se mantiene la nata con grasa dura (bajo índice de yodo), y el porcentaje más alto se aplica a la nata con grasa blanda, que se mantiene a una temperatura de 15 – 16ºC.
El proceso de acidificación se debe completar cuando el tratamiento térmico ha terminado y la nata pasa al batido. La acidez de la parte no grasa de la nata debe ser alrededor de 36ºSH.13
2.10.1. Preparación de cultivos y starters
Los cultivos bacterianos, conocidos también como fermentos o starters, se utilizan en la elaboración de mantequilla, queso y otros productos lácteos acidificados o fermentados. Los fermentos se añaden al producto y se les deja crecer en el bajo condiciones controladas.
fermentan la lactosa y dan lugar a la producción de ácido láctico, tiene un efecto conservador sobre el producto, al mismo tiempo que mejoran su valor nutritivo y su digestibilidad.14
Cuadro Nº 3
Nombres de distintos fermentos y sus usos
Nombre viejo Nombre nuevo Producto
Streptococcus cremoris Streptococcus lactis
Lactococcus lactis ssp. cremoris Lactococcus lactis ssp. lactis
Queso Cheddar Queso Feta
Queso Cottage Quarg Streptococcus cremoris Lactococcus lactis ssp. cremoris Queso Continental
(con ojos) Streptococcus lactis
Leuconostoc citrovorum Leuconostoc lactis
Lactococcus lactis ssp. lactis Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris Lactococcus lactis Mantequilla láctica Queso Feta Streptococcus cremoris Streptococcus lactis Streptococcus diacetylactis
Lactococcus lactis ssp. cremoris Lactococcus lactis ssp. lactis Cit Lactococci
Mantequilla láctica
Streptococcus cremoris Lactococcus lactis ssp. cremoris Queso Continental (con ojos)
Streptococcus lactis Streptococcus diacetylactis Leuconostoc citrovorum Leuconostoc lactis
Lactococcus lactis ssp. lactis Cit Lactococci
Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris
Lactococcus lactis
Queso madurado con mohos
Mantequilla acidificada Mantequilla láctica Fuente: LÓPEZ GÓMEZ Antonio, 2002, Manual de industrias lácteas, 1raedición,. Editorial Mundi prensa libros S. A., Madrid. pág.234
13
DURAN RAMÍREZ Felipe. (2011). La biblia de las recetas industriales: Grupo latino Editores, S, A., México. pp.: 409-410.
14
2.10.2. Etapas de propagación
Durante los últimos años se han utilizado generalmente cultivos concentrados para la producción directa de los fermentos industriales y para su utilización directa en la producción. El manejo futuro de cultivos probablemente se basara en cultivos concentrados, especialmente diseñados, que podrán utilizarse directamente en producción sin necesidad de propagación posterior en la industria láctea.
Existe sin embargo, todavía muchas industrias lácteas que preparan sus propios fermentos industriales, en sucesivas etapas, a partir de un cultivo madre.
El proceso puede constar de dos o más etapas. Las diversas etapas en la propagación de los cultivos se conocen con los siguientes nombres:
Cultivo Comercial: que es el cultivo maestro (máster) que la industria láctea
compre al laboratorio.
Cultivo Madre: que es el cultivo preparado por la industria láctea a partir del
cultivo máster. El cultivo madre se prepara de forma diaria y, como su nombre indica, es el origen de todos los demás cultivos hechos en esa industria láctea.
Cultivo Intermedio: sirve para multiplicar la cantidad de cultivo, en los casos
en que se necesiten volúmenes muy grandes.
Cultivo Industrial: es el que sirve para inocular la leche destinada a la
producción de mantequilla y demás derivados lácteos.15
15
2.10.3. Las etapas del proceso
El proceso, que se presenta es esencialmente el que se utiliza tanto para la preparación del cultivo madre, como de los cultivos intermedios e industriales, e incluye las siguientes etapas:
Tratamiento térmico del sustrato
Enfriamiento hasta la temperatura de inoculación
Inoculación
Incubación
Enfriamiento del cultivo terminado Almacenamiento del cultivo.
2.10.3.1.Tratamiento térmico del sustrato
La primera etapa en la producción de fermentos es el tratamiento térmico de la leche desnatada que es el sustrato, la razón básica que justifica la utilización de leche desnatada fresca o reconstituida es que de esta manera se presentan muchos menos problemas de aroma y sabor en el cultivo.
