PRODUCTOS LÁCTEOS
ELIANA BERNAL VILLAMIZAR
20421058
ARLEY NOVA RINCÓN 2040820 ANDREA PINZÓN FRÍAS
2052372
Profesor: Ing. JOSÉ ANDRÉS PÉREZ MENDOZA
BIOPROCESOS ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Bucaramanga, 2009
INTRODUCCIÓN Los lácteos, también denominados productos lácteos, son aquel grupo de alimentos que incluyen la leche, así como sus derivados procesados (generalmente fermentados). Las plantas industriales que producen estos alimentos pertenecen a la industria láctea y se caracterizan por la manipulación de un producto altamente perecedero, como es la leche, que debe vigilarse y analizarse correctamente durante todos los pasos de lacadena de frío hasta su llegada al consumidor.1 La leche empleada mayoritariamente en la elaboración de los lácteos procede de la vaca (en concreto de la raza Holstein),2 aunque también puede consumirse leche procedente de otros mamíferos tales como la cabra o la oveja y, en algunos países, la búfala, la camella, la yak, la yegua, y otros animales. En la actualidad la mayor parte de los alimentos funcionales se elaboran a partir de productos lácteos.3 El consumo de productos lácteos ha experimentado, desde la década de 1950, un considerable crecimiento en la demanda mundial que ha llevado a la industria a superar retos. La presente revisión bibliográfica tiene como objeto analizar los bioprocesos que se realizan a lo largo de la producción de los derivados de la leche, teniendo en cuenta aspectos tales como las condiciones de la materia prima, las condiciones de operación y las condiciones a las que se llevan a cabo la producción de cada uno de los productos terminados.
1. LA LECHE La leche es una secreción nutritiva de color blanquecino opaco producida por las glándulas mamarias de las hembras de los mamíferos (incluidos los monotremas).1 2 3 Esta capacidad es una de las características que definen a los mamíferos. La principal función de la leche es la de nutrir a los hijos hasta que son capaces de digerir otros alimentos. Además cumple las funciones de proteger el tracto gastrointestinal de las crías
contra patógenos, toxinas e inflamación y
contribuye a la salud metabólica regulando los procesos de obtención de energía, en especial el metabolismo de la glucosa y la insulina.4 Es el único fluido que ingieren las crías de los mamíferos (del niño de pecho en el caso de los seres humanos) hasta el destete. La leche de los mamíferos domésticos forma parte de la alimentación humana corriente en la inmensa mayoría de las civilizaciones: de vaca, principalmente, pero también de oveja, cabra, yegua, camella, etc. La leche es la base de numerosos productos lácteos, como la mantequilla, el queso, el yogur, entre otros.5 Es muy frecuente el empleo de los derivados de la leche en las industrias agroalimentarias, químicas
y
farmacéuticas
en
productos
como
la leche
condensada, leche
en
polvo, caseínao lactosa.6 La leche de vaca se utiliza también en la alimentación animal. Está compuesta principalmente por agua, iones (sal, minerales y calcio),hidratos de carbono (lactosa), materia grasa y proteínas.2
1.1 Definición Se puede definir la leche desde los siguientes puntos de vista:
Biológico: es una sustancia segregada por la hembra de los mamíferos con la finalidad de nutrir a las crías.
Legal: producto del ordeño de un mamífero sano y que no representa un peligro para el consumo humano.
Técnico o físico-químico: sistema en equilibrio, constituido por tres sistemas dispersos: solución, emulsión y suspensión.
1.2 Características de la leche cruda 1.2.1
Propiedades Físicas:
La leche de vaca tiene una densidad media de 1,032 g/ml. Es una mezcla compleja y heterogénea compuesta por un sistema coloidal de tres fases:
Solución: los minerales así como los hidratos de carbono se encuentran disueltos en el agua.
Suspensión: las sustancias proteicas se encuentran con el agua en suspensión.
Emulsión: la grasa en agua se presenta como emulsión.
Contiene una proporción importante de agua (cerca del 87%). El resto constituye el extracto seco que representa 130 gramos (g) por l y en el que hay de 35 a 45 g de materia grasa. Otros componentes principales son los glúcidos lactosa, las proteínas y los lípidos. Los componentes orgánicos (glúcidos, lípidos, proteínas, vitaminas), y los componentes minerales (Ca,Na, K, Mg, Cl). La leche contiene diferentes grupos de nutrientes. Las sustancias orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas) están presentes en cantidades más o menos iguales y constituyen la principal fuente de energía. Estos nutrientes se reparten en elementos constructores, las proteínas, y en compuestos energéticos, los glúcidos y los lípidos.
Propiedades químicas
1.2.2
El pH de la leche es ligeramente ácido (pH comprendido entre 6,6 y 6,8). Otra propiedad química importante es la acidez, o cantidad de ácido láctico, que suele ser de 0,15-0,16% de la leche.
Análisis químico proximal de la leche de diversos mamíferos Composición media de la leche en gramos por litro Materia grasa
Materias nitrogenadas
905 117
35
12-14
10-12
Yegua
925 100
10-15
20-22
Asna
925 100
10-15
Agua
Extracto seco
Lactosa
Materias minerales
4-6
65-70
3
10-12
7-10
60-65
3-5
20-22
10-12
9-10
60-65
4-5
Totales Caseína Albúmina
Leche de mujer
Équidos
Rumiantes Vaca
900 130
35-40
30-35
27-30
3-4
45-50
8-10
Cabra
900 140
40-45
35-40
30-35
6-8
40-45
8-10
Oveja
860 190
70-75
55-60
45-50
8-10
45-50
10-12
Búfala
850 180
70-75
45-50
35-40
8-10
45-50
8-10
Reno
675 330
160-200
100105
80-85
18-20
25-50
15-20
Porcinos
Cerda
850 185
65-65
55-60
25-30
25-30
50-55
12-15
Carnívoros y Roedores Perra
800 250
90-100
100110
45-50
50-55
30-50
12-14
Gata
850 200
40-50
90-100 30-35
60-70
40-50
10-13
Coneja
720 300
120-130
130140
90-100 30-40
15-20
15-20
Marsopa 430 600
450-460
120130
-
10-15
6-8
Cetáceos -
Las sustancias proteicas de la leche son las más importantes en el aspecto químico. Se clasifican en dos grupos: proteínas (la caseína se presenta en 80% del total proteínica, mientras que las proteínas del suero lo hacen en un 20%), y las enzimas.7 La actividad enzimática depende de dos factores: la temperatura y el pH; y está presente en todo el sistema de diversas formas. La fosfatasa es un inhibidor a temperaturas depasteurización e indica que se realizó bien la pasteurización. La reductasa es producida por microorganismos ajenos a la leche y su presencia indica que está contaminada. Laxantoxidasa en combinación con nitrato de potasio (KNO3) inhibe el crecimiento de bacterias butíricas. La lipasa oxida las grasas y da olor rancio a los productos y se inhibe con pasteurización. La catalasa se incrementa con la mastitis y, si bien no deteriora el alimento, se usa como indicador microbiológico
1.2.3
Propiedades microbiológicas8
La leche cruda no debe contener más de 300.000 colonias bacterianas/ml, determinados por recuento de placa. La leche pasteurizada no debe tener más de 30.000/mililitros. La flora microbiana varía con los distintos tipos de quesos e inclusive entre varios quesos del mismo tipo. Los microorganismos más importantes para recuento de quesos son: conformes, bacterias psicotrofas, presencia de hongos y levaduras, Staphílococcus aureus (mastitis), salmonella sp., gacillus cereus, Lactobacillus y Clostridíum perfrígens. Aparte de la salmonella, el peligro potencial de fabricar quesos con leche cruda estaría también en brucelosis y tuberculosis.
La leche cruda debería ser de buena calidad bacteriológica, para evitar fermentaciones y reacciones enzimáticas indeseables y debería estar libre de sustancias inhibitorias como antibióticos residuales, los cuales interfieren con el crecimiento de la bacteria iniciadora. Generalmente se considera que el queso con leche cruda tiene más sabor (Robinson, 1981). A nivel de granjas se está generalizando el uso de refrigeración, con la cual sobreviven bacterias, principalmente psicotrofas como Pseudomonas, Aeromonas y Alcalígenes que se multiplicarán durante el transporte y el almacenamiento. Una eficiente pasteurización reduce el contaje total de los microorganismos en el queso, pero sus enzimas pueden sobrevivir el tratamiento de calor y ocasionar sabores desagradables en los quesos. Estas enzimas tienen el potencial de perjudicar las propiedades de procesamiento de la leche. Las lipasas pueden causar rancidez en el queso cheddar, holandés, suizo y camembert. Las enzimas pueden degradar la caseína en la leche cruda durante el almacenamiento, produciendo péptidos, los cuales se pierden en el suero y afectan los rendimientos del queso. Con la pasteurización es importante el uso de fermentos y/o del cultivo iniciador. Estas enzirnas o bacterias añadidas conjuntamente con las bacterias de la leche pueden verse afectadas en su actividad por productos generados por bacterias de la leche o puede ocurrir una inhibición competitiva, estando sujetas a inactivación y/o proteólisis. Los organismos patógenos que pueden estar presentes en la leche cruda para elaboración de quesos, pueden derivarse de ubres infectadas (mastíticas), de heces e instrumentos infectados, en los cuales los microorganismos, a excepción de los formadores de esporas y los enterococos, pueden ser destruidos por pasteurización total. Sin embargo, cuando el queso se hace de leche cruda o hay una postcontaminación con patógenos o permanecen sus enterotoxinas, puede causar un daño alimenticio. Debido a la contaminación frecuente de la leche por el personal obrero y la alta incidencia de mastitis estafilocócica en los rebaños lecheros, lacausafrecuentededañoporiosalimentos es debido a las enterotoxinas producidas por Staphilococcus aureus. La salmonella aparece poco, no así las cadenas enteropatogánicas de E. colíque causa desquebrajamientos en humanos y cuya contaminación postpasteurización es rara. Los iniciadores lácticos usados en la elaboración de quesos pueden efectivamente proteger al queso contra patógenos por la producción de ácido láctico, ácido acético, agua oxigenada y
antibiótico (ejemplo: nisina). Bajo condiciones óptimas de acidificación, la multiplicación y muertede lospatógenospuedeestarinfluenciada por las cepas iniciadoras usadas. La inclusión de leches mastíticas causa dificultades de coagulación, producen bajos rendimientos o un queso muy húmedo. Las altas temperaturas pueden bloquear también la actividad enzimática al depositarse las sales de la leche, especialmente bajo condiciones ácidas y a temperaturas sobre 75 °C, lo cual produce cuajadas suaves que liberan agua lentamente, en comparación con las cuajadas elaboradas a partir de leche cruda. 1.2.4
Propiedades nutricionales9
Proteínas. La leche de vaca contiene de 3-3,5 por ciento de proteínas, distribuida en caseínas, proteínas solubles o seroproteínas y sustancias nitrogenadas no protéicas. Son capaces de cubrir las necesidades de aminoácidos del hombre y presentan alta digestibilidad y valor biológico. Además del papel nutricional, se ha descrito su papel potencial como factor y modulador del crecimiento. Agua. Dispone un 88% de agua. Lípidos. Figuran entre los constituyentes más importantes de la leche por sus aspectos económicos y nutritivos y por las características físicas y organolépticas que se deben a ellos. La leche entera de vaca se comercializa con un 3,5 por ciento de grasa, lo cual supone alrededor del 50 por ciento de la energía suministrada. Los componentes fundamentales de la materia grasa son los ácidos grasos, ya que representan el 90 por ciento de la masa de los glicéridos. Los ácidos grasos son saturados e insaturados: Azúcares. La lactosa es el único azúcar que se encuentra en la leche en cantidad importante (4,5 por ciento) y actúa principalmente como fuente de energía. Se ha observado un efecto estimulante de la lactosa en la absorción de calcio y otros elementos minerales de la leche. . La leche de vaca contiene alrededor de 1 por ciento de sales. Destacan calcio y fósforo. El calcio es un macronutriente de interés, ya que está implicado en muchas funciones vitales por su alta biodisponibilidad así como por la ausencia en la leche de factores inhibidores de su absorción. Es fuente importante de vitaminas para niños y adultos. La in-gesta recomendada de vitaminas del grupo B (B1, B2 y B12) y un porcentaje im-portante de las A, C y ácido pantoténico se cubre con el consumo de un litro de leche
1.2.5
Composición Tabla 1: Composición de la leche de diferentes especies (por cada 100 gramos)10 Nutriente Agua, g Energía, kcal Proteína, gr. Grasa, gr. Lactosa, gr. Minerales, gr.
Vaca 88,0 61,0 3,2 3,4 4,7 0,72
Búfalo 84,0 97,0 3,7 6,9 5,2 0,79
Humano 87,5 70,0 1,0 4,4 6,9 0,20
La composición de la leche varía considerablemente con la raza de la vaca, el estado de lactancia, alimento, época del año y muchos otros factores. Aún así, algunas de las relaciones entre los componentes son muy estables y pueden ser utilizados para indicar si ha ocurrido alguna adulteración en la composición de la leche. Tabla 2: Concentraciones minerales y vitamínicas en la leche (mg/100ml)10 MINERALES Potasio Calcio Cloro Fósfor Sodio Azufre Magnesio Minerales trazas**
*
mg/100 ml 138 125 103 96 8 3 12 <0,1
VITAMINAS Vit. A Vit. D Vit. E Vit. K Vit. B1 Vit. B2 Vit. B6 Vit. B12 Vit. C
ug/100 ml* 30,0 0,06 88,0 17,0 37,0 180,0 46,0 0,42 1,7
ug = 0,001 gramo
**
Incluye cobalto, cobre, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, selenio, iodo y otros.
2. OBTENCIÓN DE LA LECHE
2.1. El ordeño Las técnicas de ordeño son básicamente dos:
Manual: Es necesario limpiar las ubres del animal de manera aséptica (esto es, con un jabón especial y usando siempre agua potable) para evitar contagiar al animal con mastitis.
Mecánica: Utiliza una succionadora que ordeña a la vaca en el mismo orden que el ordeño manual. Extrae la leche haciendo el vacío. La diferencia radica en que lo hace en menos tiempo y sin riesgo de dañar el tejido de la ubre. Se emplea en las industrias y en algunas granjasdonde el ganado lechero es muy grande. Las succionadoras deben limpiarse con una solución de yodo al 4%.
Al realizar el ordeño, siempre deben realizarse dos tareas: Desinfectar el pezón con agua destilada: Esto se realiza con una malla fabricada con manta de cielo (una tela de color blanco realizada con hilo fino). Sellar el pezón: Se realiza con la misma solución con la que se limpian las succionadoras. La diferencia radica en que el pezón se va a limpiar totalmente con esta solución para cerrar el conducto lactífero. De esta forma se evita que el pezón se infecte. Si la succionadora generó una herida en el animal, pues éste tiene piel muy sensible, el yodo evitará una infección posterior.