Se calienta a 90- 95ºC y se mantiene a esa temperatura durante 30- 45 minutos. Este tratamiento térmico del sustrato mejora sus propiedades, ya que se produce una:
Destrucción de los bacteriófagos Eliminación de sustancias inhibidoras Cierta descomposición de las proteínas Expulsión del oxigeno disuelto, y
2.10.3.2.Enfriamiento hasta la temperatura de inoculación
Después de efectuado el tratamiento térmico, el sustrato se enfría hasta la temperatura de inoculación. Es importante que se respeten las temperaturas recomendadas por el fabricante de cultivos comerciales.
Las temperaturas normales de inoculación oscilan entre 20 y 30ºC para las bacterias de tipo mesófilo.
2.10.3.3.Inoculación (siembra)
En la inoculación, se transfiere una determinada cantidad de cultivo bacteriano al sustrato tratado térmicamente, una vez que la temperatura se ha ajustado al nivel correcto. Para evitar desviaciones en el cultivo es muy importante que la dosis de fermento, la temperatura de propagación y el tiempo sean mantenidos constantes a través de todas las etapas (cultivo madre, cultivo intermedio y cultivo industrial).
Las cantidades de fermento o indicadores pueden también afectar a las proporciones relativas de las distintas bacterias que producen acido láctico y sustancias aromáticas. Por ello, las variaciones en la cantidad de fermentos pueden producir variaciones en el producto final.
2.10.3.4.Incubación
Tan pronto como se ha realizado la inoculación y los fermentos se han mezclado con el sustrato, las bacterias comienzan a multiplicarse, es decir, empieza la inoculación. El periodo que dura esta etapa viene determinado por los tipos de bacterias utilizados, las dosis de inoculación, etc., y puede variar entre 6 y 20 horas a temperatura de 22 a 30ºC. Es muy importante controlar cuidadosamente la temperatura y evitar que productos contaminantes entre en contacto con el cultivo.
2.10.3.5.Enfriamiento del cultivo
El enfriamiento comienza cuando se ha alcanzado una determinada acidez (empírica) para detener el crecimiento bacteriano y conservar la actividad del fermento en un nivel alto.
Normalmente se realiza el enfriamiento hasta 10-12ºC cuando el cultivo se va a utilizar dentro de las 6 horas siguientes. Si el cultivo necesita ser almacenado durante un periodo largo, mayor de 6 horas, se aconseja enfriar hasta unos 5ºC.
Para grandes producciones, o para periodos de producción de más de un turno es más conveniente preparar los fermentos a intervalos regulares de, por ejemplo, 4 horas. Esto significa que los cultivos activos están disponibles siempre, haciéndose más fácil seguir las condiciones de proceso establecidas y asegurar una alta calidad en los productos finales.
2.10.3.6.Conservación de los fermentos
Se ha investigado mucho la mejor manera de tratar los cultivos de forma que se preserve su actividad durante el almacenamiento. Uno de estos métodos es la congelación. Cuando más baja es la temperatura, mejor se mantiene los cultivos.16
16
2.11. Pasteurización de la crema
El proceso de pasteurización se lleva a cabo a una temperatura de 95ºC durante unos 20 segundos. Estas elevadas temperaturas aseguran la destrucción de los microorganismos patógenos, así como enzimas que podrían ser perjudiciales para la buena calidad de la nata.
Una vez se haya alcanzado el tiempo y la temperatura correcta, se enfría rápidamente hasta los 8ºC a través de baño de María en agua fría. Cuando la crema alcance la temperatura del agua mas helada, se debe introducir en el refrigerador. 17
2.11.1. Tratamiento de la grasa dura
Para obtener una consistencia optima cuando el valor del índice de iodo es bajo, es decir, cuando la grasa es dura, se debe minimizar la cantidad de cristales mixtos y maximizar la cantidad de grasa “pura” para incrementar la proporción de grasa liquidada/grasa solida en la nata.
El tratamiento necesario para conseguir resultado consta de las siguientes etapas:
Enfriamiento rápido hasta unos 8ºC y almacenamiento durante 2 horas a esta temperatura.
Calentamiento suave hasta 20-21ºC y almacenamiento a esta temperatura durante al menos 2 horas. Como medio calefactor se utiliza agua a una temperatura máxima de 27ºC.
Enfriamiento hasta unos 16ºC, primero y después hasta la temperatura de batido.
suavemente hasta 20-21ºC, los cristales de grasa fundidos comienzan a recristalizar, formando ahora cristales puros.
Después de 1-2 horas, la grasa con un punto de fusión más alto ha comenzado a recristalizar. Reduciendo la temperatura hasta unos 16ºC, la grasa fundida continua cristalizando y formando cristales puros. Durante el periodo de mantenimiento a 16ºC toda la grasa con punto de fusión de unos 16ºC o superior cristalizará. 18
2.12. Pasteurización
El término “pasteurización” conmemora a Louis Pasteur, quien a mediados del siglo XIX realizó estudios sobre los fundamentos del efecto letal del calor sobre los microorganismos y el uso del tratamiento término como técnica de conservación. La pasteurización de la leche es un tipo especial de tratamiento térmico que se puede definir como “cualquier tratamiento térmico de la leche que asegura la destrucción del bacilo de la tuberculosis sin afectar de manera importante a las propiedades físicas y químicas”.
A mediados de los años 1930 (JDR: 6/191) Kay y Graham anunciaron la destrucción del enzima fosfatasa. Este enzima está siempre presente en la leche cruda y se destruye mediante una combinación tiempo/temperatura que es la adecuada para conseguir una pasteurización eficiente.20
17
DURAN RAMÍREZ, Felipe. (2011). La biblia de las recetas industriales: Grupo latino Editores, S, A., México. pp.: 410
18
LÓPEZ GÓMEZ Antonio, (2002), Manual de industrias lácteas. 1raedición. Editorial Mundi prensa libros S. A., Madrid.pág.271-272.
19
DURAN RAMÍREZ, Felipe. (2011). La biblia de las recetas industriales: Grupo latino Editores, S, A., México. pp.: 410
20
2.12.1. Combinación tiempo/temperatura
La combinación de temperatura y tiempo de mantenimiento es muy importante, ya que determina la intensidad del tratamiento térmico. Las bacterias coli en la leche mueren cuando son calentadas a 70ºC y mantenidas a esta temperatura durante 2 minutos. A la temperatura de 65ºC se necesita un tiempo de mantenimiento de 10 minutos para conseguir el mismo efecto. Estas dos combinaciones, 70ºC/2 mint y 65ºc/10 mint tienen, por lo tanto, el mismo efecto letal.
2.12.2. Factores limitantes del tratamiento térmico
El tratamiento térmico fuerte de la leche es deseable desde el punto de vista microbiológico. Sin embargo, ello supone aumentar el riesgo de aparición de defectos en el sabor, valor nutritivo y apariencia de la leche. Las proteínas presentes en la leche son desnaturalizadas a altas temperaturas. Esto significa que las propiedades para la elaboración de quesos a partir de la leche son dañadas de forma drástica por un tratamiento térmico intensivo. Un calentamiento fuerte produce cambios en el sabor (en primer lugar se origina el sabor a cocido y después el sabor a quemado). La elección de la combinación tiempo/temperatura debe ser optimizada para conseguir un efecto adecuado tanto desde el punto de vista microbiológico como desde el punto de vista de la calidad.
El test de la fosfatasa no se puede utilizar en productos acidificados, el control del calentamiento se basa en la enzima peroxidasa. La leche destinada a la producción de productos lácteos fermentados es normalmente objeto de un calentamiento intenso para coagular las proteínas del suero y mantener las propiedades de absorción de agua (de esta forma se evita la formación del suero) 21
21
2.13. Balance de materia
El balance de materia se basa en la ley de conservación de la masa enunciada por Lavoiser de la siguiente manera: Nada puede crearse y en cada proceso hay exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes y después de que el proceso haya sucedido. Solamente hay un cambio o modificación de la materia.
La ecuación para contabilizar la materia es la siguiente:
∑Mi = ∑ ME + M vc
T
De donde:
∑Mi = la suma de todas las velocidades de flujo de masa que entra en el sistema.