Figura1: Esquema de ordeño mecánico
3. RECEPCIÓN ANÁLISIS Y ACONDICIONAMIENTO DE LA LECHE La figura siguiente muestra un esquema general del procesamiento de la leche desde su recepción en planta hasta su conversión en diferentes productos
Figura2. Procesos para derivados lácteos Se va a seguir el lineamiento mostrado en la figura anterior para el desarrollo de la temática.
3.1 Recepción de la leche
Figura 3. Recepción de Leche, vía tanque pesado
El primer paso en el procesamiento de la leche es la recepción de la misma. Actividad que afecta en gran medida la imagen de la empresa, ya que dependiendo de la calidad de la materia prima (leche cruda), la cual debe ser establecida durante la recepción de la misma, dependerá la calidad de los productos obtenidos. Bajo el tema de recepción se manejan varios aspectos que van desde el momento posterior de su obtención hasta los primeros procesos básicos antes de su transformación en derivados lácteos. 3.1.1 Transporte de la leche11 La leche debe ser transportada desde la granja hasta las plantas procesadoras a través de camiones cisternas, los cuales deben estar dotados de sistemas de enfriamiento de la leche o aislamientos que mantengan la leche refrigerada o eviten que pierda temperatura durante el trayecto. El diseño de las cisternas de cumplir con lo siguiente: Estar divididas en varios compartimientos (dos o tres) según la capacidad de almacenaje. Esto evita la fuerte agitación por efecto de “vaivén” durante las arrancadas y frenadas del camión a la vez que permite separar las leches de diferentes productores o leches de diferente calidad. Las paredes deber ser redondeadas lo cual evita la acumulación de sucio y facilita la limpieza y desinfección del tanque En nuestro país la mayoría, si no todos, los vehículos utilizados para el transporte de leche cruda no poseen sistemas de enfriamiento propios. En cambio poseen sistemas aislantes del calor, que de manera eficiente evitan la pérdida de más de 1ºC en 24 horas. Los vehículos utilizados para el transporte de leche cruda no poseen sistemas de enfriamiento propios. En cambio poseen sistemas aislantes del calor, que de manera eficiente evitan la pérdida de más de 1ºC en 24 horas. El transporte debe asegurar el mantenimiento de la calidad de la leche cruda para que esta llegue a la planta en condiciones de ser procesada para el consumo, por lo que no debe ser un factor contaminante de la leche. La leche debe ser manejada en todo momento con cuidado debido a que los tratamientos bruscos (agitación, congelamiento, etc.) producen lesiones de los glóbulos grasos y liberación
de grasa (ácidos grasos libres) que pueden conducir a la rancidez de la leche. En algunos países se clasifica la leche de acuerdo al contenido de ácidos grasos libres por ser un reflejo del manejo que ha tenido esta.
Figura 4. Camión sisterna para la recogida de leche
3.1.2 Recepción de la leche12,13
Una vez en la planta la leche cruda debe ser sometida a una serie de análisis físicos y químicos que determinen de manera rápida si reúne las condiciones establecidas para su recepción y procesamiento. Estos análisis deben poder realizarse en un período no mayor de 30 minutos, ideal que sea menor. Dentro de estos análisis se encuentran las denominadas pruebas de plataforma tales como la determinación de la temperatura, caracteres organolépticos (olor, color), peso específico (densidad relativa), además de las denominadas pruebas de laboratorio: acidez titulable, pH, tiempo de reducción de la rezasurina y prueba de estabilidad proteica al calor (prueba de alcohol). El empleo de equipos automatizados y de procesos rápidos ha permitido incorporar a los análisis de recepción, la determinación de grasa, proteínas, punto crioscópico, cloruros, entre otras. Una vez tomada la decisión de recibir la leche, esta es vaciada desde el camión por medio de bombas y mangueras sanitarias (de fácil limpieza y desinfección), pasando luego por filtros, desgasificadotes, contadores de flujo, enfriadores de placas y luego almacenada en grandes silos hasta su procesamiento. El flujo de la leche por lo general es de la manera siguiente:
3.1.3Equipos11 Mangueras Sanitarias: Son mangueras de gomas resistentes a los químicos y al calor que se emplean para su desinfección, de allí el término “sanitaria”, y que además deben ser fáciles de limpiar y desinfectar. El material debe ser inerte y no impartirle a la leche ningún olor o sabor extraño. Su uso generalmente está limitado al área de recepción, ya que en el resto de las plantas procesadoras la leche es conducida a través de tuberías de acero inoxidable. Tuberías: Las tuberías utilizadas en la industria láctea así como el resto de los equipos, en las áreas que tienen contacto directo con el producto, son construidas con acero inoxidable, ya que este tiene la ventaja de no impartirle olores o sabores a la leche, es
resistente al calor, ácidos y álcalis empleados durante las tareas de lavado y desinfección. Las tuberías son de diferentes diámetros de acuerdo al volumen a trasportar y son unidas entre sí y con los diferentes equipos con juntas de fácil remoción para su limpieza, pero que a la vez deben asegurar la unión para evitar goteo de leche o que entre aire al sistema. Bombas: La leche necesita ser bombeada desde el camión cisterna hacia los tanques de almacenamiento y desde estos hacia el resto de los componentes del proceso. En la industria láctea se utilizan diferentes tipos de bombas según el producto que se esté trabajando (leche, crema, leches fermentadas, etc.), las cuales deben tener en común el ser elaboradas en acero inoxidable, ser fácilmente desmontables para su lavado y desinfección y no deben dañar en ningún grado al producto, por ejemplo incorporar aire o causar rompimiento de los glóbulos de grasa con la consecuente liberación de ácidos grasos y alteración de las características organolépticas. Las bombas centrifugas son las más económicas y por ello las más ampliamente empleadas. Se utilizan para transportar la mayoría de los fluidos. Tienen la desventaja de que no son autocebante y no pueden bombear líquidos can gran cantidad de aire. Otro tipo de bomba son las bombas de anillo líquido que son autocebante y pueden bombear líquidos con alta cantidad de aire, por lo que generalmente se usan para el transporte de fluidos de limpieza (álcalis, ácidos, agua caliente). También son empleadas para bombear líquidos viscosos y que deben ser tratados con suavidad. Las bombas de desplazamiento positivo se emplean en aquellos casos donde se requiere trabajar con altas presiones y líquidos viscosos que deben ser tratados con productos pero no dentro de las líneas de proceso. Son menos empleadas. Filtros: Los filtros ayudan a eliminar las partículas macroscópicas de la leche, tales como restos de alimentos, insectos, etc. Son elaborados de acero inoxidable. Es prudente que se cuento con dos filtros, que trabajen alternativamente mediante una bifurcación en la tubería, de manera que al obstruirse uno por exceso de sucio pueda desviarse el flujo de lecha hacia el otro sin detener el bombeo de leche. Contador de Flujo: toda planta procesadora debe tener un sistema confiable para conocer la cantidad de leche que está recibiendo. Algunas emplean sistemas de balanzas que pesan al camión lleno del producto y luego de haberlo vaciado, y por la diferencia de peso determinan la cantidad de leche. Otro manera es por medio de un contador de flujo, el cual es un mecanismo diseñado para registrar el volumen de leche que pasa a través de el. El aire contenido en la leche hace
que las lecturas no sean exactas, razón que debe tomarse en cuenta para instalar un desaireador antes del contador. Contador de Flujo: Toda planta procesadora debe tener un sistema confiable para conocer la cantidad de leche que está recibiendo. Algunas emplean sistemas de balanzas que pesan al camión lleno del producto y luego de haberlo vaciado, y por la diferencia de peso determinan la cantidad de leche. Otro manera es por medio de un contador de flujo, el cual es un mecanismo diseñado para registrar el volumen de leche que pasa a través de él. El aire contenido en la leche hace que las lecturas no sean exactas, razón que debe tomarse en cuenta para instalar un desaireador antes del contador. Desaireador: El desaireador que se ubica en el área de recepción (diferente al desgasificador en la línea de proceso), es un equipo en cierto modo simple, que cumple la función, como su nombre lo indica, de eliminar aire de la leche. La leche en la ubre contiene aire en una cantidad que depende de la cantidad de aire en la sangre de la vaca. Esa cantidad oscila entre el 4,5 al 6% de los cuales, 0,1% es oxigeno, 1% es nitrógeno y 3,9 a 4,9% es dióxido de carbono. La cantidad de oxigeno es baja debido a que en la sangre este está ligado a la hemoglobina, mientras que los niveles de CO2 son altos, ya que es transportado por la sangre hacia los pulmones. Ese aire se encuentra una parte disuelto y otra parte disperso. Durante
el
ordeño,
el
vaciado
de
la
leche
en
cantaras,
tanques
de
almacenamiento y durante el transporte se le incorpora más aire a la leche, llegando a un volumen que puede estar entre 5 al 7% (6% en promedio), pero que en algunos casos pudiera ser del 10%. Ese aire causa diversos problemas como imprecisión en la medida del volumen de la leche, incrustación en las superficies de las placas de los pasteurizadotes, ineficiencia en el descremado centrifugo, batido parcial de la crema con la consecuente liberación de grasa libre, y reduce la estabilidad del yogurt (separación de suero). Esas son razones más que suficiente para justificar la eliminación del aire en la leche. Enfriador de Placas: el enfriador de placas es un intercambiador de calor (serán discutidos más profundamente durante el tema de pasteurización), donde por un lado circula la leche a enfriar y por el otro agua helada. Su empleo se justifica debido a que la leche llega a la planta a diferentes temperaturas, y antes de almacenarse se debe asegurar que la misma este por debajo de los 5ºC. Este equipo no es necesario si la leche que es recibida será inmediatamente procesada.
Tanques de Almacenamiento: Las industrias lácteas emplean comúnmente tanques silos verticales, diferentes a los horizontales que se consiguen en las unidades de producción. La capacidad de esos tanques varía desde los 25.000 hasta los 200.000 litros. Cuando son muy grandes son colocados fuera de la instalación. Estos tanques no poseen sistemas de enfriamiento, la leche es enfriada antes de ser almacenada. Poseen sistemas aislantes que evitan que la leche se caliente. Además deben están provistos de agitadores para evitar la separación de la crema. La agitación debe ser suave para no causar cambios en el producto. El llenado siempre se hace por la parte inferior para evitar la formación de espuma.
3.1.4 Estandarización12 El proceso de estandarización se realiza con el objetivo de regular el contenido graso de la leche a un valor deseado, para la elaboración de los diversos derivados lácteos. Algunas plantas procesadoras reciben leche cruda con un porcentaje de grasa por encima del mínimo exigido por las normas legales, ello permite que se estandarize la leche al valor establecido en las normas, descremando y obteniendo crema que pueden utilizar para la elaboración de otros productos (crema, mantequilla, etc.), a la vez que obtienen leche completa con un porcentaje menor al de la materia prima cruda, pero que cumple con lo exigido en las normas. Tradicionalmente al hablar de estandarización se está refiriendo al ajuste del contenido graso, pero igualmente puede hablarse de estandarización cuando se realiza el ajuste del contenido de sólidos no grasos, por ejemplo, en la elaboración de yogur; aunque algunos prefieren llamar a este proceso fortificación. La regulación del contenido graso puede realizarse añadiendo o sustrayendo crema, añadiendo leche descremada o mezclando leche descremada con crema.
3.2 Valoración de la calidad de la Leche 3.2.1 Determinación del contenido en grasa14 El contenido de grasa en la leche puede variar de menos de 3 % a más de 6 %, dependiendo de la raza, la alimentación, etc. Esta se encuentra emulsificada en forma de glóbulos grasos de un tamaño de 0,1 a 6 micras. Los glóbulos se encuentran rodeados de una membrana de
fosfolípidos y proteínas que le imparten estabilidad y evitan su coalescencia. La estabilidad de la emulsión se rompe con el batido, la congelación o laacción de agentes químicos (ácidos, detergentes, etc.), y es aumentada por la homogeneización que reduce el tamaño de los glóbulos a 2 micras o menos de diámetro. La determinación del contenido graso es de gran importancia ya que: • Este parámetro influye en el precio a pagar por litro de leche. • Permite determinar si una muestra de leche cumple con los valores legales establecidos. • Es necesario conocer su valor para estandarizar la leche a los parámetros requeridos para la elaboración de derivados. • Para tener valores de referencia para la selección genética de los rebaños. Los métodos utilizados para la determinación de grasa en leche y derivados pueden clasificarse dentro de tres grupos: Métodos Volumétricos: que utilizan agentes químicos (ácido sulfúrico, detergentes), para lograr la ruptura de la emulsión, la separación de la grasa y medir consecutivamente la grasa separada en botellas especiales. A este grupo ertenecen los métodos de Babcock (Herreid 1942), de Gerber (Gerber-Schneider) y aquellos que emplean detergentes tales como la técnica Tesa. Métodos Gravimétricos: aquellos que utilizan solventes orgánicos para extraer la grasa, que luego de la evaporación de estos, se determina mediante pesada delextracto graso seco. En este grupo se encuentra el método de Roesse-Gottlied y sus diversas modificaciones entre las cuales se encuentra la de Mojonnier (Mojonnier, Bros 1925). Métodos Instrumentales: fundamentados en la determinación de una determinada propiedad de la leche proporcional en algún sentido a su contenido de grasa. por ejemplo la medición de la turbidez en condiciones controladas en instrumentos como el Milkotester, el Lactronic, etc.
3.2.1.1 Determinación de grasa en leche cruda o pasteurizada,homogeneizada o no. método de gerber. El método de Gerber perfeccionado por el químico Suizo N. Gerber, en 1892, sefundamenta al igual que el de Babcock, en el empleo del ácido sulfúrico y la fuerza centrifuga para separar la grasa de la leche o sus derivados en unas botellas especiales que permite medir directamente el porcentaje de grasa por volumen. Al mezclarse la grasa con el ácido en determinadas proporciones, el ácido primero precipita y luego disuelve las proteínas y demás constituyentes de la leche con excepción de la grasa. Al mismo tiempo el ácido digiere la membrana del glóbulo de grasa y eleva la temperatura de la muestra, lo que a su vez disminuye la tensión interfacial (grasafase acuosa ácida) y la viscosidad. En estas condiciones la grasa funde, se aglomera y tiende a separarse favorecidos por la diferencia de su densidad (0.93) y la densidad de la mezcla ácida (1.43). A diferencia del método de Babcock, el método de Gerber utiliza alcohol isoamílico, el cual ayuda a disminuir la tensión interfacial favoreciendo la ruptura de la emulsión, la separación de la grasa, además de prevenir la sulfonación y carbonización de la misma. El método de Gerber tiene las siguientes ventajas sobre el de Babcock: es más rápido, requiere menor cantidad de ácido y sus resultados no son afectados por la homogenización. Sin embargo tiene la desventaja de necesitar otro reactivo, tapones especiales que deben ser reemplazados con el uso y es más peligroso. Los resultados obtenidos con este método son ligeramente superiores que los obtenidos por el de Babcock. Materiales: Butirómetros de Gerber Centrifuga de Gerber calentada a 55 °C Baño de agua a 55 – 60 °C Pipetas volumétricas de 11 mL Reactivos: Ácido Sulfúrico (p.e. 1,82 - 1,83). Alcohol Isoamílico (p.e. 0,810 – 0,812), Muestras:
Leche Cruda Leche Pasteurizada. Procedimiento: Hacer dos determinaciones en paralelo 1. Transferir 10 ± 0,2 mL de ácido sulfúrico enfriado entre 15,5 y 21,1 °C a un butirómetro de Gerber. 2. Adicionar cuidadosamente 11 mL de leche a no más de 23,9 °C (lentamente al principio para evitar la mezcla) y 1 mL de alcohol isoamílico. Nunca debe adicionarse el alcohol directamente sobre el ácido. 3. Insertar el tapón y sujetando el butirómetro por los extremos agitar los líquidos totalmente evitando quemarse con proyecciones de la mezcla ácida. Cuando la cuajada se halla disuelto por completo continuar la agitación por 10 a 15 segundos para asegurar la total digestión. En caso de leche homogeneizada la agitación debe ser un 50% más prolongada. 4. Invertir el butirómetro varias veces para mezclar el ácido remanente en el cuello. 5. Llevar los butirómetros invertidos a la centrifugadora a 1000 r.p.m. por cinco minutos. La centrifuga debe estar calentada a no menos de 55°C. 6. Remover los butirómetros y leer inmediatamente el porcentaje de grasa, haciendo coincidir la base de la columna con el cero, por medio del ajuste del tapón. 7. Si el número de butirómetros es grande, se pueden colocar en baño María a 55-60°C hasta el momento de efectuar la lectura. De resultar difícil la separación de la grasa se recomienda calentar los butirómetros a 65°C y repetir lacentrifugación. Resultados Problemáticos: La columna de grasa separada debe observarse de un color amarillo translúcida sin partículas suspendidas y el liquido bajo la columna debe estar perfectamente claro. A veces se forman unos depósitos entre la capa de la materia grasa y la solución atacada, las causas pueden ser que la leche no se haya mezclado completamente con el ácido, que sean impurezas provenientes del ácido o partículas de sucio de los tapones. En todo caso es recomendable repetir la prueba. Si la
materia de grasa no se separa bien, puede ser que los butirómetros se hayan enfriados o que la cantidad de ácido sea insuficiente. En el primer caso basta con volver a calentar los butirómetros y en el segundo se debe repetir el análisis. Algunos otros defectos se presentan en el siguiente cuadro Defectos de la columna Muy oscuro y/o conteniendo partículas carbonosas
Muy clara y/o conteniendo partículas de cuajada
Con apariencia turbia (lechosa)
Posible causa Exceso de ácido o ácido muy fuerte. Temperatura de la leche y/o el ácido muy alta. Adición violenta del ácido Mezcla incompleta o retardada Cantidad insuficiente de ácido. Ácido débil. Temperaturas bajas de la leche y/o ácido. Agitación insuficiente o inadecuada que produce disolución incompleta de las proteínas. Butirómetros sucios. Agua dura.
3.2.2. Determinación del contenido en sólidos lácteos no grasos14 La determinación de sólidos totales (ST) y sólidos no grasos (SNG) es de importancia para: • Determinar si una muestra cumple con los requisitos legales establecidos. • Dicho valores combinados con la información lactométrica y otras pruebascomplementarias permite establecer si una leche se encuentra adulterada. • Establecer el rendimiento de la leche para la elaboración de productos lácteos(queso, yogurt, leche en polvo, etc.) • Tener valores de referencia para la selección genética de los rebaños. El porcentaje promedio de sólidos totales es de 12,7% representados por la grasa en emulsión, las proteínas en suspensión coloidal, lactosa, vitaminas, sales y otros componentes orgánicos e inorgánicos en solución. Los componentes sólidos no grasos representan en promedio 8,7%. En Venezuela se ha reportado un promedio de 13,7% de sólidos totales para la leche producida en el Estado Zulia (Boscán 1973).
Las Normas COVENIN para leche cruda (0903-93) y leche pasteurizada (0798:1994), exige un mínimo de 12 % para sólidos totales y 8,8 % de sólidos no grasos.La determinación de los sólidos totales se puede realizar por diferentes métodos: 1. Métodos Gravimétricos: Fundamentos en la evaporación del agua de una muestra de peso conocido y la pesada del residuo seco. La evaporación puede hacerse por diferentes técnicas como son: 1.1. Calentamiento preliminar en baño de vapor, seguido de desecación a 98-100ºC, en estufa hasta peso constante; método oficial de la Association of Official Analytical Chemists (A.O.A.C.). 1.2. Evaporación preliminar sobre una placa termoeléctrica hasta la aparición de las primeras trazas de color marrón, seguido de desecación al vació a 100ºC; método de Mojonnier, 1925. 1.3. Calentamiento con una lámpara de rayos infrarrojos o por el calor irradiado de una resistencia eléctrica, técnicas aplicadas en las Balanzas de Ohaus, Cenco, y similares (Newlander and Atherton, 1964).
2.
Métodos Volumétricos: permiten la determinación del agua contenida en una muestra, por técnicas volumétricas tal como la destilación y subsiguiente medición del agua destilada en un tubo colector graduado, como en el método de destilación con tolueno aplicado en el análisis de leche en polvo (Newlander-Atherton,1964).
3.
Métodos basados en la medición de una determinada propiedad: Proporcional en cierto sentido al contenido de sólidos totales. En este grupo encontramos los siguientes métodos:
3.1. La determinación de peso específico, cuyo valor conocido el porcentaje de grasa, permite calcular, mediante formulas especiales tanto el porcentaje de sólidos totales como el de sólidos no grasos. Esta determinación puede hacerse utilizando diversas técnicas como aquellas que emplean la balanza de Mohr-Westphal, el picnómetro, el lactómetro o las técnicas de la esfera plásticas (Golding, - 1959 ). 3.2. La medición de la absorbancia en el infrarrojo, como en el Milko-Scan de N. Foss Electric.
3.2.2.1 Sólidos totales y cenizas en leche, leche descremada o suero. Método A.O.A.C. En este método, una cantidad exactamente conocida de la muestra preparada se evapora en baño de María para eliminar la mayor parte del agua y luego se somete a desecación en una estufa hasta peso constante. La muestra desecada puede utilizarse para determinar el porcentaje de cenizas totales por incineración a no más de 550°C realizando el cálculo por diferencia de peso. Materiales y aparatos: Cápsula de porcelana o platino (diámetro no menos de 5 mm y 20-25 mm alto) Pinzas Baño de vapor Estufa de desecación (AOAC:98-100ºC) (100±2ºC según COVENIN 932) Mufla (550ºC) Desecador de vidrio Balanza analítica Muestra: Leche Procedimiento: Hacer dos determinaciones en paralelo de acuerdo con el siguiente procedimiento: Determinación de sólidos totales: (COVENIN 932-76) 1. Pesar 5 g de muestra preparada (20ºC) en cápsulas de porcelana previamente taradas. Si se van a determinar las cenizas, emplear crisoles tapados. 2. Evaporar sobre un baño de vapor por 30 minutos, exponiendo la mayor parte de la superficie externa del crisol al vapor. 3. Llevar los crisoles a la estufa de desecación calentada a 100ºC ± 2ºC. 4. Después de 3 horas de desecación, enfriar los crisoles en un desecador 5. Pesar los crisoles rápidamente. Repetir hasta que la diferencia no sea mayor de 0,5 mg (Periodos de 30 min)
6. Calcular el porcentaje de sólidos totales de cada muestra y tomar el promedio.Expresar los resultados en peso/volumen. Determinación de cenizas totales: (A.O.A.C) Para la determinación de cenizas totales, continuar el procedimiento de la siguiente manera: 1. Llevar los crisoles a la mufla calentada a no más de 550ºC 2. Incinerar hasta obtener cenizas libres de carbón. 3. Enfriar en un desecador y pesar. 4. Calcular el porcentaje de cenizas totales por diferencia de peso
3.2.2.2 Determinación de sólidos totales y sólidos no grasos en leche. Método lactométrico. El peso específico de la leche aumenta proporcionalmente con el porcentaje de sólidos no grasos y disminuye a medida que aumenta el contenido de grasa. El aguado y la adición de crema tiende a disminuir esta propiedad, mientras que la separación de la grasa láctea la aumenta. La leche descremada, por lo tanto, tiene mayor densidad que la leche integral. En base a la relaciones mencionadas, se han establecido formulas especiales que permiten calcular el porcentaje de sólidos totales y sólidos no grasos en las leche a partir de la lectura lactométrica corregida y el porcentaje de grasa. A continuación se presentan las formulas simplificadas de Babcock: % . . .
% . . .
Donde: %ST: Porcentaje de sólidos totales %SNG: Porcentaje de sólidos no grasos L: Lectura lactométrica corregida (15ºC) en grados Quevenne G: Porcentaje de grasa Cuando el porcentaje de grasa es superior a 4% es necesario hacer una corrección de 0,14 para ST Materiales y Aparatos:
Los mismos utilizados para la determinación de Densidad y Grasa Muestras: Leche cruda y pasteurizada Procedimiento: 1. Determinar el peso específico de la muestra en grados Quevenne (L) a la temperatura del laboratorio por el procedimiento indicado en el trabajo práctico numero uno. Paralelamente determinar el porcentaje de grasa de la muestra (G). 2. Calcular el porcentaje de sólidos totales y sólidos no grasos a partir de L Y G, aplicando la formula correspondiente. 3.2.2.3 Sólidos totales en leche. Método de mojonnier Su fundamento es el mismo que el del método de la A.O.A.C. con la diferencia de que la desecación se hace en una plancha eléctrica en presencia de vacío. Los resultados obtenidos son más exactos que los arrojados por el método de la A.O.A.C., debido principalmente a las altas temperaturas alcanzadas en este ultimo, que conlleva a la formación de una película superficial que dificulta mucho la evaporación, impidiendo muchas veces la total eliminación del agua. A las temperaturas próximas a los 100 ºC, se pierden junto con el agua ciertos componentes volátiles como ácidos grasos de cadena corta. Además se desencadena diversas reacciones químicas que repercuten en variaciones de peso, así por ejemplo, reacciones de óxido reducción lipídica que dan lugar a ganancias de peso o de reacciones de Maillard que producen lo contrario. Materiales: Aparatos de Mojonnier Platos de aluminio Pipetas para “Pesar” Procedimiento: 1. Tomar 5 mL de muestra y transferirla en un plato de aluminio.
2. Calentar el plato en la placa de calentamiento a 180 °C hasta la aparición de las primeras trazas de color marrón. 3. Transferir
los
platos
a
la
cámara
de
vacío
y
calentar
por
10
minutos
aproximadamente. La temperatura debe ser de 100°C y el vacío no menos de 20 pulgadas. 4. Enfriar los platos en el desecador y pesar. 5. Calcular el porcentaje de ST por diferencia de peso. Expresar los resultados en peso/peso
3.2.3. Determinación del extracto seco total. Los sólidos presentes en la leche se expresan mediante el extracto amo, para lo cual se evapora un volumen de leche a sequedad y se pesa luego el residuo obtenido, calculando el porcentaje correspondiente. El extracto seco no
graso,
o extracto flaco,
se
establece
restando
la
grasa
butirosa
del extracto seco: extracto seco total - grasa butirosa = extracto seco no graso El extracto seco no graso ha de superar el 8,25%. Su disminución es otro índice de adulteración, por aguado o por descremado.
3.2.1. Recuento microbiológico Por ser la leche un producto biológico rico en hidratos de carbono, grasas, proteínas, minerales, vitaminas y oligoelementos, y por poseer un pH óptimo (cercano a la neutralidad), se constituye en un medio adecuado para la multiplicación de la mayoría de las bacterias contaminantes15. Recogida asépticamente y procedente de un animal sano, siempre contiene células provenientes de la sangre y de la glándula mamaria, además de los diversos microorganismos que habitan normalmente en el canal del pezón16. La actividad bacteriana en la leche puede deberse a contaminación, provocando alteración en la composición, desarrollo de patógenos, formación de toxinas, etc., o bien por inoculación, como ocurre en los procesos de elaboración de los productos fermentados17. Una alta carga de bacterias
contaminantes en la leche disminuye la vida útil de los productos elaborados, desmejora la calidad organoléptica y nutricional, e interviene en los procesos de fermentación ácido láctica y en la coagulación enzimática promoviendo el deterioro o proteólisis de las caseínas (1, 35). La tasa de multiplicación de las bacterias es dependiente de la temperatura, y cuanto más controlado se encuentre el ambiente de las vacas durante el ordeñe, menor número de organismos podrán ingresar y colonizar el canal del pezón17. Conservar la leche recién ordeñada a ~ 4 °C permite mantener estable la carga bacteriana. Sin embargo, a bajas temperaturas por largos períodos de tiempo se selecciona el desarrollo de la flora psicrotrofa, lo cual origina serios problemas en la industria láctea, siendo importante por lo tanto no solo conocer la cantidad de bacterias presentes sino también su tipo, ya que ciertos grupos (Pseudomonas spp., Bacillus spp., etc.) son productores de enzimas proteolíticas y lipolíticas, las cuales ocasionan reducción en los rendimientos queseros, rancidez, gelificación de la leche UHT, etc. 18 La calidad integral de la leche adquiere gran importancia en función a dos aspectos fundamentales como son la salud pública y su aptitud industrial, necesitando obviamente de todos los sectores involucrados en la producción primaria, conservación, transporte, almacenamiento y transformación. Es imprescindible partir de animales sanos, genéticamente aptos, apropiadas condiciones de alimentación y manejo, buenas prácticas de higiene, control y tratamiento de mastitis y otras patologías, con el objetivo de asegurar al consumidor productos inocuos, íntegros y legítimos19. En la actualidad, existen programas que contemplan análisis fisicoquímicos, bacteriológicos y aquellos referidos a la sanidad de la ubre, los cuales permiten implementar sistemas de pagos por calidad, e inclusive, numerosos han sido los esfuerzos para desarrollar y aplicar metodologías rápidas de diagnóstico como ser la evaluación de ATP bioluminiscencia, enumeración de microorganismos por fluorescencia óptica utilizando naranja de acridina y actividad de catalasa para detectar altos niveles de bacterias mesófilas. En este marco, los aspectos microbiológicos adquieren suma relevancia, en especial el recuento de bacterias totales ya que define la calidad higiénica de la leche producida. Por otro lado son numerosas las estrategias en lo que respecta a incorporar programas de aseguramiento de la calidad en la industria lechera, al igual que establecer rigurosos sistemas de control a nivel de productos terminados. Los países lecheros desarrollados han caracterizado la calidad de leche que producen no solamente a nivel de tambos, sino también de industrias, lo cual les ha permitido evolucionar de manera sistemática e implementar estrategias continuas de mejoramiento.
3.2.1. Presencia de antibióticos20,21,22 La presencia de antibióticos en la leche está dada por la costumbre de los criadores de administrar betalactámicos y otros antibiótico a las reses para que estas tengan mayor crecimiento y produzcan más carne, además de que les previene infecciones. Ya que esta clase de antibióticos (betalactámicos) son muy alergénicos y pueden producir tales efectos a mínimas concentraciones, existe reglamentación en muchas partes del mundo que delimitan la concentración máxima permisible de determinados antibióticos en derivados animales (carne, leche, etc.). La mayoria de estos límites se encuentran en el rango de las ppb (nanogramos por militro, o microgramos por kilogramo, o sea una nada). Algunos de éstos límites son de 5 ppb para la amoxicilina y de 1 ppb para la ampicilina.
Tabla3: Riesgos a la salud de los consumidores por la presencia de residuos de antibióticos en leche El uso excesivo de los antibióticos, y en muchos casos, inapropiado, ha dado lugar a un rápido aumento de microorganismos resistentes a estos medicamentos, es decir, microorganismos que han adquirido la capacidad para resistir los efectos de un antibiótico ante el cual normalmente eran susceptibles. Es importante enfatizar que las referencias técnicas y normativas, tanto nacionales como internacionales, indican que es indispensable se apliquen buenas prácticas agrícolas, veterinarias, de alimentación animal, así como de higiene en las explotaciones lecheras, para evitar la presencia de residuos de fármacos en la leche.
3.3
TERMIZACIÓN23
En muchas centrales lecheras de gran tamaño no es posible pasterizar y procesar toda la leche inmediatamente después de la recepción. Parte de la leche debe ser almacenada en tanques silo durante horas o días. Bajo estas condiciones, incluso un enfriamiento intenso no es suficiente para prevenir serios deterioros de la calidad. Muchas industrias entonces precalientan la leche hasta una temperatura inferior a la de pasterización para inhibir eventualmente el crecimiento bacteriano. Este proceso de denomina termización. La leche se calienta a 63º-65ºC durante 15 segundos, una combinación tiempo/temperatura que no inactiva la enzima fosfatasa. La doble pasterización está prohibida en muchos países, ya que la termización no debe sustituir las condiciones de pasterización. De esta forma se consigue ampliar la vida de almacenamiento de la leche cruda sin limitar sus posteriores posibilidades de utilización. A continuación, y debido a que la leche tiene unos contenidos de grasa variables, se la somete a normalización. Esta operación permite ajustar su contenido en grasas a unos valores concretos y, con ello, la obtención de leches de consumo y otros derivados lácteos con proporciones muy determinadas de grasa en función del uso estimado.
Para prevenir que las bacterias formadas de esporas se multipliquen tras la termización, la leche debe ser rápidamente enfriada hasta 4ºC o hasta una temperatura inferior, y no se debe mezclar con leche cruda o no tratada. Muchos expertos opinan que la termización tiene un efecto favorable sobre ciertas especies formadoras de esporas. El tratamiento térmico provoca que muchas esporas retornen a la forma vegetativa, lo que implica que serían destruidas mediante un tratamiento de pasterización posterior de la leche. La termización debe aplicarse únicamente es casos excepcionales. El objetivo debe ser pasterizar toda la leche que entra a la industria dentro de las 24 horas de su recepción.
4.
PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS LÁCTEOS
Existen muchas categorizaciones acerca de los lácteos. Una de las clasificaciones más intuitivas resulta de la clasificación los sub-productos resultantes de la leche cruda, tal y como se puede mostrar en el siguiente gráfico:
4.1 QUESO Queso, producto alimenticio sólido o semisólido que se obtiene separando los componentes sólidos de la leche, la cuajada, de los líquidos, el suero. Cuanto más suero se extrae más compacto es el queso. El queso se elabora desde tiempos prehistóricos a partir de la leche de diferentes mamíferos, incluidos los camellos y los alces. Hoy en día, sin embargo, la mayoría de los quesos son de leche de vaca, a pesar del incremento que ha experimentado en los últimos años la producción de quesos de cabra y oveja. Es un elemento importante en la dieta de casi todas las sociedades porque es nutritivo, natural, fácil de producir en cualquier entorno, desde el desierto hasta el polo, y permite el consumo de leche en momentos en que no se puede obtener.
4.1.1Categorías En la actualidad existen más de 2.000 variedades de queso, entre las que se encuentran algunas variaciones sobre los tipos originales, como el suizo-americano, el cheddar canadiense o el brie de Somerset. A pesar de su origen animal, los quesos pueden dividirse en dos categorías básicas: naturales y procesados. Quesos procesados
Un adelanto reciente es la fabricación de quesos procesados, producidos a partir de uno o más tipos de quesos naturales, añadiendo emulsionantes, agua, nata y aromas de jamón, frutas, nueces o especias. Se conservan más tiempo que los quesos naturales y su valor nutritivo es casi el mismo. No obstante, se pierde el carácter único del queso original. Quesos naturales Hay miles de variedades de quesos naturales, aunque pueden clasificarse en siete categorías básicas según su textura o grado de humedad y el tipo de corteza, criterios ambos que se emplean para juzgarlos y determinar sus características básicas. Su composición química promedio es la siguiente: AGUA 60,0% GRASA 19,0% PROTEÍNA 17,0% CARBOHIDRATOS 2,0% SALES MINERALES 2,0%
4.1.2 Elaboración Cuajado
Cuajadas de queso gouda.
El único proceso estrictamente necesario en la elaboración del queso es el denominado cuajado, consistente en separar la leche usada en una cuajada sólida del suero líquido. El queso que se pretende obtener será básicamente la cuajada, a la que adicionalmente se le aplicarán otros procesos hasta dar con las características buscadas. Las formas más comunes de realizar la separación de la leche es añadiéndole algún tipo de fermento o cuajo y la acidificación. Para acidificar la leche se pueden emplear ácidos como el vinagre o el limón, pero actualmente es más frecuente el uso de bacterias, que convierten los azúcares de la leche en ácido láctico. Estas bacterias, junto a las enzimas que producen, también juegan un importante papel en el futuro sabor del queso tras su añejamiento. En la mayoría de quesos se emplean bacterias como las Lactococcus, Lactobacillus o Streptococcus. Los quesos suizos se caracterizan por el uso de bacterias Propionibacter shermani, que producen burbujas de dióxido de carbono y dotan al queso de agujeros, como en el caso del emmental. Algunos quesos frescos se cuajan únicamente por acidificación, pero en la mayoría se usan también cuajos. El cuajo hace que tome un estado más consistente, en comparación con las frágiles texturas de las cuajadas coaguladas simplemente por ácidos. También permiten tener un nivel más bajo de acidez. Generalmente los quesos frescos y menos añejos se obtienen a partir de cuajadas con un mayor porcentaje de acidificación, frente al uso de cuajo, más significativo en quesos más duros, secos y curados.
Procesamiento de la cuajada
Mezclado y batido de la cuajada de queso emmental, previamente a su troceado. En este punto, el queso ha adquirido una textura espesa y húmeda. Algunos quesos blandos estarían prácticamente listos, a falta de ser deshidratados, salados y empaquetados. En el resto de
quesos, la cuajada se corta en pequeñas secciones, para facilitar la extracción del agua de las piezas individuales de cuajada. En el caso de los quesos duros, se calientan a temperaturas entre un intervalo de 33ºC a 55ºC. De esta manera se deshidrata más rápidamente y también se consiguen sutiles cambios en el sabor final del queso, afectando a las bacterias existentes y a la estructura química de la leche. En los quesos que se calientan a temperaturas superiores se emplean bacterias termófilas, capaces de sobrevivir a ellas, como las Lactobacillus o Streptococcus. La sal juega distintos papeles en la elaboración del queso, aparte de aportar un sabor salado. Puede emplearse para mejorar la conserva, y para afirmar la textura con su interacción con las proteínas. En algunos quesos la sal se aplica únicamente al exterior del queso, pero en otros casos se mezcla directamente con la cuajada. Dependiendo del tipo de queso se aplican un gran número de técnicas específicas, que dan las características finales al sabor y a la textura. Se pueden citar como ejemplos el estirado y sumergimiento en agua caliente, hasta llegar a la textura fibrosa de la mozzarella; o el constante batido de la cuajada, limpiándola con agua para bajar el nivel de acidez muy lentamente, aplicado en quesos como el emmental o gouda. Muchos quesos no adquieren su forma final hasta que son prensados en un molde. Cuanto más duro es el queso, mayor presión se le ha aplicado. La presión elimina humedad —los moldes permiten la fuga del agua— y hace que la cuajada se afirme en cuerpo sólido.
Añejamiento Los quesos frescos ya estarían listos para consumir llegados a este punto, sin embargo, a la mayoría de quesos les queda todavía un largo periodo de añejamiento y curado hasta estar completamente listos. Durante el añejamiento dentro de los moldes, nuevos microbios se introducen en el queso, intensificando su sabor. Lentamente la caseína y la grasa se convierten en una compleja red interna de aminoácidos, aminas y ácido graso. Durante el proceso del curado también se le pueden aplicar otras técnicas de conservación y modificación del sabor, como el incremento de la sal introduciéndolo en agua salada, el ahumado, o incluso el sazonado con especias o vino. Un caso radical ocurre con el queso casu marzu de
Cerdeña, cuyo proceso de añejamiento se realiza con larvas de la mosca del queso. Cabe anotar que este queso se puede consumir con las larvas adentro, y que actualmente su venta se encuentra prohibida por las autoridades sanitarias italianas, por lo que se consume clandestinamente.
4.1.3 Operaciones unitarias con sus condiciones de operación La elaboración del queso en términos generales es muy parecida entre los distintos tipos de quesos. Sin embargo, existen algunos cambios importantes en algunas operaciones unitarias dentro de la variedad de productos. a) Recibo de leche en planta: La leche cruda es transportada en cisternas de acero inoxidable y en bidones plásticos, por medio de camiones de baranda, una vez que llega a la planta procesadora se procede al lavado de los tanques normalmente en áreas externas a la planta. Cuando la leche entra a la planta se toma muestras la misma para la realización de análisis, cuyos resultados deben cumplir con los parámetros establecidos para la aceptación (Temperatura máxima: 28° C, Organolépticos: olor, sabor y color característicos de leche cruda, Prueba de Alcohol: no debe presentar reacción o formación de coágulos) y posterior recepción del lote, descargándola en la tina de recepción de leche. Se realizan otros análisis de la leche una vez descargada para evaluar su calidad: Reductasa (Reducción del azul de metileno) y Acidez. b) Higienización / Medición / Enfriamiento: Le leche se hace pasar por un filtro de tela fina, en ese momento puede ser medida ya sea por volumen (contando el número de pichingas llenas y su nivel) o a través de una balanza incorporada al tanque de recepción para medir el peso. Luego se bombea hacia el sistema de enfriamiento de placas para bajar su temperatura a 4° C. Este procedimiento no siempre se cumple en todas las queseras. c) Almacenamiento de leche en planta:
La leche cruda enfriada es almacenada en los tanques silos de leche cruda, antes de ser impulsada a la línea de proceso.
EN LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO: d) Estandarización: La leche cruda, es bombeada hacia la descremadora para estandarizar el contenido de materia grasa a 2.5 %, separando la grasa en exceso del parámetro en forma de crema. e) Pasteurización / Enfriamiento / Traslado de leche: La leche es impulsada hacia el intercambiador de calor de placas denominado (sistema de pasteurización HTST) por medio de bombeo, en el cual se realiza el ciclo de pasteurización a 76º C durante 15 segundos en la sección de calentamiento del intercambiador de calor y el tubo de mantenimiento (serpentín) para ser enfriada en la sección de enfriamiento del HTST hasta 33-34º C, luego es impulsada a la tina en la que se elaborará el producto. f) Inoculación: La leche calentada hasta 33-34º C se le agrega los aditivos (Cuajo líquido y cultivos lácticos mesófilos) y se agita para lograr una distribución homogénea de los aditivos. Esta operación es realizada en un tiempo aproximado de 10-15 minutos. g) Coagulación: La mezcla inoculada coagula totalmente a 33-34° C durante un periodo de 30-40 minutos. Densidad de la leche cogulada Cuba de cuajado h) Corte manual de la cuajada: Una vez que se lleva a cabo la coagulación de la leche (33-34 º C) se procede al corte del producto formado utilizando liras de acero inoxidable provistas de cuerdas de acero inoxidable tensadas, que son las que realizan el corte de la leche cuajada. Esta operación es realizada en un tiempo de aproximadamente 10-15 minutos.
Lira o cuchilla y el movimiento de la lira en el cuajo i) Desuerado: Se da previamente 30 minutos de agitación rápida auxiliado con las palas plásticas y 10 minutos de agitación lenta y se procede a realizar el desuerado total del producto a 33-34 º C durante 45 minutos, haciendo drenar todo el suero contenido en él. j) Molienda / Salado: El queso concentrado a 33-34º C, en una alternativa, es llevado en bloque a la máquina picadora para su trituración y se le va agregando la sal con una dosificación de 0.18 libras de sal por cada 4 litros de leche procesada. La otra alternativa es desuerar y reintegrar el 20 % del suero con una concentración de sal del 7 % peso / volumen. Es agitado durante 15 minutos para lograr un salado homogéneo, se desuera totalmente y es llevado en bloque a la máquina picadora para su trituración. En ambos procesos se logra tener en el producto final una concentración de sal de 4.5 %. k) Moldeo /Prensado: El producto salado (33-34º C) es colocado en moldes de acero inoxidable y prensados a 100 PSI en una prensa hidráulica por un periodo de 48 horas. Introduciendo cuajo en molde. Moldes listos para prensar. Prensado de quesos l) Maduración: Es la última fase de la fabricación del queso. La cuajada, antes de iniciarse la maduración, presenta una capacidad, volumen y forma ya determinadas. Suele ser ácida en razón de la presencia de ácido láctico. En el caso de los quesos frescos la fabricación se interrumpe en esta fase. Los demás tipos de queso sufren una maduración más o menos pronunciada, que es un fenómeno complejo y más conocido. •
Los quesos duros: maduran en condiciones que eviten el crecimiento superficial de microorganismos y disminuyan la actividad de los microorganismos y enzimas del interior. La maduración ha de ser un proceso lento y uniforme en toda la masa del queso, no debe afectar el tamaño.
•
Los quesos blandos: se mantienen en condiciones que favorezcan el crecimiento de microorganismos en su superficie, tanto mohos (Penicillium amemberti en queso Camembert), como bacterias Brevibacterium linens en queso Limnurger). Los enzimas producidos por estos microorganismos se difundirán hacia el interior del queso, progresando la maduración en esta dirección. La forma plana y el tamaño relativamente pequeño de estos quesos favorecerán dicho proceso.
•
Un sistema intermedio sería el utilizado en los quesos madurados internamente por mohos (quesos azules). Al inicio, los microorganismos y sus enzimas son responsables de cambios en el interior del queso. Posteriormente se favorece la penetración de aire al interior del queso, introduciéndose, de forma natural o mediante inoculación, mohos como Penicillium roqueforti, responsable del sabor y aspecto característicos de estos quesos.
m) Empaque: El producto terminado es empacado en bolsas de Poli-Etileno de Baja Densidad. Almacenamiento de quesos prensados Empaque al vacío n) Almacenamiento: Los quesos son llevados al cuarto frío de almacenamiento de producto terminado manteniéndose la temperatura a 4-8º C para garantizar una vida útil de 60 días. o) Expendio: El producto es vendido algunas veces en planta, otras veces se transporta al extranjero directamente en camiones provistos de frío para mantener la temperatura adecuada entre 4-6º C.
4.1.4. Diagrama de Flujo de Proceso de Elaboración de Queso
4.1.5. Equipos Auxiliares Una quesera típica que funcione de manera semi-automatizada y se evite al máximo la manipulación de la leche y el derrame debe contar con los siguientes componentes para poder decir que cumple con todas las disposiciones reguladoras, industriales, sanitarias y ambientales:
Cántaros o Pichingas de aluminio
Tanque para recepción de leche Bomba para trasiego de leche Medidor de Flujo digital Intercambiador de calor de placas Separadora centrífuga y normalizadora Tanque para almacenar leche cruda Intercambiador de calor de placas Tanque para crema Marmita Pasteurizador de Placas Tina Quesera de doble chaqueta con agitadores integrados Liras de acero inoxidable Palas de acero inoxidable Tanque para salmuera Molino Moldes de acero inoxidable Prensa Hidráulica Mesa de Trabajo Máquina selladora al vacío Accesorios y tuberías
Planta Eléctrica Banco de Hielo Compresor de aire Tanque de acero inoxidable para el lacto-suero Tanque para Almacenar agua 4.1.6. Parámetro de rendimiento En su totalidad el potencial de la leche para la fabricación de queso es de aproximadamente 75%, es decir, que se recupere en forma de queso el 75 % de las proteínas y el 93 % de la materia grasa. 4.1.7 Organismos utilizados en la fabricación del queso La enzima utilizada es la renina o quimosina. Produce la proteolisis parcial de la leche, que conduce a la formación de la cuajada y, posteriormente, al queso. Anteriormente, se obtenía a partir del rumen de los rumiantes, con uan producción bastante baja. Los microorganismos permiten obtener enzimas de las mismas características que las animales, obteniéndose principalmente de hongos (Rhizomucor miehei, Rhizomucor pusilis, Aspergillus nidulans o Aspergillus niger), debido a su mayor facilidad para la manipulación genética. Actualmente, se estudian procesos usando Esclerichia coli o Kluyveromyces lactis. Se utilizan también distintas lipasas, que al degradar ácidos grasos generan compuestos que otorgan sabor a los lácteos.
4.1.8 Sistemas de control - Control de la producción de leche. La D.O. participa y promueve acciones encaminadas a mejorar el ordeño higiénicamente adecuado. Se realizan análisis de la leche tanto químicos como bacteriológicos, además de investigar la incidencia de actuaciones fraudulentas.
- Control de fabricación. La D.O. desarrolla una labor de supervisión de los diferentes sistemas de control y facilita a las empresas un modelo de parte de fabricación. - Control de producto acabado en quesería. Se realiza una toma de muestras mensual al azar en las queserías adscritas y se analizan aspectos como la ausencia de pasterización, índices de grasa, niveles microbiológicos, etc. Además se lleva a cabo el análisis sensorial. - Control de conservación y venta del producto. Se realiza un control mediante visitas a los establecimientos de venta de Idiazabal y se toman muestras frecuentemente para corroborar que se cumplen todos los requisitos establecidos. Independientemente de los controles de calidad específicos realizados por el C.R.D.O., los productores están comenzando a presentar una sensibilidad a implantar sistemas de autocontrol en las empresas, de acuerdo con la normativa europea y que mejoren y faciliten las actividades de control y homogeneización de los quesos. En este sentido, se ha realizando un trabajo de introducción de un sistema basado en la metodología ARCPC (Análisis de Riesgos y Control de Puntos Críticos) en varias queserías a raíz del cual se ha confeccionando un modelo de implantación para las mismas (Molina y col., 1998)
4.1.9. Costos de producción Para la instalación de una quesería es necesario considerar la ubicación de la planta de producción dentro de un área determinada. Es importante tener muy en claro los diferentes aspectos en los que se desarrollan las empresas de este tipo como son los factores que intervienen en el proceso productivo. A. Requerimientos básicos del local El local para una quesería debe estar ubicado en un punto tal que tenga facilidad de acceso a las zonas en las que se realizará el acopio y la zona en la que se ofrecerá el producto elaborado; para esto es necesario a su vez contar con suficiente agua, luz, servicios auxiliares, como sistemas de comunicación vial.
B. Requerimientos de equipos e insumos y la inversión estimada para implementar una quesería de 300 L por día.
C. Requerimiento del Personal El número de personas que se estima pueden laborar en una quesería es un total de tres personas como mínimo, tomando en consideración el tamaño de la planta el volumen mínimo rentable y las condiciones actuales de capacidad operativa y rentabilidad que pueda dejar esta actividad. D. Sistema de abastecimiento Para el presente caso se considera la utilización de leche fresca como materia prima, en volumen mínimo de 300 litros por vez, por lo que la ubicación de la zona de abastecimiento, el precio de la materia prima y las necesidades de la zona serán determinantes para el buen funcionamiento de la actividad productiva.
E. Distribución en Planta Sobre la base de los 300 litros de producción, se debe tener en cuenta que el diseño de la planta de procesamiento, debe ser adecuada y sobre todo funcional, de modo que tenga todas las posibilidades de desarrollo y crecimiento a futuro, considerando un inicio de producción del volumen antes mencionado. -
Costos directos
-
Costos indirectos
-
Costos unitarios
4.1.10. Diagrama de bloques para la producción de queso
4.2. Crema de leche Crema es la parte especialmente rica en grasa de la leche obtenida por descremado natural o por centrifugación de la leche entera. El uso de la crema es diverso, pero su mayor utilidad es como alimento natural del hombre y, tratada en forma especial como materia prima en la elaboración de mantequilla.
El nivel graso de la crema depende del destino de producción que se le dé: para la producción de mantequilla debe tener de 35 a 40% de grasa; la crema para café tiene un contenido graso de 12 a 18%, la crema para batir normalmente tiene 35% de grasa y la doble nata o crema tiene mínimo 50% de grasa. El uso de crema en la elaboración de mantequilla tiene las siguientes finalidades: •
Reducir el volumen de la masa a batir, aumentando la capacidad de la batidora.
•
Acortar la duración del batido
•
Aumentar el rendimiento industrial al disminuir el porcentaje y el volumen total de la materia grasa perdida en el suero de mantequilla.
4.2.1. Descremado de la leche La separación de la crema o nata se fundamenta en la diferencia de densidad entre los glóbulos grasos (0,93) y la que constituye la leche desnatada (1,036). Hasta finales del ultimo siglo se practicaba el desnatado espontáneo, dejando la leche en reposo durante varias horas. Este método ha sido abandonado, modernamente se ha impuesto el desnatado centrífugo por sus múltiples ventajas. Separación por decantación espontánea o estática Cuando la leche se deja en reposo, los glóbulos grasos se separan en régimen laminar, es decir, sin turbulencia. Se efectúa en recipientes variables principalmente de poca altura, y a temperaturas vecinas a 10°C. Este sistema de descremado natural sólo se emplea para la fabricación de ciertos quesos y ya no se emplea para la fabricación de mantequilla debido a que la leche descremada retiene de 0,5 a 1,5% de grasa, asimismo es lento y tiene alto riesgo de contaminación. Separación mecánica por acción centrífuga El desnatado natural, es una operación lenta y discontinua. Para acelerarlo y en flujo continuo se recurre a la fuerza centrífuga que separa a los componentes de la leche en capas distintas en base a la densidad, de este modo se obtiene la crema, leche descremada y las impurezas contenidas en la leche (pelos, tierra, guano, etc.) El descremado mecánico se realiza en equipos denominados descremadoras o desnatadoras. 4.2.2 Equipos de descremado de la leche 4.2.2.1 Descremadoras centrífugas Funcionamiento de una desnatadora "abierta"
El aparato se compone esencialmente de un tambor o bol rotatorio, donde tiene lugar la separación de la crema, de los mecanismos de arrastre del bol, de colectores de la crema, de la leche descremada y del armazón que sostiene todos estos elementos. Bol Generalmente adopta una forma más o menos cilíndrica. Un tubo central conduce la leche hasta la base del bol. Este último está provisto en su interior de platillos ensartados en el tubo central y separados entre sí unos 2 milímetros por los pequeños salientes de su cara superior. El número de platillos varía según el débito de la desnatadora. Los aparatos de las granjas, con una capacidad de desnatado de 150 litros/hora, tienen una veintena de platillos, mientras que las desnatadoras industriales de 5.000 litros/hora pueden tener más de un centenar. La leche completa penetra en el bol por los orificios situados en la base del tubo central de alimentación. La leche desnatada y la nata salen por los colectores de la parte superior del bol. Un tornillo de regulación de caudal, situado en el orificio de salida de la nata, permite variar a voluntad el contenido en grasa de la misma al modificar su distancia al eje del bol. En efecto, cuanto más cerca se halle de este ultimo, tanto más rica y espesa será la nata. Actualmente el bol de la desnatadora es siempre de acero inoxidable. En la desnatadora de tipo tubular, el bol constituye un tubo largo y estrecho sin platillos. La alimentación se efectúa por aspiración en la parte inferior y la nata y la leche desnatada salen por el extremo superior.
Mecanismos de mando En la mayoría de los casos, el bol descansa en un árbol vertical sobre cojinetes con rodamientos de bolas. La extremidad inferior del árbol lleva una ranura y engrana en una rueda de dientes helicoidales que un dispositivo especial de acoplamiento progresivo por fricción hace solidario de un árbol horizontal, accionado por una manivela en las desnatadoras a mano o por un motor en los aparatos de mayor caudal. Un taquímetro, provisto de un timbre en las desnatadoras de granja permite controlar la velocidad de rotación del bol, que puede detenerse rápidamente gracias a un eficaz sistema de freno. El engrase del conjunto del árbol y de la rueda helicoidal se realiza por un baño de aceite muy fluido completado, a veces, por un sistema de bomba.
En el curso de la rotación, el bol se autoequilibra, ya que su centro de gravedad está situado por debajo de su punto de apoyo en el árbol. En ciertas desnatadoras, el bol carece de soporte y cuelga de un eje animado por un movimiento de rotación. El bol se encuentra en una posición invertida con respecto a la de los otros modelos. Tuberías Son las siguientes: - Alimentador, constituido por un dispositivo conectado a la parte superior del tubo central del bol, que lleva un flotador y un regulador del caudal: - Colector de nata, recipiente circular provisto de una tubería de evacuación por la que sale la nata - Colector de la leche desnatada, idéntico al precedente, excepto en volumen, que generalmente es un poco mayor. Mientras que en los aparatos de bol asentado el colector de nata está situado por encima del colector de leche desnatada, en los aparatos de bol suspendido la disposición es inversa. Los colectores son de acero inoxidable. Bastidor Los colectores están conectados sobre un bastidor de hierro esmaltado protegiendo el bol y los mecanismos. En algunas pequeñas desnatadoras cerradas es corto y puede fijarse una tabla. Los aparatos más importantes soportan un bastidor de 3 a 4 pies.
4.2.2.2 Descremadoras semi-cerradas o semi-herméticas En la desnatadora abierta, la leche desnatada al salir con fuerza al colector, provoca la formación de gran cantidad de espuma por incorporación del aire. Esta espuma es extraordinariamente molesta en la industria, porque disminuye la capacidad de los recipientes, dificulta el buen funcionamiento de las bombas, etc.
Para eliminar la espuma hay, que impedir la agitación de la leche al aire libre. Esto se consigue evacuándola a presión (2,5 a 3,5 bares) mediante una pequeña cámara situada en la parte superior del bol y solidaria a él. Esta cámara desemboca en un canal de evacuación que forma cuerpo con el alimentador y que, por tanto, es fijo. La leche desnatada es aspirada por este canal hasta el espacio anular que separa el tubo de ajuste de la evacuación, siguiendo canales helicoidales dispuestos en este último. La leche penetra en la tubería por lo que es evacuada al exterior. La nata es recogida mediante un tornillo en un colector. La regulación de la riqueza de nata puede realizarse mediante este tornillo y también mediante un grifo situado en la tubería de evacuación, pues cuando disminuye el caudal se obtiene una nata menos rica y a la inversa. Algunas desnatadoras sin espuma lanzan la nata también a presión por medio de dispositivos análogos a los antes descritos para la leche desnatada, con lo que, de todos los colectores, sólo queda en ellas el alimentador. 4.2.2. 3 Descremadoras herméticas En las desnatadoras "abiertas" o "semicerradas" cuando la leche completa llega al bol, animado por su movimiento de rotación, se produce un choque violento que provoca una homogeneización parcial de la grasa de la leche por ruptura de los glóbulos. Pero en cuanto más pequeños son éstos, tanto más difícilmente se separan de la leche. El desnatado es, pues, menos eficaz y se producen pérdidas de grasa en la leche desnatada. Por el contrario, en la desnatadora hermética, la leche completa es dirigida por una bomba hasta el centro del bol, donde la velocidad lineal es casi nula. Los glóbulos de grasa chocan con poca fuerza y no se produce la homogeneización con lo que las perdidas de grasa en la leche desnatada son escasas. Por otra parte, al ser el bol completamente hermético, siempre trabaja lleno de leche, no pudiendo formarse espumas al no entrar aquella en ningún momento en contacto con el aire. Las desnatadoras herméticas no llevan colectores. La alimentación, según los distintos modelos, tiene lugar por la parte superior o por la inferior mediante una canalización abierta en el árbol del
bol. La regulación de la riqueza de nata se efectúa mediante una llave que lleva el conducto de salida de la nata. Necesitan una fuerza motriz un poco mayor que las "abiertas". 4.2.3 Condiciones para un buen descremado Unas se refieren al estado de la leche y otras al modo de realizar la operación.
Calidad de la leche Una leche sucia y ácida deja en el bol gran cantidad de residuos que dificultan la circulación de la leche desnatada. Temperatura de la leche En general se calienta la leche hasta 30 ó 35ºC. Esta técnica es difícil de aplicar en los casos en que la acidez de la leche suele superar los 20ºD. Funcionamiento del bol El bol debe estar, perfectamente equilibrado para evitar vibraciones perjudiciales. Evidentemente, después de cada operación de desnatado, es necesario desmontar y limpiar cuidadosamente el bol y los platillos. Alimentación También en esta operación deben observarse rigurosamente las recomendaciones del fabricante, evitando el aumentar la capacidad fijada para ganar tiempo. La alimentación debe ser tan regular como sea posible. Dispositivo de remezcla Se ha indicado que un dispositivo de remezcla permite realizar una depuración excelente de la leche en las desnatadoras herméticas.
4.3. Mantequilla Desde el punto de vista legal la mantequilla se define como el producto graso obtenido exclusivamente de leche o crema de vaca higienizada. Técnicamente la mantequilla es una emulsión del tipo “agua en aceite”, obtenida por batido de la crema, y que contiene no menos del 82% de materia grasa y no más del 16% de agua. 4.3.1. Composición de la mantequilla
4.3.2. Composición fisico-química de la mantequilla Las constantes físico – químicas más importantes de la mantequilla son las siguientes (esto se refiere a la sustancia grasa que la conforma). 1) Peso específico: Muy cerca de 0.870. 2) Punto de Fusión: entre 29 y 34°C
3) Punto de solidificación: entre 19 y 23°C 4) Indice de refracción: entre 44,5 y 46,5 refractómetro Zeiss, a la temperatura de 35°C. 5) Indice de Crismer: “Expresa la temperatura en correspondencia de la cual la solución en caliente de 1 gr. De grasa en 5 cc de alcohol etílico (densidad 0.7967), evidencia turbidez por enfriamiento”. Los límites normales se encuentran entre 53 y 56°C. 6) Número de saponificación: “Llamado también número de Kottstorfer, expresa la cantidad en miligramos de potasio hidratado necesario para saponificar 1 gramo de grasa. Regularmente entre 220 y 235. 7) Número de yodo: “Expresa el número de gramos de yodo que vienen ligados por los glicéridos insaturados contenidos en 100 gramos de grasa”. Regularmente entre 26 y 36. 8) Número de Reichert – Meissel–Wolny: “ Expresa el número de cc de solución N/10 de Na OH que se necesita para neutralizar los ácidos volátiles, solubles en agua, obtenidos en condiciones standard, por saponificación de 5 grs. De mantequilla fundida y filtrada”. Regularmente entre 26 y 32. 9) Número de Polenske: “Expresa el número de cc de solución N/10 de Na OH que se necesita para neutralizar los ácidos volátiles, solubles en agua, obtenidos en condiciones standard, por saponificación de 5 grs. De mantequilla fundida y filtrada”. Regularmente entre 2 y 3. 4.3.3. Composicion nutricional Valor Nutricional de la mantequilla en 100 gramos Nutrimento
Mantequilla
Calorías
737
Carbohidratos
0.1 g
Proteínas
0.5 g
Grasas
81.7 g
Saturadas Calcio
54 g 15 mg
4.3.4 Proceso de elaboración
Nata La nata es la materia prima necesaria para la elaboración de mantequilla. El contenido graso de esta crema debe ser de 35 % a 40 %. La nata se obtiene del desnatado de la leche en centrífuga como se explica en el sector lácteo. La nata debe ser de buena calidad bacteriológica, libre de defectos de sabor o aroma y exenta de antibióticos o desinfectantes que impidan el crecimiento de los microorganismos implicados en la maduración de la mantequilla. El número de ácidos grasos insaturados de la nata es un factor importante en la elaboración de la mantequilla. El índice más utilizado para su medida es el índice de yodo de la grasa láctea, que
indica el porcentaje de de yodo que la grasa puede fijar (el yodo es fijado por los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados, que son líquidos a temperatura ambiente). El índice de yodo varía entre 24 y 46. Las variaciones están determinadas por la alimentación de las vacas. Por lo tanto, las grasas con un alto índice de yodo (alto contenido de grasa insaturada) producirá una mantequilla de textura grasienta. Tanto las grasas blandas (índice de yodo superior a 42) como las grasas duras (índice de yodo inferior a 28) pueden dar mantequillas de consistencia aceptable, si variamos el proceso de maduración en función del índice del yodo de la nata. Normalización Consiste en regular el contenido graso de la nata. Normalmente la nata llega con un contenido de grasa superior al necesario para la obtención de mantequilla; por este motivo debe ser normalizada a 35 %-40 % de grasa. Generalmente la nata se normaliza con leche desnatada. Neutralización En algunos países, los productores desnatan la leche en las propias granjas y venden directamente la nata a la industria. Muchas veces, esta nata se encuentra en malas condiciones, más o menos acidificada, y con extraños paladares. Esta nata debe ser neutralizada, es decir, debe reducirse su acidez para poder ser pasterizada. La nata dulce es más fácil de manipular y de hacer circular por los intercambiadores de calor. En la elaboración industrial de la mantequilla existen dos procedimientos usuales para la neutralización:
Mecánico: consiste en arrastrar por lavados repetidos con agua las materias no grasas de la nata, donde se encuentran los cuerpos ácidos.
Químico: en este proceso los ácidos se neutralizan mediante la incorporación de sustancias alcalinas (CaCO3 y NaOH).
Pasterización La nata pasa a ser pasterizada a una temperatura de 95 ºC o más. Estas elevadas temperaturas no sólo aseguran la destrucción de los microorganismos patógenos, sino también la de microorganismos y enzimas (lipasas) que podrían tener efectos perjudiciales sobre el mantenimiento de la calidad de la nata y además confiere a la mantequilla una mayor resistencia a la alteración por oxidación, debido a que las altas temperaturas producen compuestos antioxidantes. Desgacificación A veces las natas pueden contener sustancias aromáticas indeseables. En estos casos se efectúa una desaireación al vacío, que consiste en calentar la nata a 78 ºC y a continuación aplicarle un vacío, que provoca que las sustancias aromáticas se evaporen. Inoculación de estárteres Los microorganismos, responsables del aroma, utilizados para a la elaboración de la mantequilla son: Str. diacetilactis y Leuc. citrovorovum . El ácido láctico, el diacetilo y el ácido acético son las sustancias aromáticas más importantes producidas por las bacterias, siendo el más relevante el diacetilo. La inoculación debe realizarse antes de la etapa de maduración. El cultivo es mezclado con la nata en la tubería por donde pasa la nata antes de ser bombeada al depósito de maduración o en el mismo deposito de maduración. La cantidad de cultivo viene determinada por el tipo de maduración (programa de temperaturas) que sufrirá la nata.
Maduración El objetivo de la maduración es acidificar la nata (proporciona aroma y sabor) y cristalizar la materia grasa de forma simultanea en depósitos de maduración. (Depósitos aislados, de acero inoxidable y con camisas por donde circulan los fluidos de calentamiento y enfriamiento.)
La nata se somete a tratamientos térmicos según un programa de temperaturas, que dará a la grasa la estructura cristalina requerida cuando se produce su solidificación en la etapa de enfriamiento. El programa dependerá del índice de yodo de la nata. La maduración dura aproximadamente de 12 a 15 horas. Los ácidos grasos tienen diferente punto de fusión. Si la nata después de la pasterización se sometiera a un enfriamiento gradual, las diferentes grasas cristalizarían a distintas temperaturas formando “cristales puros” y dando lugar a un mínimo de grasa sólida, por lo tanto, a mantequilla blanda. Pero este método es peligroso, ya que la grasa se mantiene durante el tiempo suficiente a temperaturas favorables para el crecimiento de microorganismos. Por el contrario, un enfriamiento rápido produce la cristalización rápida de todas las grasas, y las grasas de bajo punto de fusión quedan atrapadas en los mismos cristales formando “cristales mixtos”. En este caso existe una gran proporción de grasa sólida y la mantequilla saldrá dura. Esto se puede evitar calentado otra vez la nata a una temperatura algo superior, que haga derretir los ácidos grasos de bajo punto de fusión y separarlos de los cristales. La grasa fundida es entonces recristalizada a una temperatura ligeramente menor, con lo que se obtiene una porción mayor de “cristales puros” y menos “cristales mezclados”, y una cantidad mayor de grasa liquida y una grasa más blanda. Por ejemplo, un programa para una grasa dura (cuando el índice de yodo es bajo):
Enfriamiento después de la pasterización: 8 ºC durante 2 horas. Calentamiento suave: 20 ºC-21 ºC durante 2 horas. Enfriamiento: 16 ºC y después a la temperatura de batido. Es por esta razón el índice de yodo (cantidad de ácidos grasos insaturados de bajo punto de fusión) es importante, para determinar los parámetros de maduración de la nata. Batido en contínuo Después de la maduración, la nata pasa por un intercambiador de calor que le da la temperatura requerida para el batido.
En la etapa de batido, la nata es agitada violentamente con el objetivo de romper los glóbulos de grasa y provocar la coalescencia de la grasa y la formación granos de mantequilla. La nata se divide en dos fracciones: los granos de mantequilla y la mazada, que pasan a la sección de separación o primer amasado. Lavado o desuerado en continuo Antiguamente se realizaba un lavado de los granos para eliminar cualquier contenido residual de mazada o de sólidos lácteos, pero actualmente esta práctica ya no se realiza. Simplemente, los granos de mantequilla pasan a través de un canal cónico y de una placa perforada (sección de secado y exprimido), donde se eliminan los restos de mazada aún retenida en la mantequilla. Salado o amasado en continuo Una vez exprimida la mantequilla pasa a la amasadora. Con el amasado se pretende obtener una mantequilla con una fase grasa continua, que contiene una fase dispersada muy finamente. El amasado se completa cuando se consigue completar la inversión de fases. El amasado en continuo se compone de tres secciones y cada una de ellas tiene su propio motor, de forma que pueden funcionar a diferentes velocidades. En la primera sección, la mantequilla es apelmazada por la acción de un tornillo sin fin. Al final de esta etapa, si se va a elaborar mantequilla salada, se añade la sal en forma de salmuera a través de un inyector de alta presión situado en la cámara de inyección. En la segunda sección, la mantequilla es amasada al vacío, donde se pretende reducir el contenido de aire de la mantequilla. La última etapa de amasado está dividida en cuatro secciones separadas por placas perforadas. Cada sección tiene una pala de amasado con diferentes formas para dar un tratamiento óptimo a la mantequilla. El amasado afecta al aroma, sabor, conservación de la calidad, apariencia y color de la mantequilla.
4.3.5. Deterioro químico de las grasas 4.3.5.1. Rancidez oxidativa Es el más común e importante tipo de deterioro de la grasa que compone la mantequilla. Se caracteriza por tener un ligero olor y sabor dulce en su etapa inicial, estas características se van acentuando conforme la oxidación progresa las características de olor y sabor no se deben a una sola sustancia química sino mas bien a una variedad de aldehídos, cetonas y ácidos producidos en cantidades pequeñas como productos secundarios de la oxidación. 4.3.5.2. Antioxidantes Los antioxidantes son sustancias que en unos pocos minutos son capaces de retardar o prevenir los procesos de autooxidación de la grasa. El solo hecho de que sea necesario muy pequeñas cantidades de antioxidación, es una circunstancia que aboga a favor de la teoría de reacción en cadena de radicales libres expuestas anteriormente. Esto digiere que un antioxidante dará un átomo de hidrógeno más rápidamente el radical libre de ácido graso. Cuando el radical libre toma el átomo de hidrógeno del antioxidante no se oxida, se rompe el proceso y la reacción termina . Existen muchos antioxidantes, por ejemplo, los tocoferoles, lecitinas, etc. El antioxidante que es recomendable emplear es el Butil Hidroxi Anisol (BHA), en cantidad de 100 ppm sobre la cantidad de grasa. 4.3.5.3. Oxidación Lipoxidasa Las Enzimas lipoxidativas han sido aisladas de la soya, pescado, grasa de cerdo, etc. La lipoxidasa de soya puede catalizar la oxidación de ciertos ácidos grasos con formación de peróxidos. Los ácidos grasos con más de dos enlaces dobles, son los únicos que son atacados.El mecanismo de la oxidación sugiere un mecanismo similar al de la autooxidación. Esto no significa que los dos tipos de oxidación son necesariamente los mismos, la oxidación lipoxidasa de los linoleatos produce casi totalmente hidroperóxidos de linoleatos conjugados mientras que la autooxidación bajo las mismas condiciones, produce una considerable cantidad de hidroperóxidos no conjugados.
4.3.5.4. Rancidez Hidrolítica La rancidez hidrolítica es debida a la hidrólisis de las grasas con liberación de ácidos grasos libres. En muchas grasas, la presencia de ácidos grasos libres no producen defectos objetables, sin embargo, en la mantequilla, la sola liberación de ácido butírico libre, ocasiona un olor y sabor tan desagradable, que puede malograr el producto totalmente. Por esta razón, la rancidez hidrolítica es muy importante en la industria lechera. La hidrólisis de los glicéridos es provocada rápidamente por la lipasa. Un alto contenido de humedad y temperatura ayuda a que esto se produzca. Este defecto puede ser previsto mediante la inactivación de la enzima por el calor y, guardando la grasa de la humedad y el calor. 4.3.5.5. Reversión De Sabor El origen de este término se debe probablemente al hecho de que las grasas de origen marino pierden su olor a pescado por deodorización, pero, bajo ciertas condiciones el olor puede aparecer nuevamente. Las grasas que muestran el fenómeno de reversión de sabor, presentan características muy similares a estas grasas. La reversión de sabor en las grasas ha sido definida por “BAILEY”, por la aparición de sabores indeseables con la presencia de menor oxidación que la requerida para producir verdadera rancidez. La reversión de sabor en grasas aparece entonces como resultado de una ligerísima oxidación de ciertos componentes de la grasa. Los ácidos grasos que contienen más de dos enlaces dobles y un isómero del ácido linoleíco formado por hidrogenación aparecen responsables de la reversión de sabor. La mejor solución parece el procurar un mejoramiento de los métodos de hidrogenación. Este problema es muy importante en la elaboración de margarinas principalmente; en la industria lechera es de menor importancia.
4.4. Leche en polvo La leche en polvo o leche deshidratada se obtiene mediante la deshidratación de leche pasteurizada. Este proceso se lleva a cabo en torres especiales llamadas spray, en donde el agua que contiene la leche es evaporada, obteniendo un polvo de color blanco amarillento que conserva las propiedades naturales de la leche. Para beberla, el polvo debe disolverse en agua potable. Este producto es de gran importancia ya que, a diferencia de la leche fluida, no precisa
ser conservada en frío y por lo tanto su vida útil es más prolongada. Presenta ventajas como ser de menor costo y de ser mucho más fácil de almacenar. A pesar de poseer las propiedades de la leche natural, nunca tiene el mismo sabor de la leche fresca. Se puede encontrar en tres clases básicas: entera, semi-descremada y descremada. Además puede o no estar fortificada con vitaminas A y D. Se distinguen dos tipos de leche en polvo desde el punto de vista comercial: -Leche en polvo entera, con un mínimo del 26% de materia grasa en peso. -Leche en polvo desnatada , con un máximo del 1,5% de grasa en peso. La primera se conserva por un período máximo de seis meses, ya que al ser tan alto el contenido en grasa, ésta se va deteriorando durante el almacenamiento, llegando a notarse el sabor rancio en la leche reconstituida. La leche en polvo desnatada se puede conservar bien por un período de hasta tres años.
4.4.1. Caracterización de la leche en polvo Las características de la leche en polvo son las siguientes: -Color uniforme, blanco o cremoso claro, carente de color amarillento o pardo, característicos de un producto recalentado. -Olor y sabor fresco y puro, antes y después de su reconstitución. -Humedad, máximo 5% en peso. -Materia grasa, como mínimo 26% en peso para la leche entera y 1,5% como máximo para la desnatada. -Acidez expresada en ácido láctico, 1,45% en peso como máximo para la leche entera y 1,85% como máximo para la leche desnatada. -Acidez de la grasa, expresada en ácido oleico, máximo del 2% en peso de la grasa. -Ausencia de impurezas macroscópicas. -Índice de solubilidad: para la leche entera, un mililitro como máximo; para la leche desnatada, 1,25 ml. como máximo. - Las leches en polvo parcialmente desnatadas, cuyos contenidos grasos estén comprendidos entre el 1,5 y 26%, responderán a las características precedentes, con la excepción de la acidez, expresada en ácido láctico, cuyo máximo valor en porcentaje vendrá dado por la siguiente fórmula: (Máximo %= 1,874 – 0.0163 X % graso de la leche en polvo).
-Menos de 100.000 colonias de gérmenes por gramo de leche en polvo. -Ausencia de coliformes en 0,1 g de leche en polvo. -Prueba de la fosfatasa negativa. 4.3.1.1 Características Físico-Químicas Humedad: Máximo 3.5% Materia grasa: Mínimo 26% Acidez titulable: Máximo 18.0 ml Indice de insolubilidad: Máximo 1 ml Partículas tostadas: Máximo Disco "B" Proteínas: Mínimo 25% 4.3.1.2 Características Microbiológicas Mesófilos aerobios: n=5 c=2 m=5000 M=10000 Coliformes a 30ºC/g: n=5 c=2 m=10 M=100 Coliformes a 45ºC/g: n=5 c=2 m<3 M=10 Estafilococos aureus/g: n=5 c=1 m=10 M=100 Salmonella spp/25 g: n=10 c=0 m=0
4.3.2 Proceso de obtención
Torre de atomización para la producción de leche en polvo: 1. Bomba de alta presión. 2. Atomizador. 3. Suministro de aire caliente. 4. Cámara de mezcla. 5. Cámara de secado. 6. Descarga del producto. 7. Ciclón. La bomba de alta presión (1) envía la leche concentrada hacia la cámara (4), donde se mezcla perfectamente con el aire caliente, que es enviado por un ventilador (3) y que pasa por un calentador hasta alcanzar la temperatura de 150-250º C. A estas altas temperaturas disminuye la humedad relativa del aire, aumentando así su capacidad de absorber agua. El atomizador (2) divide finamente la leche en pequeñísimas gotas, que se encuentran en la corriente de aire caliente dentro de la cámara de secado (5). El agua libre se evapora instantáneamente. El agua contenida en el interior pasa por difusión hacia la superficie de la gotita, desde donde es evaporada por el aire caliente. Las partículas de leche nunca se llegan calentar excesivamente, ya que el calor del aire es consumido en la evaporación del agua y no en el calentamiento de dichas partículas. La leche en polvo descarga por (6) pasa a la sección de envasado. El aire pasa por un ciclón (7), que recupera las partículas de polvo que contenga. Como se quiere obtener un producto en polvo que se disuelva en agua de forma instantánea se deben obtener aglomerados porosos, para lo que se recurre a un sistema de atomización al que se conecta otro de fluidización. En esta instalación, el aire de secado entra y sale por la parte superior de la cámara de secado, la cual tiene forma cónica, con una sección cilíndrica de escasa longitud en la parte de arriba. Al final del cono, en su parte más estrecha, se encuentra el secador de lecho fluido. El producto se atomiza en un atomizador situado en el dispersor de aire del techo de la cámara, descendiendo en una atmósfera cargada de polvo hacia el secador de lecho fluido, donde se controla el contenido de humedad y la forma del producto. Con este procedimiento se obtiene un producto de gran calidad y solubilidad perfecta, debido a que las partículas son mas finas que en los otros procedimientos. Las instalaciones corrientes tienen un rendimiento de 10 a 500 kg. de leche en polvo por hora, pero pueden construirse instalaciones para rendimientos mucho mas elevados . En primer lugar se debe espesar la leche fresca mediante evaporadores de condensación. seguidamente el producto se pulveriza en forma de finísima niebla a temperaturas superiores a 100° C, a fin de extraer rápidamente el agua y obtener un producto húmedo aún , que por enfriamiento se deseca por si solo.
Durante el funcionamiento de un secador de leche fluido ( ),el polvo procedente de la cámara de secado del atomizador entra a la primera sección, donde es humificado por vapor. Las vibraciones a que está sometido el secador, empujan el polvo humedecido a través de las secciones de secado, donde está entrando el aire caliente por el lecho de producto en polvo, a una temperatura cada vez menor según se avanza por la máquina.
Principio de funcionamiento de un secador de leche fluido Se pueden producir aglomerados en la primera etapa de secado al adherirse unos granos con otros, pero al final hay un tamiz que retiene a los más grandes y los recircula. El polvo final sale con la humedad y en condiciones de disolución rápida deseadas.
4.3.2.1 Tipos de secadores Spray Secador Spray corriente directa
Secador Spray corriente directa
Secador Spray corrientes opuestas
4.5. YOGURT El yogurt es un producto lácteo fermentado, levemente ácido, de cultivo semisólido que es producido por homogeneización y pasteurización. El yogurt, es un producto efectivo para restaurar y mantener el funcionamiento normal de nuestro equilibrio intestinal, rico en vitaminas B. Este producto tiene una gran variedad de sabores, y es barato. El yogurt se ha popularizado en muchos países al rededor del mundo. Mucha gente con problemas digestivos consume yogurt para ayudar al tratamiento de este desorden. Otros lo consumen para mantener o conservar su salud ya que proporciona nutrientes. Además, el yogurt es producido a bajo costo lo que es un beneficio para los consumidores y productores. Por supuesto, los muchos beneficios del yogurt son, de poca importancia para muchos consumidores, ya que ellos lo consumen por su agradable sabor. El yogurt tuvo sus orígenes en Turquía. Los procedimientos usados para la producción en masa fueron desarrollados en naciones occidentales. La importancia de la planta descrita en este estudio no sólo es el bajo costo para instalarla, sino también para operarla. Ambas en conjunto con el crecimiento de la popularidad internacional del yogurt, hace de este estudio una inversión razonable para cualquier emprendedor que desee establecer una producción capaz de generar un rápido retorno de la inversión, así como también un flujo estable de ganancias para los años siguientes. Cuadro 1 Formula para Yogurt Leche fluida completa
90.7%
leche completa en polvo
5%
Azúcar
4%
TOTAL
100%
4.5.1. PROCESO de ELABORACIÓN Selección de la leche Aunque se ha utilizado leche de diferentes especies animales para la fabricación del yogur, en la industrialización se utiliza básicamente leche de vaca. Puede utilizarse, leche entera, leche parcialmente descremada, leche descremada o crema de leche. La leche más apropiada es la que posea un contenido elevado de proteínas por razón de su alta densidad. A pesar de ello no es necesario elegir una leche con una proporción elevada de extracto seco para la producción de yogur, pues aquel puede ser aumentado más tarde por medio de otros productos como, leche descremada concentrada, leche en polvo descremada, suero, lactosa. Para que el cultivo iniciador se desarrolle, han de tenerse en cuenta los siguientes criterios: * bajo recuento bacteriano. * libre de antibióticos, desinfectantes, leche mastítica (*), calostro (*) y leche rancia. * sin contaminación por bacteriófagos (*). Pasteurización: En la preparación del yogurt , la leche se pasteuriza a 95 – 96 ºC por un tiempo de 5 min. para destruir los microorganismos patógenos y la flora que no interese. Luego se enfría hasta los 45 ºC que es la temperatura que normalmente se usa en la incubación. Incubación: Se inocula con un starter de los dos microorganismos, el Streptococcus termophilus y el Lactobacillus bulgaricus, pero que han sido cultivados por separado para evitar un exceso de producción de ácido láctico. De este modo, no se ve favorecida una especie frente a la otra dentro del mismo starter. Si la leche está libre de inhibidores, la actividad microbiana está determinada principalmente por la temperatura de incubación y la cantidad de inóculo agregado. Mientras mayor sea la diferencia
con la temperatura óptima y menor la cantidad de inóculo agregada mayor será el tiempo de fermentación . La temperatura y el tiempo de incubación, además de la cantidad de inóculo, no solo influyen en la acidez final sino también en la relación entre bacterias. En el caso del cultivo del yogurt con Streptococcus termophilus y Lactobacillus bulgaricus, una menor cantidad de inóculo y bajas temperaturas favorecen al Streptococcus termophilus y en el caso inverso al Lactobacillus bulgaricus. En la elaboración de yogurt es preferible usar un corto tiempo de procesamiento, y para eso se regula la temperatura y la cantidad de inóculo. Normalmente se usan temperaturas de incubación entre 42 y 45 ºC, de 2 a 3% de cultivo y un tiempo de incubación de 230 a 3 hs. En un principio el pH (comúnmente de 6,8) es favorable para el Streptococcus termophilus que se desarrolla más rápido produciendo ácido fórmico y dióxido de carbono, bajando así el pH hasta 5 aproximadamente. De este modo se estimula el crecimiento del Lactobacillus bulgaricus. Al mismo tiempo, el desarrollo del Lactobacillus bulgaricus favorece el crecimiento del Streptococcus termophilus por la producción de nutrientes como ácido láctico, péptidos y aminoácidos como la valina. Esta aparición del ácido láctico es el que provoca el descenso del pH, que a su vez es el responsable de la coagulación de la leche. La coagulación se produce a causa de la estabilidad de las caseinas. Al pH de la leche fresca, las caseinas tienen carga negativa y se repelen. En la acidificación de la leche, los iones hidrógeno del ácido son absorbidos por las caseinas, por lo que la carga negativa va disminuyendo y así también la repulsión entre ellas. La coagulación empieza cuando la repulsión ha disminuido. A un pH de 4,6 las caseinas son eléctricamente neutras y completamente insolubles. Este nivel de pH se conoce como punto isoeléctrico de la caseina. Su efecto en el yogurt es que una vez ocurrida le confiere su consistencia semisólida característica. En los productos lácteos fermentados, la fermentación culmina cuando se alcanza un valor de 4,2 a 4,5 de pH aproximadamente, o cuando se observa un valor de 0,75 a 0,8 de acidez titulable. Una vez lograda la acidez requerida, debe enfriarse a 4 o 5 ºC para detener la fermentación y evitar que se siga produciendo ácido láctico. Como vimos, estos microorganismos y su efecto sinérgico del crecimiento conjunto son los responsables finalmente de la formación de aromas y texturas típicos del yogurt. Entre los componentes responsables del aroma se encuentran el acetaldehido, acetoína, diacetilo.
Fermentación y Envasado: Este proceso de fermentación se puede lograr de dos maneras distintas, según se quiera obtener
yogurt firme o yogurt batido. El yogurt firme se envasa inmediatamente a la adición del starter en vasitos o tarritos y son llevados de esta forma a una estufa donde se produce la fermentación hasta el punto deseado y luego se refrigera en cámaras o en túneles de refrigeración. En cambio, en el yogurt batido la fermentación se produce directamente en el reactor, se homogeneiza, se enfría en un intercambiador entre 22 y 24 ºC, temperatura indicada para retardar el desarrollo de las bacterias, se termina por envasar en recipientes que son inmediatamente refrigerados.
4.5.3. Operaciones unitarias empleadas en el proceso La planta esta diseñada para producir 5.000 litros de leche por hora, y puede laborar los 365 días del año; para esto procedimos a seleccionar proveedores y haciendas de leche; las cuales, fueron sometidos a análisis y pruebas rigurosas con el fín de que la materia prima llegue a la planta fresca, segura y fría a una temperatura de 4°C. Recepción de Leche.- Al llegar los tanqueros a la planta, con la ayuda de los más modernos aparatos de laboratorio la analizan para dar el visto bueno de su descargue y recepción en nuestros silos de almacenamiento. Pasteurización.- la Leche es enviada al procesador que montado en un bastidor cuenta con un Panel de Control computarizado, pasteurizador de placas, descremadora (autolimpiante, estandarizadora), desaireador (velocidad variable) y holding time (tiempo de retenciön tubular). Este es el pulmón donde pasteurizamos la leche y por medio del cuál eliminamos los gérmenes patógenos que puedan causar enfermedades. Nuestro equipo único en el país nos permite pasteurizar la leche bajo el sistema H.T.S.T. (alta temperatura corto tiempo), por medio del cúal esta mantiene todas sus cualidades y características propias; deciamos que es único en el país debido a que luego de pasteurizada la leche en el mismo equipo se procede a calentarse a temperaturas de incubación para Yogurt o queso. Incubación.- La leche es enviada a los tanques maduradores, por medio de un sistema de tuberías de acero inoxidable, para posteriormente agregarle en forma aséptica un cultivo leofilizado que contiene cepas seleccionadas de lactobacillos bulgaricous y estreptococus thermófilos, que le dan el aroma, sabor y textura característico de nuestro YOGURT PERSA. Este proceso tiene una duración de 4 a 5 horas y se realiza en reposo; luego de transcurrido este tiempo, el departamento de Control de Calidad realiza los análisis respectivos con el fín de proceder al corte de la acidificación y su inmediato enfriamiento. Enfriamiento.- Este se realiza en un enfriador tubular en el cúal el producto es empujado con aire
filtrado (aire culinario), hasta los tanques de envasado. Envasado.- El yogurt llega a los tanques de sala de envase por medio de tuberías de acero inoxidable, para procederse a su envasado en máquinas llenadoras, en donde el material de polietileno es desinfectado por medio de una lámpara de U.V. (Ultra-violeta) y se forma el tubo de llenado, un controlador secuencial dosifica la cantidad exacta de producto procediendo a realizarse el sellado transversal tanto superior como inferior del envase. Almacenamiento.- Los envases son colocados en gavetas plásticas previamente desinfectadas y enviados a cámara de refrigeración o congelación dependiendo del tipo de producto elaborado. Durante todo el proceso el Departamento de Control de Calidad realiza el monitoreo de cada una de las etapas del proceso; con el fín de que se cumplen todos los parámetros y las normas establecidas. 4.5.4. Condiciones de operación Estandarización Consiste en adicionar leche en polvo y azúcar a la leche con el fin de elevar los sólidos totales y darle el dulzor adecuado al producto, si se desea elaborar yogurt natural, no se adiciona azúcar. Pasteurización La leche se calienta hasta alcanzar la temperatura de 85ºC y se mantiene a esta temperatura por 10 minutos. Enfriamiento Concluida la etapa de pasteurización, enfríe inmediatamente la leche hasta que alcance 43ºC de temperatura. Inoculación Consiste en adicionar a la leche el fermento que contiene las bacterias que la transforman en yogurt. Incubación Adicionado el fermento, la leche debe mantenerse a 43ºC hasta que alcance un pH igual o menor a 4,6. Por lo general se logra en 6 horas. Enfriamiento Alcanzado el pH indicado, inme-diatamente deberá enfriarse el yogurt hasta que se encuentre a 15ºC de temperatura, con la finalidad de paralizar la fermentación láctica y evitar que el yogurt continúe acidificándose.
Batido Se realiza con la finalidad de romper el coágulo y uniformizar la textura del producto. Adición de la fruta, aromas y/o colorantes. A fin de mejorar la calidad y presentación del yogurt se le puede adicionar fruta procesada en trozos a 45ºBrix, en la proporción de 6 a 10%, dependiendo del costo de la fruta. También se puede agregar saborizantes, aromas y colorantes; cuidando que sean de uso alimenticio.
Envasado Es una etapa fundamental en la calidad del producto, debe ser realizada cumpliendo con los principios de sanidad e higiene. El envase es la carta de presentación del producto, hacia el comprador, por tanto, deberá elegirse un envase funcional, operativo y que conserve intactas las características iniciales del producto. Almacenamiento El producto, deberá ser almacenado en refrigeración a una temperatura de 4ºC, y en condiciones adecuadas de higiene, de los contrario, se producirá el deterioro del mismo. Si se cumplen con las condiciones antes mencionadas el tiempo de vida útil del producto, será aproximadamente de 21 días.
Manejo del fermento Los fermentos lácticos, se venden liofilizados, y por lo general son para volúmenes de 500 litros o más. Para utilizarlos en volúmenes menores debe efectuarse una división siguiendo el siguiente procedimiento: 1. En un litro de agua tibia previamente hervida adicionar 130 gramos de leche en polvo. 2. Pasteurizar la leche a 85 ºC por 20 minutos 3. Enfriar la leche pasteurizada a 4 ºC. 4. Agregar el contenido del sobre de Cultivo de Yogurt y agitar, hasta su completa disolución. 5. Distribuir el contenido en los envases de acuerdo al volumen que se quiera preparar. Por ejemplo si se tiene un sobre de cultivo de yogurt para 500 litros y se quiere preparar 50 litros de yogurt, la dilución anterior se divide en 10 envases. Cada envase contendrá 100 ml que servirán para preparar 50 litros de yogurt cada vez. Los envases deben ser previamente esterilizados. 6. Una vez distribuido el cultivo en los envases, éstos se deben congelar inmediatamente.
7. El cultivo congelado, antes de ser utilizado debe descongelarse a temperatura de refrigeración.
4.5.5. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
4.5.6. Microorganismos q interviene en la producción del yogurt La acción conjunta de dos microorganismos: Lactobacilus bulgaris y Streptococcus termophilus. Actuan en Culaquier yogur comercial también puede llevar aunque no es necesario Estreptococcus lactis. Lactobacilus bulgaris, es una bacteria láctea homofermentativasolo produce ácido láctico, las heterofermentativas producen otros tipos de ácidos. Se desarrolla muy bien entre 45 y 50º, produce disminución del pH, puede producir hasta un 2,7% de ácido láctico, es proteolítica, producen hidrolasas que hidrolizan las proteinas sobre todo la caseina esta es la razón por la que se liberan aminoacidos sobre todo la valina, esto tiene interés porque la valina favorece el desarrollo del Streptococcus termophilus. Streptococcus termophilus, es una bacteria homofermentativa termorresistente, se desarrolla a 37-40º pero puede resistir 50º e incluso 65º media hora. Tiene menor poder de acidificación que el lactobacilus. En el yogur viven en perfecta simbiosis. Starter, son cultivos iniciados de una fermentación. Se destruye la flora existente en un alimento y se introduce un starter. En el caso del yogur el starter es de los dos microorganismos, pero han de cultivarse parcialmente por separado. Puede hacerse un cultivo junto, pero se produciría exceso de ácido láctico. El cultivo se hace entre 40 y 50º.
4.5.7. Biorreactores utilizados El Lactobacillus casei, es una bacteria ácido láctica que es utilizada para la elaboración de productos lácteos fermentados, conocida por tener excelentes efectos nutricionales, además de un sabor agradable, teniendo un efecto promotor de la salud, esto a través de la microflora intestinal y modulación del sistema inmune. La cepa de Lactobacillus casei ha demostrado tener efecto sobre los problemas gastrointestinales de niños de corta edad, demostrando la disminución de la presencia y frecuencia de diarrea, además de parásitos intestinales patógenos como la Giardia Lamblia y sobre la flora intestinal. Esto se logró hallando una concentración celular mediante bioensayos de laboratorio, a determinados periodos de tiempo y con características semejantes,
por
duplicado
para
optimizar
cada
uno
de
los
procesos.
Se realizó a nivel de laboratorio, mediante recuentos en cámara de Newbauer, realizando esto en tratamiento por duplicado de lo cual se obtuvieron los resultados de fermentar la bebida por 4 horas a una temperatura de 40°C y sin agitación, de acuerdo a la siguiente figura. Bioensayo para estudiar el comportamiento del inóculo de 3 y 2 horas de incubación, sin aplicar agitación.
BIOCONVERSIÓN ESCALA DE LABORATORIO (2 L) Acidez inicial: 19 °D Inóculo: 3%, Temperatura empleada: 40 °C. r.p.m. No se presenta Recuento del inóculo: 1,0 – 2,0 * 109 cell / ml Volumen del inóculo: 60 ml. Volumen de trabajo: 2000 ml. Tiempo de proceso: 6 horas Tiempo de incubación del inóculo: 3 y 2 horas.
Gráfico 3. Resultados del crecimiento celular para el inóculo de 3 y 2 horas de incubación sin aplicar agitación.
Gráfico 4. Resultados de la determinación de acidez para el inóculo de 3 y 2 horas de incubación sin agitación.
Como se observa en el gráfico 2, la curva que presenta los mejores recuentos, el mejor crecimiento es la del inóculo de 3 horas sin agitación, se alcanza una concentración aproximada de 1,4*1010, a partir de lo cual se seleccionó este valor como el óptimo para el proceso de bioconversión, teniendo en cuenta que las demás graficasparecen ser muy similares. En el gráfico 1, se observa que alcanza la acidez a la misma 3 hora que la concentración celular, según referencia
bibliográfica
que
debe
estar
en
un
rango
entre
80
–
90
°D.
Se diferencia de los demas bioensayos y curvas tanto por el crecimiento celular, acidez y por las características organolépticas del producto final, por ello se elige el inóculo de 3 horas de incubación, sin agitación, además no se presenta la precipitación de la leche que se presentaba anteriormente con la agitación.
4.5.8. Control del proceso Industrialización y Reglamentaciones El sistema HACCP enfatiza el control del proceso, concentra el control en los puntos críticos para la inocuidad del producto, valoriza la comunicación entre la industria y la inspección. Se trata de un sistema Preventivo y no reactivo. Una herramienta utilizada para proteger los alimentos de peligros biológicos, químicos e físicos. Plan HACCP. Es un documento donde se especifica claramente todas las medidas que se deben aplicar para asegurar la inocuidad alimentaria de un determinado producto obtenido de una determinada manera. Por lo que no existe un Plan HACCP general, este es específico para cada producto y para cada línea de producción.
Peligro: Es todo elemento Físico, Químico o Microbiológico que pueda ser deletereo para el consumidor.
Riesgo: Es la probabilidad que un peligro ocurra. Para ejemplificar estos dos últimos puntos trabajaremos un ejemplo de la vida cotidiana: Cruzar la calle siempre presenta el PELIGRO de ser atropellados por un automóvil. Si cruzamos en una esquina con semáforo, cuando éste está con la luz verde la probabilidad de ser atropellados se reduce en gran medida, es decir el riesgo es menor. Cuando lo hacemos con la luz roja la probabilidad de ser atropellados es exponencialmente mayor, por lo que el riesgo es mayor. Es decir el peligro siempre ha sido el mismo, lo que varió fue la probabilidad de ocurrencia del mismo, el riesgo. Punto Crítico de Control (PCC): Son aquellos puntos del flujograma donde es posible eliminar o disminuir dentro de límites aceptables un Peligro. Punto de Control (PC): Son factores físicos, químicos o microbiológicos que pueden ser utilizados para prevenir un peligro. Dentro de estos encontramos por ejemplo pH, temperatura, concentración de sal, Aw, etc.
4.5.9. Control de calidad El control de calidad en un proceso productivo de yogurt debe ser minucioso desde la materia prima que es la leche, hasta el producto final incluyendo cada etapa del procesamiento. Asimismo
se deben evaluar los insumos y todos los materiales que intervienen en el proceso. Materia prima e insumos Se realiza antes del procesamiento , en el que se verifica la calidad fisicoquímica y microbiológica de la leche e insumos.
Los principales análisis que se deben efectuar a la leche son: Acidez, grasa, densidad, pH, detección de antibióticos, células somáticas y recuento bacteriano. Los métodos que se emplean para la ejecución de estos análisis están especificados en la Norma Técnica Nacional. Del proceso Se debe cumplir con el control de los parámetros técnicos como tiempos, temperaturas, pH y normas sanitarias.
Del producto final Consiste en evaluar los parámetros sensoriales, fisicoquímicos y microbiológicos del producto final.
4.5.10. Costos Determinación de costos de producción para un taller que elabora 50 litros.
Costos directos, Material directo
2. Costos indirectos Varios
1. Costo total
PARAMETROS
4.5.10 Aplicaciones en el hombre Tratamiento de diarreas: La administración de Lactobacillus bajo forma liofilizada reduce la importancia y la duración de las diarreas infecciosas, motrices (colopatias), inflamatorias de tipo rectocolitis e ileitis de Crohn, o a continuación de una antibioterapia. Inhibición del desarrollo de bacterias patógenas: Se ha propuesto que los probióticos inhiben el crecimiento de bacterias enteropatogénicas al producir sustancias antimicrobianas llamadas bacteriocinas. Por ejemplo, los lactobacilos inhiben el crecimiento de Escherichia, Salmonella, Shigella, Pseudomonas, Clostridium y Staphilococcus. También se cree que los probióticos compiten con las bacterias enteropatógenas por los receptores de la capa epitelial del tracto gastrointestinal. Muchas bacterias requieren adherirse al tracto gastrointestinal para colonizarlo y producir enfermedad. Así, los probióticos compiten por los sitios de adhesión de las células epiteliales para reducir la capacidad de las bacterias enteropatógenas para colonizar y lesionar la mucosa intestinal. Acción sobre el sistema inmunitario: Los Lactobacillus refuerzan las defensas inmunitarias locales y generales, favoreciendo la producción de IgA al nivel intestinal y estimulando la activación de los macrófagos así como las estructuras linfoides.
Intolerancia a la lactosa: Esta intolerancia, debida a la ausencia de asimilación de lactosa, principal glúcido de la leche, está provocada por un defecto de síntesis de la lactasa, enzima de las células en cepillo de la membrana epitelial del intestino. Esta anomalía provoca numerosos problemas gastro-intestinales en los sujetos sensibles. Las experiencias dirigidas a pacientes que presentan esta intolerancia demuestran que la administración de los Lactobacillus facilita la digestión de lactosa y disminuye o retarda la aparición de problemas intestinales. Los mejores resultados se obtienen con los fermentos lácticos vivos. Efecto sobre el estreñimiento: La administración de Lactobacilus acidofilus en pequeñas dosis mejora el transito intestinal y permite reducir la utilización de laxantes. Este efecto se obtiene únicamente con bacterias vivas. Parece que las bacterias lácticas modifican el equilibrio de la flora microbiana intestinal, provocando de esta manera una excitación de la mucosa y de los músculos. Este efecto es mejorado por un aporte cotidiano de fibras (pectinas de frutas, celulosa, inulina...). Efecto anticancerígeno: Los Lactobacillus utilizados vivos podrían prevenir la inutilización de cánceres o el desarrollo de células tumorales; ya sea destruyendo las sustancias cancerígenas tales como las nitrosaminas ya sea porque inhiben el desarrollo de bacterias productoras de enzimas tales como beta-glucosidasa y beta-glucoronidasa, que catalizan la transformación de sustancias precancerígenas en sustancias cancerígenas. Los Lactobacillus parecen favorecer la supresión de células tumorales al aumentar la actividad de los macrófagos de la mucosa intestinal por estimulación de la inmunidad local. Efecto metabólico: Numerosos estudios han sido realizados para determinar si el aporte de probióticos, como los Lactobacillus favorecían la disminución de la tasa de colesterol sanguínea. El aporte de Lactobacillus acidofilus en los cerdos reduce de manera significativa la tasa de colesterol sanguíneo con respecto a la muestra. Hepner y sus colaboradores pusieron en evidencia que en los humanos se constata una disminución de la tasa de colesterol en sujetos donde la alimentación estaba complementada con Lactobacillus.
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