∑Me = la suma de todas las velocidades de flujo de masa que sale del sistema
T =es el intervalo de tiempo durante el cual la masa dentro del volumen de control cambia a Mvc
2.14. Balance de energia
El balance de energía se basa en la ley de conservación de la energía que indica que la energía para un proceso químico no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Basándose en las leyes anteriores.22
Rapidez de salida de la materia y la
energía del
sistema
Rapidez de
entrada de la materia y energía al sistema
Rapidez neta de acumulación de masa y energía en el sistema
Balance general de energía
M
2E
2– M
1E
1= d (ME)
d Ө
En donde:
Ө = tiempo = seg.,minut,h
M = masa = Kg
E = energía = W/m2
2.15. Número de Grashof
El número de Grashof representa la relación entre las fuerzas ascensionales y las fuerzas viscosas en una situación de convección libre.
2
2 2
T
T
L
g
G
r
s
Dónde:
g = Gravedad
β = Coeficiente isobárico de expansión T s= Temperatura de la superficie
T = Temperatura de la corriente de aire δ = Densidad
L = Longitud de la pared μ = Viscosidad
K = Propiedad del aire Pr = Número de Prandtl
22
2.16. Número de Nusselt
El número de Nusselt, algunas veces llamado el coeficiente a dimensional de transferencia de calor se define como:
K
L
h
N
u
*
Dónde:
h= Coeficiente de transferencia de calor L= Longitud
K= Propiedades del aire
2.17. Transferencia de calor en ingeniería
Desde el punto de vista ingenieril, el problema clave es determinar la razón de transferencia de calor para una diferencia de temperatura específica. Para estimar el costo, la factibilidad y el tamaño del equipo necesario para transferir una cantidad determinada de calor. Las dimensiones de calderas, calentadores, refrigeradores e intercambiadores de calor dependen no solo de la cantidad de calor por transmitir sino también de la razón a la cual se va a transferir el calor en condiciones dadas.
2.18. Transmisión de calor
Transmisión de calor es un proceso dinámico donde se transfiere calor de un
cuerpo caliente a otro más frío. Este tipo de procesos (enfriamiento y calentamiento) son más casuales en una planta de alimentación.
2.18.1. Transferencia de calor por conducción
La conducción es la forma en que tiene lugar la transferencia de energía a escala molecular. Cuando las moléculas absorben energía térmica vibran sin desplazarse, aumentando la amplitud de la vibración conforme aumenta el nivel de energía .La conducción es el método más habitual de transmisión de calor en procesos de calentamiento / enfriamiento de materiales sólidos opacos.
2.18.1.1.Ley de Fourier
Si existe un gradiente de temperatura en un cuerpo, tendrá lugar una transmisión de calor desde la zona de alta temperatura hacia la que está a temperatura más baja. El flujo de calor será proporcional al gradiente de temperatura:
dx
dT
K
A
Q
Siendo q el flujo de calor por conducción en dirección x (W), k la conductividad térmica (W/m ºC); es una propiedad característica del material por lo que fluye calor y varía con la energía, A es el área en ángulo recto con la dirección en la que fluye el calor (normal a la dirección x) m²; T la temperatura (ºC) y x la distancia (m).23
23
2.18.2. Transmisión de calor por convección
La transferencia de calor por convención en realidad se compone de dos mecanismos que operan al mismo tiempo. El primero es la transferencia de energía generada por el movimiento molecular, es decir, el modo conductivo. Superpuesta se encuentra la transferencia de emergía mediante el movimiento macroscópico de fracciones del fluido, cada una integrada por un gran número de moléculas, que se mueven por la acción de una fuerza externa. Esta fuerza puede ser el resultado de un gradiente de densidad, como en la convección natural, o de una diferencia de presión generada por una bomba, o un ventilador, o quizá por una combinación de ambos.
2.18.2.1.Ley de Fourier
En la mayoría de los casos de interés para el procesador de alimentos, el intercambio de energía entre el fluido y la superficie se efectúa por conducción en la interface o de acuerdo con la ley de Fourier para la conducción de calor.
En donde Q/A es el flujo de calor desde o hasta la superficie, k fluido es la conductividad térmica del fluido y (PdT/ dy) y=0representa el gradiente de temperatura del fluido en la superficie. Es difícil medir experimentalmente este gradiente de temperatura en lasuperficie. En consecuencia, por lo general se expresa el flujo de calor de acuerdo a la ley de Newton de enfriamiento como:
