Tecnologia de Lacteos Unad

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS

301105- TECNOLOGÍA DE LACTEOS MARGARITA GOMEZ DE ILLERA (Director Nacional)

CLEMENCIA ALAVA VITERI Acreditador

BOGOTA Junio _2010

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TABLA DE CONTENIDO Pag.

UNIDAD I. CIENCIA DE LA LECHE Y CALIDAD DE LA LECHE

6

Objetivos

10

Autoevaluación inicial

11

Capítulo 1. Definición, composición, estructura de la leche

12

Lección 1. Definición legal y dietética Lección 2. Definición física y propiedades Lección 3. Definición química y propiedades Lección 4. Otras propiedades importantes en la leche Lección 5. Fases de la leche

12 13 16 18 23

Capítulo 2. Propiedades físicas y químicas de los componentes de la leche 27 Lección 6. Lípidos Lección 7. Proteínas

27 30

Lección 8: Carbohidratos Lección 9. Sales y minerales y Vitaminas y Enzimas Lección 10: Efectos en los tratamientos térmicos de la leche

35 37 40

Capítulo 3: Microbiología y Calidad de la leche

43

Lección 11. Principales grupos de bacterias en la leche 43 Lección 12. Levaduras y mohos 46 Lección 13. Aseguramiento de la calidad lechera: Medidas higiénicas ARYCPC (HACCP)

46

Lección 14. Calidad de la leche cruda

51

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Lección 15. Estandarización de la leche

56

LECTURA COMPLEMENTARIA “Algunas reflexiones sobre la calidad de la leche en Colombia”

58

UNIDAD II Tecnología de los productos lácteos: leche cruda

65

Leche evaporada- leche fermentada

Capitulo 1. Tratamiento de la leche para consumo directo Lección 16. Lección 17. Lección 18. Lección 19. Lección 20.

Enfriamiento Almacenamiento Higienización Descremado Pasteurización

69 69 69 70 72

LECTURAS COMPLEMENTARIAS

73 80

Capítulo 2: leches concentradas y evaporadas

83

Lección: 21 Descripción general Lección 22. Proceso de elaboración de la leche evaporada Lección 23. Defectos en la leche evaporada Lección 24. Leche condensada azucarada Lección 25. Leche en polvo

83 84 92 94 98

Capitulo 3. Leches fermentadas

107

Lección 26. Generalidades y Valor nutritivo Lección 27 Características de las bacterias lácticas

107

Lección 28: Tipos de cultivos Lección 29. Clasificación de los productos fermentados Lección 30. El yogurt

109 111 112 115

LECTURAS COMPLEMENTARIAS

123

A. Transferencia de calor B. Ingeniería industrial de la leche

123 124

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C. Aplicación de calor en la industria lechera UNIDAD III. Tecnología de los productos lácteos: fabricación de Quesos y otros productos lácteos.

128 136

Capítulo 1. Tecnología de la fabricación del queso 136 Lección 31. Lección 32. Lección 33. Lección 34. Lección 35.

Aspectos nutricionales del queso Clasificación de los quesos Materias primas Materias primas secundarias Principios tecnológicos en la fabricación del queso

Capítulo 2. Tecnología de los quesos colombianos Lección 36: Quesos frescos no ácidos Lección 37. Quesos ácidos Lección 38: Quesos madurados Lección 39: Defectos de los quesos Lección 40: Aprovechamiento del suero lácteo y Equipos en La fabricación del queso Capítulo 3. Otros productos derivados de la leche

140 140 145 153 159 185 185 197 204 210 213 218

Lección 41. La mantequilla Lección 42. Defectos de la mantequilla Lección 43. El helado Lección 44. Defectos del helado Lección 45. El Arequipe y el manjar blanco

220 227 229 238 240

BIBLIOGRAFIA

247

CIBERGRAFIA

248

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LISTADO DE TABLAS

1. Composición química de la leche en diferentes especies 2. Composición lípidos saponificables y no saponificables de la leche 3. Efectos del calentamiento sobre los componentes de la leche 4. Tiempo de muerte térmica de algunas bacterias patógenas 5. Conservación de los cultivos congelados 6. Aminoácidos esenciales en la caseína 7. Valor nutricional de algunos aminoácidos 8. Clasificación de los quesos según la humedad 9. Clasificación de los principales quesos colombianos 10. Características de las dos formas de coagulación de la leche 11. Características fisicoquímicas de la cuajada 12. Características fisicoquímicas del queso campesino 13. Características fisicoquímicas del queso costeño 14. Características fisicoquímicas del queso antioqueño 15. Características fisicoquímicas del queso doble crema 16. Características fisicoquímicas del quesillo huilense 17. Características fisicoquímicas del queso pera 18. Características fisicoquímicas del queso paipa 19. Defectos de los quesos 20. Utensilios y equipos de quesería

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LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

1. Modificación de la leche a temperatura ambiente 2. Molécula de un triglicérido 3. Membrana del glóbulo graso 4. Aminoácido alfa amino carboxílico 5. Cadena peptídicos 6. Proteína Nativa 7. Proteína desnaturalizada 8. Micela de caseína 9. Circulación en un intercambiador de calor 10. Diagrama de Flujo para la elaboración de la leche evaporada 11. Proceso de estandarización de la leche 12. Elaboración de la leche condenada azucarada 13. Elaboración de la leche en polvo 14. Diagrama de flujo para el proceso de elaboración del yogurt 15. Adición del cuajo 16. Corte de la cuajada 17. Diagrama de liras y sistemas de corte de la cuajada 18. Agitación de los granos de la cuajada 19. Salazón 20. Moldes para quesos 21. Diagrama de prensa mecánica para quesos 22. Cuajada 23. Diagrama de Flujo para la elaboración de la cuajada 24. Queso campesino 25. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso campesino 26. Queso costeño 27. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso costeño 28. Quesito antioqueño 29. Diagrama de Flujo para la elaboración del quesito antioqueño 30. Queso doble crema 31. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso doble crema 32. Diagrama de Flujo para la elaboración del quesillo huilense 33. Queso pera 34. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso pera 35. Quesos madurados y queso paipa 36. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso paipa 37. Diagrama de Flujo para la elaboración de la mantequilla

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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

El contenido didáctico del curso académico: Tecnología de Lácteos fue diseñado inicialmente en el año 2005 por la Ingeniera Margarita Gómez de Illera docente de la UNAD, ubicada en la sede José Celestino Mutis en Bogotá . Es Ingeniera de Alimentos y especialista en Pedagogía para el Desarrollo del Aprendizaje Autónomo, egresada de la UNAD. Se ha desempeñado como tutora en la modalidad tradicional de la UNAD desde el 1991 hasta el año 2000 y como docente en Planta provisional desde el año 2005 al año 2010, desempeñándose como directora de los cursos de Tecnología de Lácteos y de Introducción a la Ingeniería de Alimentos. El contenido didáctico ha tenido tres actualizaciones: una en el año 2008, otra en el año 2009 y otra en el año 2010. Todas desarrolladas por la Ingeniera Margarita Gómez de Illera. La versión del contenido didáctico que actualmente se presenta tiene como características: 1) Reestructuración y actualización dde contenidos de las diferentes unidades. La Ingeniera Clemencia Alava Viteri del Cead de Pasto, Ingeniera de Alimentos, tutora de la UNAD y experta en la industria de productos lácteos ha colaborado en el proceso de revisión de contenidos y ha hecho aportes disciplinares, didácticos y pedagógicos en el proceso de acreditación del material didáctico desarrollado en el mes de Julio de 2009.

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INTRODUCCIÓN La industria lechera en Colombia, ha tenido un gran auge en el país debido a la implantación de tecnología en la producción de leche desde el manejo del ganado lechero, el ordeño y su elaboración de leche para el consumo directo, apareciendo varios tipos de leche como la pasterizada, la ultra pasterizada, leche larga vida y últimamente la leche deslactosada, cada uno de estos tipos de leche presentan sus ventajas con respecto a su tecnología, sus características físicas y químicas pero igualmente conservan su valor nutritivo y sus características organolépticas. Sin embargo en algunas regiones del país todavía se comercializa la leche sin pasterizar, convirtiéndose en un gran riesgo para la población que la consume. La leche es uno de los productos de gran valor proteico pero también bastante perecedero por lo que la mayoría de las fábricas que producían leche para el consumo directo, hoy en día transforman la leche en una gran variedad de productos como, las leches concentradas (evaporadas y condensadas), la leche en polvo, las leches fermentadas ( yogurt, Kumis, Kéfir, entre otras), una gran variedad de quesos, y otros productos como el helado, el arequipe, el manjarblanco, y demás postres cuya materia prima principal es la leche. Con la obtención de dichos productos se puede lograr una conservación por períodos más prolongados de la leche y contribuir a la nutrición del hombre en la medida que aportan los mismos nutrientes de la leche y mejor aún se logra una mejor digestibilidad de esos nutrientes. El enfoque del presente material, es el de dar a conocer de una forma sencilla y comprensible los principios científicos y técnicos que se involucran en los procesos de elaboración de la leche para consumo directo como tal y de los productos obtenidos de su transformación industrial. Para lo cual se inicia con un capítulo dedicado a describir los diferentes aspectos de la ciencia de la leche, que comprende desde sus características físicas, químicas, y bioquímicas. Se describen las características de sus componentes mayores, para que el estudiante pueda comprender más adelante los efectos que los tratamientos térmicos ocasionan en los diferentes componentes de la leche y las diferentes cambios que sufre la leche en las etapas de la elaboración de los productos que se obtienen a partir de la misma. Se sabe que actualmente existen en el país grandes industrias que se dedican a producir y comercializar la leche pasterizada, con sus diferentes variedades (baja

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en grasa, de larga duración, deslactosada, entre otras) y los productos derivados de su transformación industrial, pero dichas fábricas se encuentran concentradas principalmente en las siguientes ciudades del país como: Bogotá (Algarra, Alpina, Colanta, Nestlé, Alquería, Parmalat, Colácteos, Proleche entre otras); Palmira ( productos lácteos andina Ltda.) Medellín ( Prolácteos y Colanta), de las cuales se mencionan las marcas de mayor consumo, pudiéndose asegurar, que dichas empresas cuentan con gran tecnología en su producción y por ende ofrecen productos de buena calidad, que le permite competir en el mercado nacional e internacional. Como se puede observar la producción tecnológica de la leche y sus productos derivados, está bastante centralizada, pero existe una gran mayoría de pequeños productores, que requieren de profesionales que los asesoren para darle a su producto la calidad óptima que se requiere, aún si contar con un buen desarrollo tecnológico y es el Ingeniero de alimentos, quien debe ser el profesional preparado para asesorar a los pequeños empresarios, por los conocimientos obtenidos sobre los fundamentos tecnológicos de la industria láctea, será quien podrá adoptar, adaptar tecnología que apunten a desarrollar nuevos productos o mejorar los que actualmente se ofrecen en el mercado. Además de poder trabajar en cualquier industria láctea. Por lo anterior el propósito de este material no es que los estudiantes, aprendan recetas ni procedimientos técnicos para obtener un producto, sino que a través del conocimiento y comprensión de los principios de transferencia de masa y calor que ocurren en los diferentes procesos tecnológicos que abarca la industria de la leche, de los cambios físicos y químicos que ocurren en las diferentes etapas del proceso para obtener un determinado producto, de los defectos que pueden ocurrir en los productos en proceso y terminado, cuando no se cumplen con los parámetros adecuados; al terminar su estudio, sean capaces de producir cualquier tipo de producto derivado de la leche, de desarrollar nuevos productos o productos mejorados, con la calidad exigida tanto desde el punto de vista técnico como nutricional y microbiológico. Este material abarca el estudio de los siguientes aspectos: En su primera unidad se dedica al estudio de la ciencia de la leche, desde el estudio de sus componentes químicos, sus propiedades físicas y químicas y la microbiología y calidad de la leche. La segunda Unidad trata sobre los principios tecnológicos de en la elaboración y estandarización de los productos lácteos como: leche cruda – leche concentrada y evaporada y leche fermentada. La tercera unidad trata los principios tecnológicos en la producción quesera y especialmente en la

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producción de los quesos colombianos y finalmente se dedica otro capítulo específicamente a la tecnología de otros derivados de la leche.

Este material cuenta además con una guía didáctica, con la cual se apoyará al estudiante durante el estudio de los diferentes capítulos a través de la propuesta de diferentes actividades de aprendizaje y de evaluación, que le permitirán obtener una mejor comprensión de las diferentes temáticas y el desarrollo de competencias como las cognitivas, comunicativas, valorativas y contextuales para lograr finalmente, una formación integral a través del estudio del curso. También se cuenta con la Guía para el desarrollo del componente práctico, en donde se darán instrucciones precisas sobre las prácticas mínimas a desarrollar, asimismo los análisis mínimos de control de calidad que se le deben hacer a la materia prima, productos en proceso y producto terminado, que se pueden desarrollar en las Plantas piloto y laboratorios de la UNAD.

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OBJETIVOS DEL CURSO

General: Lograr que los estudiantes sean capaces de aplicar los principios científicos y tecnológicos relacionados con la leche y los productos derivados de la misma para que propongan y desarrollen proyectos que implique el aprovechamiento de la leche como materia prima y den soluciones a problemas específicos que se detecten en su entorno relacionados con el la producción lechera. Objetivos específicos: •

• • • •

•

• • •

•

Comprender lo relacionado con la ciencia de la leche, teniendo en cuenta Definición, estructura, características físicas químicas bioquímicas y microbiológicas. Conocer los diferentes efectos de los tratamientos térmicos en la leche Reconocer la importancia de la leche y sus productos en la alimentación humana Conocer los diferentes etapas que se realizan sobre la leche para su industrialización Conocer los procesos tecnológicos para la obtención de: leches concentradas, leche en polvo, mantequilla, leches fermentadas, quesos, y helados. Conocer los diferentes defectos que se presentan en cada uno de los productos obtenidos a partir de la leche, identificar sus causas y la forma de corregirlos o evitarlos Aprender los cálculos matemáticos que se requieren en cada uno de los procesos para la estandarización de los diferentes productos Reconocer los principios de transferencia de calor y masa que ocurren en los procesos para obtener los productos Reconocer los principios sobre el balance de materia y energía como herramienta importante para la determinación del rendimiento del proceso y del cálculo del costo de energía respectivamente Conocer los aspectos generales de la calidad en la industria

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UNIDAD I. CIENCIA DE LA LECHE Y CALIDAD DE LA LECHE

En esta primera unidad se tratará todo lo relacionado con la ciencia de la leche desde sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas con el propósito de que los estudiantes comprendan los cambios físicos, químicos y organolépticos que sufre la leche ante los diferentes tratamientos a que es sometida para su industrialización como leche para el consumo directo y como los productos que se derivan a partir de diferentes procesos de transformación. Se trata los aspectos relacionados con la calidad de la leche cruda, enfocado en el sistema de aseguramiento de calidad, desde las medidas higiénicas, estudio de la microbiología de la leche, estudiando las bacterias que pueden estar presentes en la leche cruda, o que pueden contaminar la leche por un mal manejo. Asimismo se trata el sistema de control de los puntos críticos o análisis de los riesgos que pueden presentarse en las diferentes etapas del proceso de producción de la leche para consumo directo, tomando como referente el sistema HACCP. Justificación Para poder entender los principios tecnológicos en todos los tratamientos de la leche desde la leche cruda para obtenerla como producto de consumo directo hasta todos los tratamientos a que es sometida la leche para obtener todos los productos derivados es necesario conocer la ciencia de la leche enfocado al estudio de sus propiedades físicas y químicas de los diferentes componentes de la leche y los efectos que sobre sus propiedades causan todos los tratamientos térmicos para conservarla. Por otra parte la calidad de la leche fresca y de todos sus productos es fundamental para que los productos que se obtiene de la leche sean aptos para el consumo humano. Objetivo general Conocer y comprender todos los aspectos relacionados con la ciencia de la leche desde sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas, las características de sus componentes y los diferentes cambios físicos, químicos, bioquímicos, microbiológicos que sufre la leche desde su obtención como materia prima (en el ordeño), su almacenamiento y en los procesos de industrialización. Objetivos específicos 1. Conocer y comprender las diferentes definiciones de la leche desde su calidad nutricional, sus propiedades físicas y químicas.

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2. Conocer y comprender otras características de la leche como: variabilidad, complejidad y alterabilidad. 3. Conocer y comprender algunas modificaciones que sufre la leche desde el ordeño, almacenamiento y transformación, hasta el consumo final. 4. Conocer y comprender las diferentes fases de la leche 5. Conocer y comprender las propiedades físicas y químicas de los diferentes componentes de la leche. 6. Conocer y comprender los efectos en los tratamientos térmicos de la leche 7. Entender todo lo relacionado con la microbiología de la leche: bacterias, mohos y levaduras. 8. Conocer y comprender las diferentes medidas que se deben tomar para evitar el crecimiento de microorganismos causantes de alteraciones de la leche. CONTENIDO Capítulo 1. Definición, composición, estructura de la leche Lección 1. Definición legal y dietética Lección 2. Definición física y propiedades Lección 3. Definición química y propiedades Lección 4. Otras propiedades importantes en la leche Lección 5. Fases de la leche Capítulo 2. Propiedades físicas y químicas de los componentes de la leche

12 12 13 16 18 23 27

Lección 1. Lípidos Lección 2. Proteínas

27 30

Lección 3: Carbohidratos Lección 4. Sales y minerales y Vitaminas y Enzimas Lección 5: Efectos en los tratamientos térmicos de la leche

35 37 40

Capítulo 3: Microbiología y Calidad de la leche

43

Lección 1. Principales grupos de bacterias en la leche Lección 2. Levaduras y mohos Lección 3. Aseguramiento de la calidad lechera: Medidas higiénicas ARYCPC (HACCP) Lección 4. Calidad de la leche cruda Lección 5. Estandarización de la leche

43 46

LECTURA COMPLEMENTARIA “Algunas reflexiones sobre la calidad de la leche en Colombia”

58

46 51 56

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AUTOEVALUACIÓN INICIAL Estimado estudiante antes de iniciar el estudio de esta unidad, primero que todo debe consultar la guía didáctica y desarrollar las actividades de reconocimiento planteadas. También es importante que usted trate de contestar las siguientes preguntas, para que analice que tanto sabe del tema y que tanto necesita y debe saber.

1. Defina con sus propias palabras ¿Qué es la leche? 2. ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la leche? 3. ¿Considera usted que la composición de la leche depende de la especie de donde provenga? ¿En qué componentes serían esas diferencias? 4. ¿Cuáles son los factores que causan la variabilidad de la leche en su composición y propiedades? 5. ¿En qué consiste la complejidad de la leche? 6. ¿cuáles son las modificaciones que sufre la leche desde su ordeño, cambios de temperatura y durante su proceso tecnológico? 7. ¿Describa brevemente las diferentes fases de la leche? 8. ¿Cuáles son los componentes principales de la leche? Descríbalos brevemente. 9. Describa brevemente cuáles son los efectos que causan los tratamientos térmicos sobre la leche. 10. ¿Cuáles son las principales bacterias que se pueden encontrar en la leche ¿ 11. ¿Cuáles son las levaduras y los mohos que se pueden encontrar en la leche o en los productos obtenidos de los procesos de industrialización? 12. ¿Qué medidas se deben tener en cuenta para evitar la contaminación de microorganismos en la leche?

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CAPITULO 1. DEFINICIÓN, COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LA LECHE

Este capítulo abarcará el estudio de las siguientes temáticas: Lección 1. Definición legal y dietética Lección 2. Definición física y propiedades Lección 3. Definición química y propiedades Lección 4. Otras propiedades importantes en la leche Lección 5. Fases de la leche LECCIÓN 1. Definición Legal y Dietética de la leche 1.1 Definición legal “Leche es el producto íntegro y fresco de la ordeña de una o varias vacas, sanas, bien alimentadas y en reposo, exenta de calostro y que cumpla con las características físicas y microbiológicas establecidas”1 La características principales que se tienen en cuenta para medir la calidad de la leche son.: densidad, índices crioscópicos y de refracción, acidez, grasa y sólidos no grasos, cantidad de leucocitos, gérmenes patógenos y presencia de antisépticos, antibióticos y sustancias alcalinas. El calostro, es el producto segregado por la glándula mamaria inmediatamente después del parto de la vaca, es una sustancia que presenta una composición muy diferente a la leche y contiene una cantidad de proteínas en el suero, especialmente inmunoglobulinas que son necesarias para la nutrición del ternero, pero que su presencia daña la calidad de la leche en la medida que se gelifica con el calentamiento de la leche por ejemplo a uno 80 0C, produciendo la coagulación de la leche. 1.2 Definición dietética La leche es uno de los alimentos más completo que se encuentra en la naturaleza, por ser rica en proteínas, grasas, vitaminas y minerales, necesarias para la nutrición humana. La proteína de la leche, contiene una gran cantidad de aminoácidos esenciales necesarios para el organismo humano y que no puede 1

Manual de composición y propiedades de la leche. FAO,

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sintetizar, la proteína que se encuentra en mayor proporción en la leche es la caseína. Entre la vitaminas que contiene están: la Vitamina B12 (riboflavina) la B1 (tiamina), y las vitamina A, D, E y K liposolubles. Entre los minerales de mayor cantidad están el calcio y el fósforo. Su contenido de grasa se debe principalmente a los triglicéridos. La grasa de la leche está conformada principalmente por la combinación física de triglicéridos y éstos a su vez están formados por un alcohol (glicerol) y 14 o más ácidos grasos que en su mayoría son saturados excepto el ácido oleico que es insaturado y se encuentra en mayor cantidad. La combinación de éste ácido con el linoléico, el butírico y caproico es lo que hace que la grasa de la leche tenga un bajo punto de fusión. LECCION 2. Definición Física y sus propiedades La leche es un líquido de color blanco opalescente característico debido a la refracción de la luz cuando los rayos de luz inciden sobre las partículas coloidales de la leche en suspensión. Cuando es muy rica en grasa, presenta una coloración cremosa, debido al caroteno que contiene la grasa, la leche baja en grasa toma un color ligeramente azulado. 2.1 Características organolépticas •

El olor o aroma, de la leche fresca es ligeramente perceptible, sin embargo la leche está ácida o contienen bacterias coniformes, adquiere el olor característico de un establo o a estiércol de las vacas, por lo cual se le da el nombre de “olor a vaca”

•

Sabor: la leche fresca tiene un sabor medio dulce, neutro debido a la lactosa que contiene.

2.2 Otras propiedades físicas son: •

Gravedad específica: oscila entre 1.028 – 1.034 expresada en grados de densidad. Al determinar la densidad de la leche con el lactodensímetro, ese valor debe ajustarse para una temperatura de 150C, adicionando o restando el factor de corrección de 0.0002 por cada grado centígrado leído por encima o por debajo de los 150C.

•

Densidad de la leche: esta relacionada con la combinación de sus diferentes componentes: el agua (1.000 g/ml); la grasa (0.931g/ml); proteína (1.346g/ml); lactosa (1.666 g/ml) minerales (5.500 g/ml) y Sólidos no grasos (S.N.G. =1.616 g/ml).

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Por lo anterior la densidad de una leche entera sería aproximadamente de 1.032 g/ml, una leche descremada de 1.036 g/ml y una leche aguada tendría una densidad aproximada de 1.029 g/ml. •

PH (concentración de hidrogeniones). El pH es el logaritmo del inverso de la concentración de iones de hidrógeno. Cuando la concentración de iones de hidrógeno es de 10-1 a 10-7, corresponde a un pH de 1 a 7 es decir, medio ácido. Si la concentración de iones de hidrógeno es de 10-7 a 10-14 (pH 7 a 14) el medio será alcalino (el pH =7 es neutro). Dichas variaciones depende del estado de sanidad de la leche y de los microorganismos responsables de convertir la lactosa en ácido láctico.

•

Acidez: la leche cruda presenta una acidez titulable resultante de cuatro reacciones, de las cuales las tres primeras corresponden a la acidez natural de la leche cruda y la cuarta reacción corresponde a la acidez que se va formando en la leche por acción de las bacterias contaminantes.

Acidez natural se debe a: 1. Acidez de la caseína anfótera, constituye cerca de 2/5 partes de la acidez natural 2. Acidez de las sustancias minerales, del CO2 y de ácidos orgánicos naturales, aproximadamente las 2/5 partes de la acidez natural. 3. Reacciones de los fosfatos, cerca de 1/5 parte de la acidez natural. La determinación de la acidez de la leche es muy importante porque puede dar lugar a determinar el grado de alteración de la leche. Regularmente una leche fresca debe tener una acidez de 0.15 a 0.16%, valores menores pueden indicar que es una leche proveniente de vacas con mastitis, aguada o que contiene alguna sustancia química alcalina. Porcentajes mayores del 0.16%, indican que la leche contiene bacterias contaminantes. •

Potencial de oxidorreducción: El potencial de oxidorreducción (Eh), mide las propiedades oxidantes (+) o reductoras (-) de una solución, el cual se visualiza en la corriente eléctrica entre dos electrodos sumergidos en la solución. La leche tiene un Eh (+) entre los valores de 0.20 a 0.30 voltios. El Eh de la leche se debe al contenido de: oxígeno, sustancias reductoras naturales (reductasa aldehídica, ácido ascórbico y tratamientos tecnológicos).

La contaminación por bacterias incrementa el poder reductor de leche, ya que cuando las bacterias se multiplican hay un mayor consumo de oxígeno y producción de sustancias reductoras, reduciéndose el Eh, hasta valores negativos. Este fenómeno se utiliza para el análisis que se le hace a la leche

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con azul de metileno y la resarzurina. La reducción del azul de metileno produce el leuco azul de metileno ( incoloro) a un Eh de +0.054V y con la reducción de la resarzurina (azul pizarra) se produce la resofurina (rosada) y la dihidrorresofurina (incolora), a un Eh de +018 y +0.19 V, la resarzurina, reacciona antes que el azul de metileno y detecta la presencia de leucocitos. Mediante este método se podrá evaluar los cambios en la calidad de la leche. •

Viscosidad. La viscosidad de la leche indica la resistencia que se opone al fluído. La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura y depende de la composición del líquido, del estado físico de las sustancias coloidales dispersas, y del contenido de materia grasa. la leche es más viscosa que el agua y ello se debe al contenido de grasa en emulsión y a las proteínas que contiene en su fase coloidal. La viscosidad de la leche oscila entre 1.7 a 2.2 centipoises, siendo la de la leche completa de 2.2 y la de la leche descremada de 1.2. La leche homogenizada presenta un aumento en la viscosidad, entre 1.2 a 1.4 centipoises. La viscosidad de la leche y sus productos es un dato importante en ingeniería para el cálculo de bombas que se requieren en el proceso, pero también es importante en la comercialización dado que el consumidor relaciona la viscosidad con el contenido graso de la leche.

•

Punto de congelación: Es una característica importante porque permite detectar la adición de agua en la leche. El punto de congelación de la leche debe oscilar entre un rango de –0.5130C a –0.565 0C. Los componentes que influyen en el punto de congelación de la leche son la lactosa y las sales coloidales. El aumento de la acidez de la leche reduce la viscosidad de la leche.

•

Calor específico: Es el número de calorías necesarias para elevar en un grado centígrado la temperatura de una unidad de peso de la leche. Dicho valor es más alto que el del agua.

•

Calor específico ( en cal / g. 0C) de: Leche completa....................................................... 0.93 – 094 Leche descremada.................................................. 0.94 –0.96 Suero de queso........................................................0.97 Grasa........................................................................ 0.40 –0.60

•

Punto de ebullición. La ebullición de la leche se inicia a partir de los 100.170C, pero cuando se reduce la presión del líquido, la ebullición ocurre a una temperatura menor. Este efecto es aplicado en la producción de leches concentradas al evaporar la leche mediante la reducción de la presión utilizando el vacío, lográndose evaporar parcialmente la leche a temperaturas entre los 50 a 700C, sin causar ningún deterioro a los componentes de la leche.

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•

Índice de refracción. Este valor expresa el fenómeno de desviación de la luz cuando atraviesa el aire e incide sobre la leche. Su valor oscila entre 1.3440 y 1.3485, siendo el resultado de la suma de los índices de refracción individual de los solutos o fase discontinua y del agua o fase continua de la leche. Cuando el valor de algunos de estos componentes se altera, cambia el valor del índice de refracción. Por ejemplo si se cambia la concentración de los solutos debido al aguado, el valor del índice de refracción se acercará al del agua, detectándose de esta manera el fraude.

Para la determinación del índice de refracción se utilizan instrumentos como el refractómetro de Abbé que se utiliza para productos descremados y leches concentradas azucaradas o refractómetros de inmersión como el lactómetro “Bertuzzi” para medir el índice de refracción del suero obtenido de la coagulación de la caseína. •

Propiedades ópticas: El color de la leche se debe a los efectos combinados de la caseína, sales coloidales, pigmentes y otros componentes. La caseína y las sales coloidales le imparten el color blanco y opaco de la leche, en la medida que refleja totalmente la luz. Los pigmentos debido a los carotenos le imparte a la leche un color ligeramente amarillento y los pigmentos de la riboflavina son los que le dan un color amarillo – verdoso al suero producido en la elaboración del queso.

Resumen de las propiedades físicas de la leche Densidad de la leche completa........................... Densidad de la leche descremada........................ Densidad de la materia grasa.............................. Calorías por litro................................................. PH....................................................................... Viscosidad absoluta............................................. Índice de refracción Punto de congelación......................................... Calor específico..................................................

1.032 g/ml 1.036 g/ml 0.940 g/ml 700 calorias 6.6 – 6.8 1.6 –2.15 1.35 -0.550C 0.93 cal /g 0C

LECCION 3. Definición química y propiedades Es un fluido bastante complejo, formado por aproximadamente el 80 a 87.5% de agua y el 12 a 12.5% de sólidos o materia seca total. 3.1 Agua. Es la fase continua de la leche y es el medio de transporte para sus componentes sólidos y gaseosos. Se encuentra en dos formas, el agua libre y el agua de enlace. El agua libre es la de mayor cantidad y en ella se mantiene en solución la lactosa y las sales. El agua libre es la que sale en el suero de la

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cuajada. El agua de enlace, es la formada por la cohesión de los diferentes componentes no solubles, se encuentra en la superficie de estos compuestos y no forma parte de la fase hídrica de la leche por lo cual su eliminación es bastante difícil. 3.2 Materia seca de la leche. Está formada por los compuestos sólidos de la leche pueden determinarse por el método directo mediante la evaporación de la fase acuosa de la leche, o por el método indirecto, mediante la relación de la densidad y su contenido de grasa y a partir de estos datos la cantidad de materia seca se puede calcular mediante las siguientes fórmulas:


Richmond:

%S.T. = (0.25 x D) + (1.21 x % G) + 0.66 De donde D es la densidad de la leche y para la cual se utilizan solo los valores decimales como enteros. Ejemplo si la densidad es de 1.033 entonces se debe usar como D el 33.


Queensville:

Gramos/lt S.T. = (10.6 x %G) +2.75 (D – 1000) En este caso se utiliza el dato de la densidad D como una cifra entera o sea 1033.


Fleischmann:

%S.T. = (1.2 x%G) + 2.665 x (D – 1000) x 100 D En este caso también la densidad D se usa como número entero, o se igual a 1033. •

Gilibaldo y Pelufo:

%S.T.= 282 (D – 1) + (%G x 1.19) de donde la densidad D es exactamente el valor leído, para el ejemplo será 1.033. 3.3 Composición de la leche de diferentes especies La composición de la leche varía según la especie, tanto en la proporción en que se encuentra sus componentes como también en su estructura en algunos casos.

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Se puede decir que existen: -

Leches caseinosas. Son las que contienen un contenido mayor de caseína que de albúmina y globulina, como la leche de vaca, oveja y cabra. Leches albuninosas, que tienen un contenido de albúmina y globulina proporcional al de la caseína, como la leche de la mujer, yegua y burra.

Esta calificación tiene importancia en el sentido que las leches albuminosas proporcionan una mayor digestibilidad para los lactantes que la leche caseinosa como la de la vaca, por ello la necesidad de que el niño se alimente en los primeros meses de vida con leche materna. LECCION 4. Otras características importantes de la leche Existen diferentes factores que influyen notablemente en las características físicas, químicas y de estructura de la leche y que determinan su variabilidad, su complejidad y alterabilidad. 4.1 Variabilidad Como la leche es un producto netamente biológico es susceptible de variación en su composición y propiedades por diferentes factores como son. -

Factores genéticos. La leche tiene diferente composición de acuerdo a la especie o raza del mamífero que provenga, se sabe que existe cerca de 150 especies y se observa que el contenido de extracto seco varía entre el 8 y el 65%, la materia grasa entre el 1 y 19%, los carbohidratos entre el 0,1 y el 10% y las cenizas entre el 0.1 y 2.0%. Las únicas especies que se crían especialmente para la producción de leche son los las especies de los rumiantes (vaca, cebú, búfalo, cabra y oveja).en el cuadro 1 se presenta el cuadro comparativo de composición de la leche según las especie. De acuerdo a los datos que se presenta en el cuadro, se observa que la leche de búfala y cabra, son las de mayor contenido de grasa y las de mayor contenido de caseína son las de oveja y búfala; las de mayor contenido de carbohidratos son las de asna y de yegua. Con respecto a la raza se sabe que existen razas para producción de leche y de carne, muy resistentes a condiciones climatológicas y de acuerdo a estas diferencias de raza, se tienen diferente rendimiento de leche y de su composición. Por ejemplo entre la Frisona (de Holanda), la Frisona en otras zonas, la Pardo Suiza y la Jersey, esta última es la que presenta un mayor porcentaje en extracto seco, grasa, proteína total y en lactosa.

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Tabla 1: Composición media aproximada de la leche procedente de diferentes especies (%p/p) Origen

Estracto seco

Materia grasa

Caseína

Proteínas del suero

Carbohidratos

Cenizas

Vaca Yegua Asna Cabra Oveja Cebú Búfala

12.7

3.9 1.7 1.5 4.5 7.5 4.7 7.5

2.6 1.3 1.0 3.0 4.6 2.6 3.6

0.6 1.2 1.0 0.6 1.0 0.6 0.7

4.6 6.0 6.7 4.3 4.6 4.9 4.8

0.7 0.5 0.5 0.8 1.0 0.7 0.8

10.8 10.8 13.3 18.8 13.5 17.5

Fuente. Alais Charles Alais. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos. 2000 -

Factores fisiológicos. Como la etapa y el número de lactaciones, por ejemplo al inicio se presenta el calostro que tiene propiedades diferentes a la de la leche normal; Las etapas de lactación es un factor relevante, teniendo en cuenta que el número de lactaciones influye en la composición de la leche, especialmente en la grasa, proteína, lactosa, calcio, sodio y potasio.

-

Efectos patológicos de la vaca, en especial la mastitis, que como consecuencia de las bacterias patógenas disminuye considerablemente el rendimiento lechero, ocasionando un aumento en las células somáticas especialmente leucocitos, además se aumenta la actividad enzimática. La mastitis aunque no causa mucho problema en la producción lechera sí es causante de grandes pérdidas en el hato ganadero. Factores ambientales y de manejo, como la alimentación, el clima y el sistema de ordeño. Estos factores influye principalmente en el rendimiento lechero pero es poco perceptible en la composición de la leches. Sin embargo la ración alimenticia puede modificar el contenido y la composición de grasa. Una dieta pobre en proteínas ocasiona una disminución en el contenido proteico, pero una dieta rica en proteínas aumenta el porcentaje de nitrógeno no proteico.

-

También es posible que la leche sea contaminada por sustancias extrañas como los antibióticos, pesticidas y otras sustancias contaminantes, ocasionando problemas en el proceso de la leche y también en la salud a los consumidores. Algunas variaciones importantes

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Las variaciones en la composición de la leche, son importantes en la medida que puede ocasionar problemas de índole tecnológica, entre los cuales los más importantes se mencionan a continuación: Variaciones en el rendimiento de los procesos de elaboración, por ejemplo el rendimiento de la mantequilla depende del contenido graso de la leche, el del queso del contenido de caseína y el de la leche en polvo del extracto seco sin grasa. La composición de los productos está relacionada directamente con la composición de la leche, es así como en la estandarización del queso es importante la relación entre la proteína y la grasa y en la producción de leche en polvo se debe manejar la relación entre la proteína y la lactosa. La cristalización de la grasa de la leche por acción del frío, depende del contenido de grasa y afecta la dureza de la mantequilla. La estabilidad del calor es una variable importante en la fabricación de la leche evaporada. Se presume que la precipitación de proteínas, la composición de sales, el contenido de inmunoglobulinas como el calostro son los causantes de formación de depósitos en los intercambiadores de calor que ocasionan problemas en la calidad microbiológica de la leche y en el adecuado funcionamiento del equipo. . La capacidad de coagulación depende de la actividad del calcio. El contenido de aglutininas de la leche, decrece en la lactación, ocasionando variaciones en el desarrollo de los microorganismos presentes; el contenido de manganeso (Mn), afecta la fermentación del ácido cítrico por causa de algunos cultivos iniciadores. El flavor de la leche depende de las cantidades de sales disueltas en la lactosa que tiene que ver con el sabor salado de la leche. La actividad de la lipasa y la auto-oxidación aumenta al avanzar la etapa de la lactación. El color de la leche y en especial del de la mantequilla y del queso se debe a diferentes cantidades de B-caroteno en la grasa cuya cantidad depende de los pastos con los que se alimentan las vacas, pero también de la aptitud de la vaca de transformar el B-Caroteno en Vitamina A. Se sabe que la leche de la raza Jersey de las vacas contiene una grasa de pigmentación muy amarilla en comparación con la de la leche de búfala, oveja y cabra que es casi blanca. 4.2 Complejidad La leche es una sustancia bastante compleja debido a su composición química en compuestos como la lactosa, glicéridos de ácidos grasos, caseínas, albúminas entre otras y su equilibrio físico entre sus componentes. Desde el punto de vista

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físico coexisten varios estados, la emulsión, suspensión y solución. Se considera que la leche es una emulsión formada con la materia grasa globular disuelta en una solución acuosa y cuyo especto es muy parecido al plasma sanguíneo. La solución acuosa contiene también material proteico en suspensión en un suero cuyo contenido principal es la lactosa y sales minerales. Su Heterogeneidad se debe a que cuando la leche es expuesta a temperatura ambiente se separa progresivamente en tres partes (fig 1)
La crema que es una capa de glóbulos grasos integrados por efecto de la gravedad
La cuajada, caseína coagulada por la acción microbiana
El suero, que contiene los productos solubles y que se separa de la cuajada, la cual se contrae a una velocidad que depende de la microflora presente. Fig. 1. Representación esquemática de las modificaciones de la leche a temperatura ambiente Leche fresca (Blanco mate)

Leche descremada

Cuajada

Lacto- suero Crema

Crema Crema Leche (blanco azulado)

Coágulo

Lacto

(ho-

suero

mogé-neo)

amarilloCuajada

Fuente. Charles Alais. Ciencia de la leche. 2000 4.3 Alterabilidad Debido a las características nutricionales de la leche, se pueden desarrollar una gran cantidad de microorganismos entre los cuales están los que producen la fermentación de la lactosa obteniéndose el ácido láctico que conduce a la floculación debido al componente proteico, que en términos caseros se le denomina “leche cortada” La leche fresca tiene un período de duración muy corto por lo que se considera un alimento de alta perecibilidad, ello obliga a tener especiales medidas sanitarias y de Buenas prácticas de manufactura (B.P.M.) para evitar la proliferación de microorganismos patógenos que afecten su calidad así mismo permitir la inactivación de enzimas, durante su procesamiento.

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4.4 Modificaciones importantes de la leche. Por ser la leche un sistema inestable, está sujeta a sufrir cambios desde que se encuentra en la ubre, durante el ordeño, con los cambios de temperatura y durante el proceso tecnológico. Los principales cambios que tienen lugar en la leche son:


Cambios físicos. Por la incorporación del aire durante el ordeño, lo cual ocasiona la incorporación de oxígeno y nitrógeno. También se pueden deteriorar los glóbulos grasos, al dañarse su membrana, paro también por la acción del frío los glóbulos grasos se aglutinan. Al enfriarse la leche se produce la cristalización de la materia grasa y se puede llegar a desestabilizar la emulsión.




Cambios químicos. Por acción del oxígeno muchos de los componentes de la leche se oxidan actuando la luz como catalizador de muchas reacciones que producen aromas indeseables en la leche.




Cambios bioquímicos. Debido a las enzimas que contiene la leche se produce la lipólisis por acción de la lipasa, la proteólisis por acción de la proteasas y la hidrólisis de los ésteres fosfóricos por la acción de las fosfatasas.




Cambios microbiológicos. El más frecuente es la fermentación de la lactosa con la producción de ácido láctico, acompañado de la disminución del pH. Ciertos microorganismos también actúan sobre las proteínas produciendo la proteólisis y sobre las grasas produciendo lipólisis.




Cambios en el proceso. Evidentemente las operaciones tecnológicas a que es sometida la leche producen cambios en la composición y propiedades de la leche, de acuerdo al producto que se quiere obtener, pero algunas veces se producen efectos indeseables tal es el caso de un flavor poco deseable que se produce ante un tratamiento térmico severo, debido a la desnaturalización de las proteínas.


Tratamientos térmicos a los cuales se somete la leche, dependiendo de la temperatura y tiempo utilizado, producen cambios físicos, químicos y microbiológicos. Por ejemplo en el caso de: La pasterización lenta, donde se somete la leche a una temperatura de 72 – 740C durante 15 segundos, se destruye la mayoría de los microorganismos y se inactivan algunas enzimas, sin embargo no se efectúan cambios significativos en las propiedades de la leche. La pasterización alta donde se somete la leche a temperaturas de 900C, durante 15 segundos destruye todas las formas vegetativas de los microorganismos, parte de las proteínas del suero se desnaturalizan quedando sus grupos SH- disociados.

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La esterilización es un tratamiento todavía más severo donde se utiliza la temperatura de 1180C durante 20 minutos lográndose la destrucción de los microorganismos, incluyendo sus esporas, se inactivan las enzimas y se logra cambios químicos como las reacciones de pardeamiento y la producción de ácido fórmico. Para evitar estos efectos y lograr una mejor calidad de la leche tanto de índole microbiológica como de sus características físicas y químicas, se utiliza el tratamiento UHT (Ultra-HighTemperature), donde se somete la leche a una temperatura de 145oC durante uno o dos segundos con el propósito de esterilizar la leche, sin ocasionar mayores modificaciones químicas ni bioquímicas.
La centrifugación es una operación que se utiliza para el desnatado de la leche, que se lleva a cabo en una desnatadora o centrifugadora de operación continua, para producir una leche con poca cantidad de grasa (0.05 –0.08%).
La homogenización, donde se somete la leche a altas presiones en un homogenizador, reduce de tamaño los glóbulos grasos de la leche. En general todos los productos lácteos son sometidos a la homogenización.
La evaporación de la leche se realiza para eliminar parte del agua y obtener una leche más concentrada, con características diferentes a las de la leche fresca, con mayor cantidad de sólidos totales y un pH menor.
La fermentación mediante la cual se cultiva la leche con bacterias lácticas, ocasiona cambios significativos en la leche, debido a que la lactosa se convierte en ácido láctico, disminuyendo su pH y aumentando la viscosidad de la leche. LECCION 5. Las fases de la leche La leche se considera como un medio homogéneo formado básicamente de tres partes o fases:




La emulsión del material graso en forma globular La suspensión de la caseína ligada a sales minerales La fase hídrica o solución como el medio general continuo

5.1 La emulsión de materia grasa Los lípidos de la leche, los fosfolípedos y otras sustancias insaponificables, se encuentran dispersos en forma globular en estado inestable. El grado de dispersión de la materia grasa forma una superficie que representa aproximadamente 80m2 en un litro de leche.

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El tamaño de los glóbulos grasos varías entre 1.5 y 10 µ (1µ = 0.001 mm), esta variación se debe a factores como la raza y la etapa de lactancia. Las leches obtenidas de vacas de raza Jersey y Guernsey contiene los glóbulos de mayor tamaño que las leches de la raza Holstein y Ayshire. Cuando más avanza la época de lactancia el tamaño de los glóbulos grasos disminuyen. Este hecho tiene gran importancia en la elaboración de productos grasos como la mantequilla, puesto que el tiempo de batido es mayor cuando los glóbulos grasos son de menor tamaño. El tamaño de los glóbulos grasos disminuye en la operación de homogenización hasta llegar a un tamaño de 0.002 mm produciéndose una emulsión más estable. La separación de la fase globular se debe a la diferencia de densidad que tienen los glóbulos grasos y la del líquido en que están emulsionados, siendo menor la densidad de los glóbulos grasos. Esta diferencia ocasionada por la fuerza de gravedad, hace que los glóbulos grasos asciendan y ocurra la separación de la crema. Esta fuerza es la que actúa en el descremado por la acción centrífuga. Para calcular la velocidad teórica en que asciende un glóbulo graso se utiliza la fórmula de Stokes: V = 2 r2 (dm – dl) g 9η Donde: v r dm dl g η

= velocidad de ascenso = radio del glóbulo = densidad del medio = densidad de la grasa = aceleración por la fuerza de gravedad = viscosidad

Con esta fórmula se puede calcular que un glóbulo graso de 5 micrones de diámetro ascenderá 2 mm aproximadamente en una hora. La aglutinación de los glóbulos grasos en racimos explica la diferencia entre la velocidad de descremado promedio calculada con la fórmula de Stokes y la velocidad real de separación de la crema. Las temperaturas entre 7 – 8oC ayudan al descremado espontáneo por causa de la aglutinación de los glóbulos grasos y temperaturas mayores de los 60 oC ocasionan problemas en la aglutinación porque modifica la proteína soluble, la aglutinina, que es la que produce la agregación de los glóbulos grasos. La acidez también influye en la aglutinación de los glóbulos grasos acelerándola al reducir

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las cargas eléctricas del glóbulo graso. Por lo anterior en el descremado se prefieren temperaturas entre32 – 35oC por ser la más adecuada para separar la grasa al ser mayor la diferencia entre el dm y dl y menor el coeficiente de viscosidad. La separación de la materia grasa de la crema mediante la operación de batido, en la elaboración de mantequilla, se debe a la incorporación de aire en microburbujas, que ocasionan el agrupamiento de los glóbulos grasos en la superficie de las burbujas, comprimiéndolos a medida que aumenta el batido. Es así como los granos de la mantequilla se separan del plasma o suero de la mantequilla produciéndose una inversión de la emulsión inicial “grasas en agua a “agua en grasa, específica de la mantequilla. Cuando la leche se encuentra sin los glóbulos grasos se forma el plasma lácteo que es un líquido donde se encuentra en emulsión los glóbulos de grasa. 5.2 La suspensión de la caseína Contiene el complejo de fosfocaseinato de calcio como partículas que se denominan “micelas” las cuales tienen un movimiento browniano. La dispersión de las micelas de caseína en la leche es bastante estable y resistente a operaciones de concentración, congelación, secado y reconstitución. Dicha estabilidad es de suma importancia en la industrialización de la leche. El complejo caseinato contiene el 8% de calcio y fósforo inorgánico, aproximadamente, además de otras sales como los citratos. Se cree que existe un equilibrio entre la caseína de la fase dispersa y de la fase hídrica, pero tanto este equilibrio como la estabilidad del complejo depende de las concentraciones de sales de las leches y del pH, observándose que las concentraciones mayores de Ca disminuye la solubilidad del complejo de caseinato y la reducción de Ca++ logra el efecto inverso. También se observa que la estabilidad es máxima a un Ph de 6.6 – 6.7 y mínima a un pH de 6.7 – 6.9- . La leche que está desprovista de glóbulos grasos y de micelas de caseína, se llama lactosuero y es la sustancia donde están dispersas las micelas. La proteína del suero se encuentra en forma molecular y en forma de agregados muy pequeños. Se han encontrado tres clases de Caseína las caseínas Alfa (α)y Beta(β) que son sensibles al calcio y las caseínas Kappa (Κ), insensibles al calcio. Las células que se encuentran en mayor cantidad en la leche son los leucocitos, representando el 0.01% del volumen de la leche procedente de vacas sanas.

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5.2 La fase hídrica El agua de la leche se encuentra en forma libre y en forma ligada, en la primera actúa como disolvente y en la segunda nó, porque está atrapada por sustancias insolubles. El agua ligada por la caseína cambia por efecto de la temperatura, del pH y por la concentración de sales que la reducen considerablemente. El efecto de las caseínas es bastante significativo en las cuajadas descremadas o que provienen de leches pasterizadas, siendo difíciles de desuerar. Las cuajadas grasas retienen del 12 al 15% menos de agua. En el agua libre, la fase hídrica está formada por un grupo de sustancias disueltas en el agua entre las cuales se encuentra aproximadamente un 6% de proteínas, sales (fosfatos), cloruros, sulfatos y bicarbonatos de calcio, magnesio, sodio y potasio y lactosa. En la fase hídrica se presenta en mayor proporción las βlactoglobulinas y las α- lactoalbúminas junto a otras proteínas menores y enzimas. Las sales presentes están en equilibrio entre la fase coloidal y la solución, excepto con los cloruros y sulfatos. El calcio, magnesio, sodio y potasio están combinados con los grupos aniónicos de la caseína. CAPITULO 2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICA DE LOS COMPONENTES DE LA LECHE Este capítulo abarca el estudio de los siguientes temas: Lección 6. Lípidos Lección 7. Proteínas Lección 8. Carbohidratos Lección 9. Sales y minerales, vitaminas y enzimasLección 10. Efectos en los tratamientos térmicos de la leche. LECCIÓN 6. Lípidos Se clasifican en sustancias saponificables y no saponificables. Las sustancias saponificables comprenden principalmente los triglicéridos y los fosfolípedos. Las sustancias insaponificables comprenden las vitaminas y carotenoides. Su proporción en la leche se presenta en la siguiente tabla: Tabla 2.Composición de lípidos saponificables y no saponificables en la leche. Lípidos Saponificables Triglicéridos Diglicéridos Monoglicéridos

Porcentaje del total 97.0 –98.0 0.25-0.48 0.016-0.038

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 301105 – TECNOLOGIA DE LACTEOS Glicéridos de los ácidos cetónicos Acidos grasos libres Esteroles fosfolípedos Insaponificables Vitaminas A – D- E- K Carotenoides

0.85-1.28 0.10-0.44 0.22-041 0.20-1.0 0.0007-0.0009

Fuente. FAO. Manual de composición y propiedades de la leche.2000


Triglicéridos. Los ácidos grasos de la leche al combinarse con un alcohol (glicerol) forman los triglicéridos su mezcla conforman la grasa de la leche. A manera de ejemplo un triglicérido puede estar formado por el glicerol combinado con el ácido butírico – oleico y estéárico (ver figura 2) Los triglicéridos constituyen cerca del 98% del contenido de los lípidos de la leche y por lo tanto son los responsables de las características de la grasa láctea. Estas características varían según la composición de los ácidos grasos. Existen un número grande de triglicéridos en la leche de acuerdo a las diferentes combinaciones de los grasos ácidos grasos que puedan ocurrir.

El ácido graso más abundante es el oleico que al combinarse con el linoléico y los ácidos grasos de cadena más corta como el butírico y el caproico, influyen en el bajo punto de fusión de la leche. Los ácidos grasos responsables de la oxidación de la mantequilla son los saturados debido a su fácil reacción con el oxígeno. Otros factores que activan la oxidación son la radiación ultravioleta, iones de cobre, hierro y la acidez. Esto ocasiona el sabor rancio de la mantequilla.

0 H2 - C – O

C-(CH2)2—CH3

Glicerol

H2 – C - O O H2 – C - O

Butírico

C –(CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 - CH3 3CH O

Esteárico

C – (CH2)16 – CH3

Oleico

Figura 2. Molécula de un triglicérido. Tomada de Charles Alais. 2000

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Los ésteres de los ácidos grasos, pueden descomponerse por hidrólisis, en ácidos grasos y en glicerol, esta hidrólisis puede ser causada por la lipasa produciéndose el enranciamiento de la materia grasa. Esta enzima puede ser inactivada durante la pasterización de la leche, pero cuando la lipasa es originada por bacterias psicotrópicas, puede ocurrir la rancidez en la leche así esté pasterizada, ya que dichas bacterias son resistentes a los tratamientos térmicos. Por otra parte la rancidez de la leche depende de otros factores como la alimentación del animal, ya que una mala dieta alimenticia potencia el deterioro de la leche por rancidez. En el caso de los quesos la lipólisis es un proceso normal debido a las lipasas de microorganismos como las bacterias y hongos que actúan en el proceso, aumentando el contenido de ácidos grasos libres de la leche alrededor de un 0.25 a 6%, tal es el caso de los quesos tipo Camembert y Roquefort. Teniendo en cuenta el porcentaje de los ácidos grasos que se encuentran en la leche se puede determinar a través de un análisis de éstos si el producto ha sido adulterado, para lo cual se tienen como referencia los valores de las siguientes variables: Punto de fusión 29 –32oC Punto de solidificación 19 - 23 oC Indice de refracción 40.5 - 46 (en 40 oC) Índice de yodo 26 – 40. Como ya se mencionó anteriormente la composición de la materia grasa de la leche depende de factores como la alimentación, el estado de lactancia, entre otros y está asociado a la variación en el punto de fusión de la grasa. En la tabla 2 se presentan algunas de las características de la materia grasa de las leches de diferentes especies comparada con la de otras grasa comunes.


Fosfolípedos o fosfátidos.

Los fosfolípedos, son grasas que contienen fósforo y aminas y son los lípidos compuestos más abundantes en la leche. La mayoría presentan dos grupos cargados, uno ácido y otro básico por lo tanto son bastante polares y por ende, hidrófilos, es decir que tienen la capacidad de absorber agua y como consecuencia de ello hincharse, sin embargo no son totalmente solubles. Por ser agentes altamente emulsionantes, influyen en la estabilidad de la materia grasa. Son bastante tensoactivos y se asocian con las proteínas para formar las lipoproteínas, las cuales algunas se encuentran en la membranas de los glóbulos grasos y otras se encuentran en el plasma de la leche formando “los microsomas de la leche”. En el batido de la crema para producir la mantequilla gran parte de los fosfolípedos se quedan en el suero proporcionándole un sabor fuerte característico.

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Los fosfolípedos de la leche están constituidos por: lecitina en un 30%; cefalina en un 45%; y esfingomielina en un 25%. Los ácidos grasos insaturados de la lecitina y la materia grasa al oxidarse forman la trimetilamina N (CH3) que le imparte un aroma a pescado. Este es uno de los defectos que se presentan especialmente en la mantequilla y en la leche en polvo. Membrana del glóbulo graso Como ya se había explicado anteriormente los glóbulos grasos se encuentran envueltos en una capa proteica en donde se encuentran diferentes sustancias entre las cuales están los fosfolípedos y proteínas, dando lugar a diferentes reacciones químicas vivas. (Ver figura 3 membranas del glóbulo graso. Pág.3.3 FAO) Figura.3 Membrana del glóbulo graso. FAO. 2003 Grasa Triglicéridos

Lipoproteína

Seudocreatina Fosfolípidos

Lipoproteínas diferentes Glicoproteínas

La membrana del glóbulo graso se destruye parcialmente por diferentes tratamientos que se realizan en la leche, por ejemplo, en la homogenización, ocurre con mayor frecuencia la oxidación, produciendo un sabor metálico y la hidrólisis, que le imparte un olor a rancio. Así mismo, ciertos tratamientos como la incorporación de aire en el bombeo, la agitación, la formación de espuma y variaciones de temperatura durante el almacenamiento de la leche cruda, pueden producir la rancidez hidrolítica debido a la alteración de la lipasa que se encuentra en la membrana. Mediante la pasterización alta de la crema (82 –92oC) se desnaturaliza parcialmente las proteínas de la membrana, liberando las proteínas que contienen cobre, contribuyendo de esta manera a mejorar las condiciones de almacenamiento de la mantequilla producida.

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LECCION 7. Proteínas Las sustancias nitrogenadas de la leche se pueden clasificar den tres grupos: caseínas o sustancias que forman el queso propiamente, las llamadas proteínas del suero, y las sustancias nitrogenadas no proteicas. El grupo de las caseínas conforman del 78 al 80% de las proteínas de la leche. Las proteínas del suero que contienen fracciones de globulina y albúmina no pueden obtenerse en forma de queso sino como su nombre lo indican se encuentra en el suero y constituyen el otro 20% del contenido de la leche. Las proteínas están constituidos por cadenas de aminoácidos o más concretamente por los ácidos L - α - amino carboxílicos. A partir de un número de aminoácidos se forma una cadena peptídica linear, que si es corta, se llama péptido y si es larga se denomina polipéptido, la unión de los polipéptidos forman las proteínas. La mayoría de la proteína contiene por lo menos 100 radicales de aminoácidos. Existen 20 aminoácidos diferentes y por lo tanto 20 tipos diferentes de cadenas laterales, además los grupos de estas cadenas. Pueden presentar diferentes modificaciones a continuación se presenta la estructura de un aminoácido y la de una cadena peptídica.

Fig.4 Acido L - α - amino Carboxílico NH2 R-----C------CO2H

Fig 5. Cadena peptídica

R1 H Rn NH2 ----C –CO--NH—C—CO……..NH—C--COOH H R2

H Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000.


Estructura de las proteínas

Las proteína de la leche tienen una estructura definida pero cuando la leche es sometida a diferentes tratamientos esta estructura puede cambiar.

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La estructura primaria está conformada por el ordenamiento de la cadena peptídica y su estabilidad se debe al enlace peptídico o de covalencia entre los aminoácidos de la cadena. La estructura secundaria o espacial constituye las cadenas de aminoácidos que se unen formando una especie de hélice, su estabilidad se debe en parte a las uniones con los átomos de hidrógeno. La estructura terciaria está conformada por varias cadenas replegadas sobre sí mismas. Su estabilidad se debe a los puentes de bilsufuro existentes entre los aminoácidos sulfurados como la cistina y las fuerzas hidrofóbicas. La estructura cuaternaria es una unión muy frágil de monómeros o pequeñas unidades moleculares, con enlaces poco energéticos. La desnaturalización de las proteínas se debe a una modificación limitada de la estructura secundaria y terciaria de las proteínas, sin rompimiento de sus enlaces covalentes, ni separación de fragmentos lo que hace que se reagrupen las cadenas dando lugar a una estructuración diferente de la proteína. Un ejemplo de este se puede observar en la desnaturalización o inactivación de las enzimas por efecto del calor y la separación o precipitación de las proteínas del suero. Ver esquema de una proteína nativa y una desnaturalizada. Fig. 6. Proteína nativa Desnaturalizada




Figura 7. Proteína

Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000. . La caseína. Este componente proteico está conformado por diferentes clases o tipos de caseína que se denominan con letras griegas, las más importantes son las caseínas α, β, y γ, así como la caseína Kappa. Las caseínas α, β, y γ, reaccionan con el calcio formando compuestos que precipitan produciéndose la coagulación de la leche, pero como la leche en forma natural contiene calcio, ocurriría en cualquier momento la coagulación, sin embargo para que esta precipitación no suceda la caseína K que es insensible al calcio, forma un especie de revestimiento protector en torno de las caseínas α, β, y γ, e impiden

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que reaccionen con el calcio, manteniendo de esta manera la estabilidad de la proteína de la leche. Estructura de la caseína. Las caseínas α, β , y γ, ocupan el centro de una formación esferoidal, cuyo exterior está formado por la capa protectora de la caseína K, que tiene una parte hidrófila ( que atrae y fija el agua) cargada negativamente llamado “glucomacropéptido”, orientado hacia fuera. Debido a ello las micelas de la caseína están en condiciones normales rodeadas por una capa de agua que se constituye en una capa protectora. Dicha capa de agua y la parte negativa de la caseína K son las responsables de la fina distribución de la caseína en la leche. Por estar todas las micelas de las caseínas rodeadas de cargas negativas y repelerse entre sí, la caseína, es decir la proteína está permanentemente en suspensión. Fig.8. Micela intacta de caseína rodeada de calcio. Ca

Ca α γ β Ca

Ca

Ca

K

FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2003


Estabilidad de las proteínas

El sistema coloidal de las proteínas de la leche se debe a dos grandes fuerzas que son: las cargas eléctricas y el agua de hidratación. La principal fuerza de estabilidad de la caseína se debe a las cargas eléctricas del radical ácido COO- y básico (NH3) de los aminoácidos. Los cuales ayudan a mantener separadas las micelas de la caseína. En el pH normal de la leche las cargas negativas del aminoácido son las que predominan. H CH3 -- C -- (C-- H2) n --- COO+

NH3

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Las propiedades anfóteras de los aminoácidos

R-CH –COOH

H+

R—CH---COO

NH3+

NH3+

pH más ácido que el punto Isoeléctrico

pH 4.6

-

OHR –CH—COO- +H2 O NH2 pH: 6.6 – 6.7

La caseína como sustancia coloidal asociada a un complejo de calcio y fósforo se coagula por acción de los ácidos, el cuajo o el alcohol. Cuando la leche se acidifica ocurre la disminución de las cargas eléctricas y del agua de hidratación, reduciendo así mismo la capacidad de las micelas de caseína para separarse y es cuando la leche se coagula. La caseína puede ser coagulada por acción del ácido cuando se baja a un pH de 4.6 a 4.7. Cuando la leche ha sufrido previamente, alguna acidificación puede ser coagulada por acción del alcohol que en este caso actúa como deshidratante. Es en este fenómeno, que se basa la prueba de estabilidad de la leche. Al precipitar la caseína por acción del ácido se ocasiona su desmineralización y entonces el calcio coloidal migra hacia la solución. Produciéndose las siguientes reacciones: Caseinato de calcio + 2 Ac. Láctico Fosfato tricálcico + 2 Ac. Láctico (Coloidal)

Caseína + lactato de calcio (Insoluble) (Soluble) Lactato de calcio + fosfato monocálcico (Soluble) (Soluble)

La lactoalbúmina y lactoglobulina permanecen en solución frente a la acción del ácido y del cuajo debido a una fuerza estabilizadora que se debe al agua de hidratación, sin embargo, cuando se le agrega alcohol o se somete al calor, estas proteínas coagulan debido a su acción deshidratante. A ello se debe que estas dos proteínas se encuentren en el suero de las leches obtenido después de su coagulación. La caseína coagula por acción del calor a una temperaturas de 130 a 138oC, ligeramente acidificada pero, la lactoglobulina coagula a temperaturas alrededor de 72oC.


Coagulación por cuajo

La coagulación de la caseína por acción del cuajo se debe a una reacción proteolítica parcial donde la caseína actúa como sustrato de la enzima separando la llamada “proteasa de Hammarsten” que constituye cerca del 6% de la caseína. Dicha reacción se puede representar así:

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Fosfocaseinato de Ca +cuajo (soluble)

Fosfoparacaseinato de Ca + Proteasa (Insoluble, cuajada) (soluble)

La coagulación de la leche por el cuajo es una acción bastante compleja donde ocurren los siguientes fenómenos:


Hidrólisis enzimática parcial de la Kappa caseína, esta ocurre entre los aminoácidos fenil alanina y metionina. Esta reacción puede ocurrir también a bajas temperaturas.




Modificación de las micelas y su posible degradación por acción del fosfato de calcio.




Enlace de micelas y formación del coágulo o fase secundaria bajo temperaturas de 20oC o más. La cantidad de calcio iónico que se requiere para la coagulación es inversamente proporcional a la de fosfato cálcico.




Sinéresis del coágulo por retracción del retículo e inicio de la separación del suero.




Proteólisis lenta de los componentes de la caseína o fase terciaria.

La acción del cuajo depende principalmente de la temperatura y del pH. El tiempo de coagulación se prolonga a temperaturas de 20oC y es menor a temperaturas entre 40 - 42 oC. A pH superiores de 7.5 la coagulación no ocurre pero a medida que desciende del pH 6.7 normal el tiempo de coagulación se acorta. El cuajo es un preparado de una enzima que contiene microfactores proteolíticos, que en condiciones adecuadas producen la coagulación de la caseína K (Kappa) de la leche. El cuajo o la enzima más antiguo, es la quimosina que se utiliza en la fabricación del queso y es obtenida de los terneros lactantes por lo que se conoce con el nombre de “cuajo de ternero” en capítulos posteriores, sobre la elaboración del queso, se tratará más ampliamente este tema. LECCION 8. Carbohidratos El carbohidrato principal de la leche es la lactosa, éste es un glúcido neutro, cuya fórmula general es (CH2O)n. También se pueden encontrar además de la lactosa otros glúcidos como los nitrogenados entre los cuales se encuentran la glucosamina N – acetilada, que se encuentra ligada a los glúcidos neutros y los glúcidos ácidos como el ácido siálico, ligado a los glúcidos neutros o nitrogenados.

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La lactosa

Representa el 97.5% de los glúcidos de la leche. Es un disacárido formado por glucosa y galactosa. Se encuentra totalmente en solución en la fase acuosa de la leches. C12 H22 O11 + H2 O Lactosa

C6 H12 O6 + C6 H12 O6 Glucosa Galactosa

El poder reductor de la lactosa se debe a la presencia de un grupo aldehido libre en la mitad de la glucosa. La lactosa reduce el reactivo de Fehling, lo cual es una de las reacciones que permite la identificación de la lactosa. Hidrólisis y fermentación de la lactosa. La lactosa por acción de un enzima, la lactasa, que puede encontrarse en el intestino o producirla una bacteria, actúa sobre la lactosa desdoblándola en galactosa y glucosa, estas por acción de bacterias lácticas (Streptococcus, lactobacillus y leuconostoc) es fermentada produciendo ácido láctico principalmente. C12 H22 O11. H2 O

4CH3

CHOH -COOH

En la fermentación de la lactosa, además del ácido láctico se producen algunos compuestos aromáticos y volátiles como el acetil – metil carbinol y el diacetilo; el ácido láctico a su vez puede ser transformado por algunas bacterias como: el Propiobacterium Shermanii (en queso Gruyere) a ácido propiónico, ácido acético y CO2. 3 C H 3-- CHOH – COOH

2C H3 - CH2 - COOH + CH3 –COOH + H2 O + CO2

Las sustancias volátiles que se producen en la fermentación le imparte el olor agrio a la leche. El ácido láctico puede también transformarse en ácido butírico por acción de las bacterias anaerobias esporuladas (Clostridium butyricum) que causa la hinchazón tardía del queso. 2 CH2 -CHOH –COOH

C H3 - CH2 - CH2 - COOH + 2 CO2 + 2 H2 O.

Solubilidad de la lactosa. Es poco soluble en agua, su máxima solubilidad es de 16.9 gramos en 100 gramos de agua a 15oC. Uno de los defectos de arenosidad

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en las leches azucaradas y en helados se debe a que la cantidad de la lactosa sobrepasa en nivel de saturación, formándose los cristales que se detectan al paladar. En la leche una concentración de volumen mayor de 3:1 producirá la cristalización espontánea de la lactosa. Existen dos formas químicas de la lactosa: la Alfa lactosa (37%) y la Beta lactosa (63%), la cristalización ocurre cuando se sobrepasa en contenido de la Beta lactosa, transformándose la diferencia en alfa lactosa que es la que se cristaliza propiamente. Pardeamiento. El calor afecta a la lactosa a temperatura por encima de 110 oC, Ocurriendo la pérdida de agua de la Alfa lactosa para transformarse en una lactosa anhidra. A temperaturas superiores a los 130 oC se produce la caramelización, al combinarse con los compuestos nitrogenados de la leche, este fenómeno de conoce con el nombre de “Reacción de Maillard” que se produce principalmente en las leches esterilizadas y en los dulces de leche. En esta reacción ocurre la destrucción de aminoácidos como la lisina y la histidina. Dulzor de la lactosa. La lactosa tiene un poder edulcorante menor que la sacarosa, mientras que el de la sacarosa es de 100 el de la lactosa es de 15, siendo una ventaja muy grande para la elaboración de leches concentradas con sabor moderadamente dulce. Refractometría. Una propiedad física de la lactosa es su índice de refracción cuyo valor medido en el suero de la leche varía proporcionalmente a la concentración de la lactosa. Esta propiedad permite determinar el aguado de la leche. De acuerdo a la lectura del refractómetro se puede determinar el porcentaje de lactosa en el suero de la leche y si este porcentaje resulta menor al normal, entonces se puede detectar el fraude por aguado. LECCION 9. Sales, minerales, vitaminas y enzimas Las sales de la leche se encuentran en dispersión iónica en una proporción entre 0.6 - 1.0%... las que se encuentran en mayor cantidad son: Fosfato de potasio, calcio y magnesio................ 0.33% Cloruros de sodio y potasio................................. 0.20% Citrato de sodio, potasio, calcio y magnesio........ 0.32% Sulfato de potasio y sodio..................................... 0.018% Carbonatos de potasio y sodio...............................0.025% Entre lo minerales que contiene la leche unos están en mayor cantidad y representan los constituyentes mayores entre los cuales están: calcio, fósforo, potasio cloro y sodio que tienen una gran importancia nutricional y a nivel industrial. Los minerales que se encuentran en menor cantidad o constituyentes

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menores son: zinc, cobre, hierro, yodo y manganeso, estos aunque están en menor cantidad son también importantes en la dieta alimenticia y algunos como el cobre y el zinc actúan como catalizadores en la reacciones de oxidación de las grasas. Los minerales se encuentran en la leche en una proporción entre 0.6 – 0.8% del peso de la leche. Estos se pueden determinar mediante las cenizas obtenidas de la incineración de la leche a temperaturas muy altas. Sin embargo los compuestos obtenidos después de la incineración sufren una reacción de oxidación que hace que cambien su forma química natural, lo que se demuestra, reacción alcalina de las cenizas y en la reacción ácida de la leche. Otro ejemplo es que el fósforo en la leche se encuentra en formas de fosfatos, o fosfolípedos como el de la lecitina y el de la ceniza está en forma de anhídrido fosfórico (P2O5). Los minerales que se encuentran en mayor cantidad en las cenizas son: K2 O................................... 25.02% P2 O5..................................................... 24.30% CaO......................................20.00% Cl..........................................14.30% Na2O................................... 10.00% El contenido de calcio es necesario para la coagulación de la leche con el cuajo, reacción que ocurre en la elaboración del queso.


Vitaminas.

La leche contiene todas las vitaminas importantes para la vida, cada una en mayor o menor cantidad. Estas vitaminas se clasifican en: Liposolubles como: A............................................. Provitamina D3....................... E.............................................. K..............................................

(100 - 500 mg/lt) (1mg/lt) (500 - 1000 mg/lt) (Trazas)

Hidrosolubles: B1………................................................................... B2……………………………………. B12……… ……………………… C…….. …………………………

(400 - 1000mg/lt) (800 - 300 mg/lt) (Trazas) (10 - 20 mg/lt)

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Las vitaminas de la leche tienen la tendencia a destruirse debido a diferentes factores entre los cuales los más importantes son: los tratamientos térmicos, la acción de la luz, las oxidaciones entre otros. Las vitaminas como la Vitamina C, A, procarotenos, y E o tocoferol tienen un gran poder antioxidante y por lo tanto es utilizado en la industria como agentes antioxidantes de la grasa de la leche.


Las Enzimas.

Las enzimas son sustancias orgánicas, complejas de naturaleza proteica y que actúan como iniciadoras de reacciones químicas permaneciendo intactas después de producir las reacciones. Entre las enzimas existentes en la leche se encuentran:



Las hidrolasas: lipasa, fosfatasa, amilasa y lactasa Las oxidoreductasas: peroxidasa y catalasa.

La acción de cada una de las enzimas es específica y actúan a un pH y una temperatura óptima. Lipasas Esta enzima produce la hidrólisis de la grasa descomponiendo los glicéridos en glicerol y ácidos grasos. La liberación del ácido butírico es una de las causas del sabor rancio en la leche La lipasa nativa de la leche es termosensible y se inactiva con la pasterización lenta a bajas temperaturas, pero la lipasa que producen las bacterias como las Pseudomonas, Alcalígenes y Bacillus, principalmente, son termorresistentes y solo se inactivarán sometiendo la leche a altas temperaturas, tal es el caso de la alta pasterización. Las lipasas están ligadas fuertemente a la caseína de la leche y se puede extraer de la cuajada formada por el cuajo, tratándola con soluciones tampones. Fosfatasas La leche dos enzimas que hidrolizan los ésteres fosfóricos, la fosfatasa alcalina cuyo máxima actividad es a un pH de 8 y las fosfatasa ácida cuya actividad máxima es a un pH de 4. La fosfatasa alcalina es la de mayor importancia por su sensibilidad al calor. Esta es una metaloproteína que contiene en su molécula Zinc (Zn) y esta ligada a la materia grasa. La resistencia al calor de esta enzima es un poco superior a la de las bacterias patógenas que pueden existir en la leche por lo que se usa en la industria para el control de la pasterización de la leche, así sea la pasterización alta o lenta. Cuando la Fosfatasa se destruye lo hacen también las

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bacterias patógenas. La prueba fosfatasa consiste en valorar colorimétricamente el fenol que se libera del fenilfosfato - disódico por la acción de la enzima. C 6H5 –O–PO3Na2 + H2O = C6 H5 OH + PO4 Na2 H Amilasa La acción principal de esta enzima es la sacarificación del almidón cuya reacción se puede identificar con la prueba del yodo. 100 ml de leche normal a 25oC hidrolizan 22.5 g de almidón soluble. Si se calienta a 60 oC por 1 hora o a 65 oC por 30 minutos la enzima se destruye. Lacto – peroxidasa Fue la primera enzima que se descubrió en la leche, su contenido en la leche representa un 0.2% del total de contenido proteico. Es una proteína hémica por contener en su molécula un átomo de hierro. Es bastante resistente al calor pues solo se destruye sometiéndola a 70oC por 30 minutos o a 80 oC por 30 segundos. Es una enzima de oxidación indirecta, porque libera el oxígeno atómico de los peróxidos como el agua oxigenada (H2O2). Catalasa Esta enzima reacciona con el peróxido de hidrógeno liberando agua y oxígeno molecular. Debido a que los leucocitos producen catalasa se utiliza para detectar el origen de leches mastíticas ya que el volumen de oxígeno producido es proporcional a la cantidad de leucocitos en la leche. Se encuentran tablas que relacionan ambos factores. Sin embargo esta prueba no se puede utilizar en leches muy contaminadas porque los resultados podrían confundirse con el efecto producido por la catalasa de las bacterias. Así mismo la cantidad de catalasa varía según la raza, la alimentación y el momento de ordeño de la vaca, por lo que el uso de esta prueba ha disminuido apreciablemente. LECCION 10. Efectos de los tratamientos térmicos en la leche El calentamiento es el tratamiento más importante al que se somete la leche y los productos lácteos, las variables principales son tiempo y temperatura, y se cambian de acuerdo a diferentes propósitos tales como: Mejorar la calidad higiénica de la leche y su conservación debido a la dest5rucción de bacterias y enzimas a partir da la esterilización y pasterización de la leche, de la crema, mezcla de helados, entre otros. Eliminar el agua por concentración o desecación de la leche del lactosuero, entre otros, obteniéndose productos con alta capacidad de conservación.

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En los diferentes procesos tecnológicos, por ejemplo en la obtención de la cuajada a temperaturas moderadas, para la fabricación de quesos de “pasta dura”, fusión del queso con sales, preparación del aceite de mantequilla, modificaciones de las propiedades físicas (viscosidad y color) de las leches concentradas, entre otros. Sin embargo debido a la gran complejidad química y física de la leche los tratamientos térmicos también ocasionará otras modificaciones que producen efectos desfavorables, que se deben conocer previamente antes de iniciar cualquier tratamiento térmico, para tomar las precauciones del caso. Cambios en sus componentes termolábiles: Cuando la leche es sometida a diferentes temperaturas sus componentes termolábiles como las proteínas y el estado fisicoquímico de sus sales sufren cambios de acuerdo a la intensidad de los tratamientos térmicos, afectando su estabilidad, pH, poder de oxidorredución, características organolépticas y nutritivas. Efectos sobre las proteínas. Cuando la leche se somete a unas temperatura máxima de 85o C por 30 minutos, las proteínas se deshidratan, efecto que es favorable para la producción de las leches en polvo descremado en la medida que aumenta su conservación de almacenamiento y en las leches descrmadas y azucaradas aumenta su viscosidad. A temperaturas de 75 o C, por 30 minutos se producen efectos negativos sobre el tiempo de coagulación por cuajo, efecto, que va acompañado de un sabor desagradable a cocido, al producir la precitación de proteínas solubles de la caseína perjudicando su acción; paralelamente, se produce la reducción del calcio y fosfatos solubles y aumento de la acidez por descomposición de la caseína (50%) y desfosforilización de la lactosa (30%) y alteración del equilibrio de los fosfatos (20%) , también se disminuye su potencial de oxidorreducción y se aumenta la hidratación de las proteínas. El aumento de acidez como consecuencia del tratamiento térmico, da lugar a la aparición de un color café debido principalmente a pigmentos de melanoidinas, como resultado de las reacciones de Maillard entre el grupo aldehido de la lactosa y las proteínas. A continuación se presenta un cuadro donde se resume los principales efectos del calentamiento sobre los componentes de la leche y sus consecuencias.

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Tabla 3: Efectos del calentamiento sobre los componentes de la leche. SUSTANCIAS MODIFICADAS Lactosa

MODIFICACIONES

PRINCIPALES CONSECUENCIAS Descomposición con formación Crecimiento de las bacterias de lácticas. Ácidos grasos Disminución del pH. Caramelización.

Lactosa + proteínas

Reacción entre los grupos Reducción del valor nutritivo aldehídicos y aminados de las proteínas, (reacción de Maillard) especialmente la Lisina. Formación de compuestos reductores y descenso del potencial Redox, dificultando la oxidación de las grasas. Oscurecimiento. Proteínas solubles (Beta Aparición de grupos SH y de Sabor a “cocido” lactoglobulina) compuestos sulfurados libres. Floculación o coagulación Desnaturalización e Se dificulta la formación de la Inactivación de aglutininas. crema. Proteínas solubles y caseína Formación de amoníaco. Alteración del sabor, Formación de complejos de formándose la llamada “capa caseína K y Beta – de la leche” lactoglobulina. Estabilización por precalentamiento. Caseína

Materias minerales

Materia grasa Vitaminas Enzimas

Gases

Fuente: FAO. 1981

Degradación de la molécula (desfosforilización y ruptura de los enlaces peptídicos) y modificación del estado micelar de la leche. Desplazamiento del equilibrio Ca/P soluble Ca/P insoluble. Modificación de la capa superficial de las micelas.

Floculación de las suspensiones de caseína a alta temperatura. Floculación y gelificación de la leche. La estabilización por precalentamiento. Insolubilización de las sales de calcio y descenso del pH. Retraso en la coagulación por cuajo. Efectos en la estabilización de las micelas. Formación de lactonas por los Sabor desagradable en las ácidos monoenos de cadena leches concentradas y en corta. polvo. Destrucción de las vitaminas Reducción del valor nutritivo. B1 y C enzimática Inactivación a temperaturas Inactivación particularmente de la lipasa y entre o proteasa. 60 – 100 C Control de la pasterización. Pérdida de CO2 Ligero aumento del pH.

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CAPÍTULO 3. MICROBIOLOGÍA Y CALIDAD DE LA LECHE Este capítulo abarca el estudio de las siguientes temáticas: Lección 1. Grupos de bacterias que se encuentran en la leche Lección 2. Levaduras y mohos Lección 3. Aseguramiento de la calidad lechera Lección 4. Calidad de la leche cruda Lección 5. Estandarización de la leche Debido a su composición y a sus propiedades físicas la leche es una fuente rica en nutrientes y en energía tanto paro los mamíferos como para gran cantidad de microorganismos, que encuentran las condiciones óptimas para crecer en un medio como la leche. Estos microorganismos son fundamentalmente las bacterias pero también pueden desarrollarse algunos mohos y levaduras. LECCION 11. Principales grupos de bacterias que se encuentran en la leche. Se pueden distinguir dos grandes categorías de bacterias de acuerdo al método de coloración de Gram, las bacterias Gram + que se caracterizan por necesitar más componentes nutritivos y una mayor sensibilidad a los agentes bactericidas. Bacterias Gram +


Bacterias lácticas: son las que fermentan la lactosa, produciendo una cantidad elevada de ácido láctico, pertenece a la familia de las Lactobacteriaceae .




Micrococos. Son bacterias generalmente aerobias que no fermentan la glucosa sino que la degradan de forma oxidante, reduciendo ligeramente el pH . Estos no son patógenos, porque están desprovistos de coagulasa y hemolisisna dos factores importantes de infección.. Constituyen la flora inocua que contamina la leche principalmente después del ordeño, debido a que su crecimiento óptimo es a temperaturas alrededor de los 37oC por lo cual no representa problemas con respecto a la conservación y tratamiento de la leche.




Estafilococos

Son anaerobios facultativos, y reaccionan con la glucosa, fermentándola y produciendo una reducción del pH de la leche entre 4.3 – 4.5. las bacterias más importante pertenece al género del Staphylococcus aureos o estafilococcus dorado, que comprende al grupo de las bacterias que poseen

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coagulasa y algunas hemolisina. Estas bacterias permiten determinar la calidad higiénica de la leche.


Bacterias esporuladas (Bacillaceae).

Se llaman así porque forman una endospora que tiene la propiedad de resistir temperaturas por encima de 100oC, a diferencia de las otras bacterias, que se destruyen por debajo de 80 oC. Por lo tanto es un factor importante en los procesos tecnológicos, que conducen a la obtención de productos sin adición agentes químicos conservantes, y que pueden ser medios aptos para la contaminación de este tipo de bacterias, por lo cual que se deben manejar la temperatura apropiada para su conservación. La mayoría de estas bacterias son mesófilas, o sea que su crecimiento óptimo ocurre a una temperatura de 30 oC. y se inhibe a temperaturas mayores de 45 oC, pero otras son termófilas o sea que su desarrollo óptimo es a una temperatura mayor de 60 oC. Algo muy importante que caracteriza a este tipo de bacterias es que no crecen en medios que no sufren calentamiento, como el caso de la leche cruda y de algunos productos lácteos, pro si pueden alterar productos que no han tenido el tratamiento térmico adecuado, tal es el caso de las leches pasterizadas o esterilizadas, quesos fundidos, quesos de pasta cocida, leches concentradas, entre otros. Entre este tipo de bacterias se encuentran: el Bacillus que es una bacteria esporulada aerobia y cuya actividad enzimática ocasiona la acidificación, coagulación y proteólisis. El Clostridium, que es anaerobia (que se desarrolla en medios sin oxígeno), peligrosa por su producción de gas y de algunas toxinas que causan el deterioro del alimento, ocasionando daño al consumidor especialmente el Clostridium Perfringes. Existen otras bacterias Gram + como las del género del Corynebacterium, que no revisten especial importancia por sus actividades debido a que su crecimiento óptimo es a una temperatura de 37 oC. Estas bacterias se encuentran en la leche fresca. Otras bacterias como las propiónicas que se desarrollan en los quesos madurados de pasta dura y otras como las del género del Brevibacterium, que crecen en materias de animales o vegetales en descomposición. Estas no fermentan la lactosa. Bacterias Gram –


Entrobacterias

Existe una gran cantidad de bacterias que pertenecen a esta la familia de las Enteobacteriaceae que da lugar a infinidad de grupos, que no son tema de este

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estudio. La mayoría se encuentran en el intestino de los mamíferos y su presencia en el agua o la leche puede ser origen fecal. Las especies más comunes en los productos lácteos son las que fermentan la lactosa. Estas bacterias son menos abundantes que las otras bacterias Gram + pero su importancia se analiza desde dos aspectos: el higiénico que radica en que la mayoría son causantes de enfermedades infecciosas que pueden llegar a ser epidémicas, tal es el caso de las salmonelas que contaminan los productos lácteos. El tecnológico debido a que la acción bioquímica de las enterobacterias es la fermentación de los azúcares con formación de gas carbónico y ácido. Entre las enterobacterias de mayor importancia están:


Escherichia Coli que es productora de Indol, de gas y ácidos orgánicos como el láctico, acético succínico, entre otros y reduce los nitritos a nitratos. Se diferencia de otras bacterias lácticas en que es su acción es menos acidificante.




Cloaca, o enterobacter. Entre esta se encuentra el C.aerogenes, gran productor de gas en los productos lácteos originando un débil acidificación, estas no son patógenas pero algunas cepas se consideran sospechosas.

Además de las coliformes se encuentran en la leche enterobacterias que no fermentas las lactosa y que son especies inocuas como la Serratia y Proteus que son proteolíticas sin embargo se pueden encontrar algunas bastantes peligrosas como la salmonellas (bacilo tífico) y menos común la Shigella (bacilo disentérico)


Achromobacteriaceae. Comprende las bacterias saprofitas en su mayoría aerobias que no fermentan los azúcares, no coagulan la leche, aunque se vuelve alcalina. Su importancia radica en que forman parte importante de la microflora sicrófila que crece en la leche conservada a bajas temperaturas.

Otras bacterias Gram – como:


Las Pseudomonas que contaminan a la leche por adición de aguas sin tratamiento o impotables son también psicrófilas y nocivas por su acción proteolítica y lipolítica.




La Brucella que es una bacteria patógena para el hombre y los animales y es causante de la enfermedad de “brucelosis”.

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LECCION 12. Levaduras y mohos en los productos lácteos.


Levaduras.

Las que se encuentran en la leche cruda son del género Cándida llamada también Torula lactosa y t. Cremoris, son levaduras no esporulante que producen gas y poca cantidad de alcohol, en condiciones normales no se encuentran en la leche pero cuando la contaminan son causa de la “leche espumosa” En la leche también se pueden encontrar otras levaduras esporulantes como la Sacharomyces Fragilis y S. Lactis que fermentan la lactosa con producción de alcohol por ejemplo en el Kefir, leche fermentada oriental . En general las levaduras pueden contaminar diferentes productos lácteos principalmente cremas de granja, cuajadas frescas de quesería caseras que pueden ocasionar alteraciones como las fermentaciones gaseosas y sabores indeseables. Algunas levaduras pueden estar presentes en los quesos de corteza húmeda ocasionando la apariencia pegajosa de los mismos.


Mohos

Realmente no se presentan en la leche cruda y en algunos productos lácteos solo atacan la parte superficial que está en contacto con el aire. Pero sí tiene importancia a nivel industrial, y entre los mas importantes están:



Penicillium, como el P. Candidum que se encuentra en los quesos de corteza blanca como el camembert y el P. glaucum var. Roqueforti en los quesos azules. Geotrichum candidum, que invade las cuajadas frescas. Pero la sal se retarda su desarrollo. Tanto las levaduras como los mohos se destruyen con la pasterización.

LECCION 13. Aseguramiento de la calidad Es una de los temas de mayor interés hoy en día en todo proceso que tenga que ver con manipulación de alimentos. Consiste en un sistema secuencial y organizado que involucra todas las actividades necesarias para cumplir con las normas de calidad propias de un producto inocuo y seguro para el consumidor, en esta parte se tratarán los aspectos más generales, puesto que este es un tema que se tendría que tratar para cada uno de los productos lácteos, desde el mismo tratamiento de la leche cruda, y que se contemplará en el curso respectivo de Gestión de Calidad Alimentaria como las actividades de aplicación a diferentes procesos de la industria de alimentos.

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Principios fundamentales

Calidad. Pueden existir diferentes definiciones de calidad, como por ejemplo, “calidad es la adecuación para el uso” (J.M.Jurán) podría complementarse esta definición como la “calidad es la adecuación para el uso de un producto o servicio”, También se dice que calidad es un conjunto de características internas y externas que un producto debe tener para su uso. Pero estas definiciones darían lugar a otras interpretaciones, puesto que ese adecuado uso dependería de los gustos o necesidades de cada consumidor y su enfoque sería a las condiciones en que se va a comprar o utilizar el producto o el servicio. Pero el concepto de calidad debe ir más allá, de esas condiciones y por lo tanto generar diferentes enfoques que ahora, no son objeto de estudio. Lo que interesa ahora es el concepto de calidad desde el punto de vista de un alimento seguro para el consumidor. Para el tecnólogo o Ingeniero de alimentos la calidad de un producto es necesariamente u concepto que involucra “la calidad total de un alimento” es decir debe obedecer a diferentes criterios que permitan determinar si el producto es apto para el consumo humano, pero por otra parte si cumple con las normas de calidad técnica, física y comerciales para ser atractivo y competitivo en el mercado. Entonces para asegurar la calidad de un producto, además de establecer los criterios de control y de inspeccionar si se cumplen o no es necesario determinar las medidas de control y motivar al personal que interviene en todo el proceso sobre la importancia del cumplimiento de todas las medidas que conllevan a la obtención de un producto de alta calidad. Por lo que actualmente se habla de calidad integral o total. La calidad total o integral en la industria de la leche implica la integración de tres niveles:  La cadena de industrialización de la leche desde el manejo en la granja, en la etapa del ordeño, el proceso para obtener los diferentes productos, su almacenamiento transporte y distribución hasta llegar al consumidor final, en todas estas etapas se debe implementar un sistema de monitoreo y control, que conlleve a la calidad óptima del producto terminado y por ende a la satisfacción total del consumidor.  Para el producto terminado, incluido el servicio, se debe tener en cuenta la presentación del producto para ofrecer al consumidor y el uso que dará del mismo.  A todos los niveles del personal tanto administrativo como el de planta de producción; se debe fomentar el concepto de calidad desde el principio lo

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cual comprende: definición del producto y su posicionamiento en el mercado; proceso de elaboración; diseño de los equipos; especificaciones de la materia prima; logística para la distribución de los productos y finalmente planificar y establecer un sistema de control, en donde prime como regla general ”Es mejor prevenir que curar” por lo cual la seguridad del consumidor debe prevalecer, sobre cualquier otro aspecto de calidad del producto.  Debido a la poca viabilidad de controlar cada unidad de producto obtenido de un proceso industrial se deben tomas las siguientes precauciones:







Tratamiento de la leche cruda en condiciones óptimas, para destruir todos los microorganismos patógenos que se puedan desarrollar.




Evitar la recontaminación de los productos intermedios y finales, mediante la aplicación de las buenas prácticas de manufactura y de medidas de saneamiento en las maquinarias y equipos.




Para la transformación de un producto se deben eliminar previamente todo riesgo de contaminación por patógenos para ello se requiere tener en cuenta las medidas higiénicas que se deben aplicar para evitar la contaminación de la leche, las cuales se tratarán a continuación.

Medidas higiénicas para evitar la contaminación de la leche

Las medidas higiénicas tienen el propósito de eliminar los gérmenes patógenos e inhibir el desarrollo de los microorganismos que producen alteraciones indeseables en la leche o productos lácteos. Dichas medidas son: Protección del consumidor frente a los microorganismos patógenos. Consiste en evitar del todo las principales causa de contaminación de la leche cruda por patógenos y evitar el crecimiento de estos microorganismos durante su almacenamiento, por lo cual se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:






El crecimiento microbiano en la leche cruda conduce a la formación de toxinas resistentes al calor. Tener en cuenta que algunos patógenos como los esporulados son resistentes a tratamientos térmicos como la pasterización, por lo tanto se debe dejar un margen de seguridad en el manejo de las variables de temperatura y tiempo. Evitar al máximo la contaminación de la leche cruda con microorganismos patógenos, tanto durante las operaciones del ordeño como después del ordeño y después de su tratamiento.

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Debido a la imposibilidad de evitar cualquier tipo de contaminación de la leche cruda con microorganismos patógenos hoy en día las leyes obligan a que la leche debe ser sometida a tratamiento térmico tanto para ser consumida directamente como para su industrialización, donde debe ser sometida previamente a la pasterización. El consumo de loas quesos semiduros tiene menos riesgos que consumir la leche cruda debido a que las bacterias lácticas hidrolizan la lactosa produciendo el ácido láctico que no es fuente de carbono utilizable por los microorganismos patógenos además al descender el pH y el potencial de redox hasta –150 V se convierte en un medio donde estos no pueden desarrollarse. Teniendo en cuenta las medidas higiénicas y los tratamientos adoptados para evitar el crecimiento de los microorganismos que alteran la leche, conducen a detener el crecimiento de las bacterias patógenas capaces de producir toxinas resistentes al calor, por lo que se puede dar como seguro el consumo de la leche pasterizada.

Medidas contra los microorganismos causantes de alteraciones de la leche y de los productos lácteos Lo más importante para evitar la contaminación microbiana es tomar las medidas preventivas de higiene desde las operaciones del ordeño, que exige por una parte la limpieza e higiene de las vacas, del ordeñador si es manual y de los equipos lecheros. Todo tratamiento debe tender a destruir las bacterias. La refrigeración retarda el crecimiento de las bacterias de la leche y el tiempo de almacenamiento de la leche depende de la temperatura utilizada, sin embargo es importante tener en cuenta que la refrigeración por sí sola no mejora la calidad higiénica de la leche ni destruye las bacterias patógenas. En la mayoría de las industrias lecheras además de refrigerar la leche a menos de 4oC, cuando se recibe, se somete a termización que consiste en un tratamiento en el cual se calienta la leche a 65oC por 15 segundos, de esta manera se destruyen las bacterias psicrótrofas, que no son temorresistentes. Este tratamiento eliminará el riesgo de aumentar la flora bacteriana a un número peligroso durante el almacenamiento en frío antes de su industrialización y evitará también el desarrollo de enzimas termorresistentes como las lipasas y proteasas. La utilización de las tres medidas al tiempo reducirá considerablemente todo riesgo de contaminación de los productos pero además es necesario aplicar las medidas de control adecuadas mediante un análisis cuidadoso de los riesgos que pueden existir en cada etapa del proceso y de un manejo adecuado de las variables en los puntos críticos de la producción.

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ARYCPC (HACCP)

Se define como el método basado en el análisis de riesgos y control de puntos críticos, que determina cuáles con las medidas de control fundamentales que se deben tomar en un proceso industrial, para garantizar la seguridad del producto obtenido. Este método debe aplicarse a cada una de las diferentes alternativas de productos que se obtienen en una industria y su principio es identificar los riesgos potenciales, determinar los puntos críticos en cada etapa del proceso de producción y establecer los sistemas de control. El método también contempla las diferentes medidas correctivas, para mejorar un proceso, o un producto, a través de la rectificación de variables de control en una determinada etapa del proceso una vez identificada como la causante de los resultados no esperados sobre la calidad del producto. Por ejemplo cuando después de la pasterización de un producto se observa contaminación en el producto por algún tipo de microorganismo, ello implica que se debe hacer un análisis en el manejo de variables como la temperatura y tiempo e identificar el problema para poder determinar la acción correctiva que implique cambios en el proceso. Todo ARYCPC en un proceso industrial debe generar un manual de procedimientos que parte del diagrama de flujo para la elaboración del producto, donde se identifican los puntos críticos de control de cada etapa, para estandarizar el proceso ( por ejemplo: temperatura, tiempo, pH, densidad, viscosidad, grados Brix, entre otros), así mismo del análisis de riesgos y su posterior identificación de esas etapas en donde existe cualquier tipo de riesgo de tipo microbiológico o contaminantes de otro tipo que afecte la seguridad del producto para el consumidor. Después de las actividades anteriores se determinan las medidas de control que deben adoptarse para reducir o eliminar el factor de riesgo y se establecen los criterios que permitan establecer los puntos críticos para montar todo un sistema de monitoreo cuya esencia es la frecuencia del control. También se debe diseñar y desarrollar un plan de acciones correctivas para cada uno de los parámetros que resultaron fuera de las especificaciones normales y que afectaron la calidad y la inocuidad del producto. Todo lo anterior conlleva a la creación de todo un sistema de aseguramiento de la calidad del producto. Es importante resaltar que el ARYCPC, es diferente para cada industria porque obedece a los procesos que aplica el industrial en la obtención de sus productos, de las características de sus productos y de la misma planta de producción, que presenta diferentes condiciones externas e internas de trabajo. En el caso de la leche cruda se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:

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LECCION 14. Calidad de la leche cruda


La calidad en la industria lechera

La siguiente parte tratará aspectos generales sobre los sistemas de calidad en la industria lechera, partiendo del significado de calidad de la leche, los aspectos relacionados con el aseguramiento de la calidad y sus principios fundamentales, el método de análisis de riesgos y control de puntos críticos que se presentan en las operaciones de almacenamiento de la leche cruda, y finalmente lo relacionado a la estandarización de la leche A partir de la leche se pueden obtener una gran cantidad de productos que necesariamente deben ser procesados en centrales lecheras o industrias lácteas, o en pequeñas plantas de producción a pequeña escala, que si bien no produce grandes volúmenes de productos, si cumplen las normas de buenas prácticas de manufactura y utilizan la tecnología adecuada pueden producir productos de tan excelente calidad que el de las grandes industrias. Todo proceso de elaboración de un producto parte de las características de la leche cruda que es la principal materia prima, entre las cuales se pueden mencionar las siguientes: La leche es líquida y homogénea o en su defecto deberá ser homogenizada de tal manera que pueda transportarse y almacenarse fácilmente para ser sometidas a procesos continuos Las condiciones de la leche pueden variar de acuerdo a su lugar de acopio, sus condiciones de conservación y almacenamiento, lo que requiere que se debe tomar las medidas necesarias para estandarizar la leche con el fin de procesarla Por ser la leche cruda y sus productos intermedios muy perecederos, se requiere tomar las medidas de higiene, sanidad y conservación necesarias durante su procesamiento. La leche cruda puede ser contaminada por bacterias patógenas que se pueden desarrollar fácilmente deteriorando su calidad, por lo tanto se debe establecer un control higiénico estricto y de las variables durante su procesamiento. La leche es un medio heterogéneo cuyos componentes se pueden separar en: nata y leche desnatada, extracto seco (leche en polvo) y agua o en cuajada y lactosuero, así mismo puede sufrir muchas transformaciones físicas que dan lugar a una gran variedad de productos. En la fabricación de varios productos se puede realizar una misma operación unitaria, por ejemplo, la transferencia de calor en el tratamiento térmico, la refrigeración la separación de la nata y la homogenización.

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Prácticamente en la industrialización de la leche para obtener los diferentes productos se utilizan todas las operaciones unitarias, las cuales se pueden resumir así:  Transferencia de masa: bombeo y circulación  Transferencia de calor: calentamiento (termización, pasterización, esterilización) y enfriamiento (refrigeración, congelación)  Mezcla/ reducción: agitación, atomización ,homogenización, recombinación  Separación de fases: desnatado, batido, separación de la leche en polvo del aire de secado  Separación molecular: evaporación , secado procesos de membrana, cristalización  Transformación física: formación del gel (por coagulación enzimática o ácida de la leche), elaboración de helados, proceso de la mantequilla. Además se presenta otros tipos de transformaciones como: las transformaciones microbianas y enzimáticas, tal es el caso de los productos fermentados y de los quesos. Todas estas operaciones requieren de un control de variables en las diferentes etapas del proceso de elaboración de acuerdo a cada uno de los productos que se quieren obtener, con la calidad técnica, nutricional y organoléptica exigida por las normas de calidad. Así mismo en todo proceso de elaboración de los productos se debe realizar el análisis de riesgos para implementar un sistema de calidad que permita la obtención de productos inocuos y seguros para el consumidor es decir con calidad microbiológica y libre de todo tipo de sustancia contaminante que pueda atentar contra su salud. Por lo tanto en todos los procesos siguientes aspectos.

lácteos es importante tener en cuenta los

 Seguridad del producto para el consumidor. La salud del consumidor debe primar sobre todo los demás aspectos, no basta con obtener un producto con características organolépticas agradables y cuya presentación sea atractiva al consumidor. Se debe tener en cuenta que la leche es un medio de cultivo especial para el desarrollo de bacterias patógenas, como ya se estudió en capítulos anteriores y como tal se debe realizar el manejo sanitario y técnico adecuado para evitar toda contaminación de índole microbiana.

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 Calidad del producto. Se refiere a: o o o o o

Valor nutritivo Calidad de consumo: sabor, aroma y sensación al tacto Aspecto: color, textura Conservación o vida útil (en almacenamiento) Formas de uso: capacidad de untado de: la mantequilla o queso fundido, batido de la nata, dispersión de la leche en polvo, entre otros.

 Calidad del proceso: Además de tener un manejo adecuado de las variables del proceso y los puntos críticos de control, se debe tener en cuenta la seguridad del personal que opera en la planta y del resto del personal que de alguna manera está próximo a la misma. También se debe tener presente la conservación del medio ambiente mediante un manejo adecuado de los residuos y desechos de la planta. Así mismo de la optimización de los recursos naturales como agua y energía  Costos: considerar los costos de equipos y materiales, las materias primas, de los aditivos, de los empaques o envases, de energía, agua, mano de obra necesaria, almacenamiento, distribución y mercado, todos estos elementos influyen en la calidad, en el rendimiento del proceso y finalmente en su rentabilidad, claro está sin reducir la calidad del producto. La calidad de la leche comprende toda la cadena de producción desde su acopio, transporte, almacenamiento y distribución, hasta llegar al consumidor final bien sea como leche pura o transformada en sus derivados. Entre los aspectos que tienen que ver con la calidad de la leche los más relevantes son la composición natural de la leche y su calidad higiénica. El primer aspecto está relacionado con la cantidad de grasa y proteína de la leche cruda, teniendo en cuenta su composición en grasa y proteínas se determina normalmente el precio de la leche. La calidad higiénica de la leche es más difícil de determinar en el sentido de que las medidas de control dependerá de las condiciones locales y de la normalización, pero, de todas formas debe analizarse muestras de leche con regularidad, y la eficacia de este control dependerá de condiciones tales como: •

Concientización a los productores sobre los riesgos de contaminación y de la medidas preventivas que debe tomar par producir una leche con excelente calidad. Ello implica el desarrollo da campañas de capacitación y motivación.

•

Estímulos económicos al productor de leche de buena calidad y a los productores que producen leche de mala calidad higiénica o leche

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adulterada, sanciones drásticas desde multas hasta cárcel y por supuesto la prohibición de su mercadeo.




•

Apoyo a los productores de leche que presenten dificultades para elaborar leche de buena calidad especialmente cuando ocurre accidentes en alguna etapa de la cadena de producción.

•

En caso de presentarse algún problema en el proceso de producción de la leche, (por ejemplo en la refrigeración), que redunde en la mala calidad de la leche, el productor debe informar a la central lechera para suspender la producción de ese lote de leche. En otras palabras toda leche que no cumpla con la calidad higiénica adecuada debe desecharse inmediatamente.

Almacenamiento y transporte de la leche

El propósito durante las operaciones de almacenamiento y transporte es ante todo obtener leche cruda de excelente calidad evitando todo riesgos de contaminación tanto en lo que se refiere a microorganismos patógenos como a otras sustancias químicas que puedan ser dañinas al hombre. La meta final es minimizar pérdidas de la leche. Para lograr este propósito se deben utilizar unos equipos de fácil limpieza y hechos de materiales adecuados a para este tipo de producto y finalmente realizar un balance continuo sobre la composición de la leche y un registro de pérdidas con el fin de dar la solución oportuna a cualquier problema que se presente. Las operaciones de transporte y almacenamiento comprenden las siguientes operaciones:  Recogida y recepción de la leche Consiste en que la leche se recoge en cantinas, bidones o en camiones cisterna para ser transportada a la central lechera. Para este transporte de la leche en cantina, es refrigerada previamente en la granja en tanques refrigerantes o se transporta directamente en las cantinas sin previa refrigeración. Cuando se transporta la leche en cantinas sin previa refrigeración, la temperatura de la leche puede llegar a 10oC o inclusive aumentare a 23 oC, según las condiciones de climatológicas de la región por donde es transportada, esta leche tiene el riesgo de ser contaminada por bacterias mesófilas que normalmente producen la fermentación láctica y ello dependerá de las medidas de higiene que se tomaron donde su ordeño. Cuando la leche llega a la central debe ser refrigerada a menos de 6 oC para ser almacenada por máximo dos días. Cuando la leche ha sido mantenida en tanques refrigerantes ( en los camiones cisterna), puede ser contaminada por microorganismos psicrótrofos y por lo tanto

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requiere de un tratamiento diferente que el de la leche transportada en cantinas pero de todas formas esta leche tendrá mejor calidad higiénica que la que ha sido transportada en cantinas. En el muelle de recepción la leche que ha sido transportada en el camión cisterna debe ser sometida en forma rutinaria a examen organoléptico y de la temperatura para que no se deteriore su calidad y mantener un riguroso sistema de limpieza para evitar toda contaminación. Lo ideal es mantener la leche a menos de 5 oC. Teniendo en cuenta las anteriores condiciones es posible conservar la calidad de la leche antes de ser procesada en la planta.  Almacenamiento de la leche La leche almacenada generalmente proviene de diferentes lotes con variada composición y calidad que pueden en un momento dado afectar las variables en los procesos y por ende la calidad de los productos finales obtenidos, pero utilizando silos de almacenamiento de mayores cantidades (aprox. de de 300.000 Kg.) se reduce significativamente las variaciones entre los lotes de leche recogida durante 1 o 2 días. Durante el almacenamiento de la leche en silos de refrigeración pueden ocurrir los siguientes riesgos de alteración de la leche: crecimiento de microorganismos psicrótrofos, actividad enzimática, cambios químicos y cambios físicos.


Crecimiento por psicrótrofos

Cuando el número de bacterias es superior a 5 x 105/ml existe el riesgo de que estas bacterias hayan producido enzimas termorresistentes como las lipasas y las proteasas que pueden deteriorar el producto final. Para evitar estos efectos es necesario someter la leche a un tratamiento adecuado de almacenamiento de la leche según el tiempo en que va a ser procesada en la planta. Cuando la leche va a ser procesada en máximo dos días es suficiente con mantenerla a una temperatura menor de 4 oC, pero, cuando la leche no se alcanza a procesar en esos días se requiere someter la leche al tratamiento de termización (65 oC por 15 segundos) y su posterior refrigeración, así es posible conservar la leche por 4 días más sin que aumente su carga bacteriana y sin afectar las enzimas ni aglutinas de la leche.


Actividad enzimática

La actividad enzimática de la lipasa, ocurre especialmente en la leche fresca, también otras enzimas como las proteasas y fosfatasas ocasionan algunos cambios. Para inactivar dichas enzimas se deben evitar las variaciones de temperatura entre 5 y 30 oC y los daños en la membrana de los glóbulos grasos.

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Cambios químicos

Ocurren por la exposición a la luz lo cual ocasiona sabores extraños, así mismo por la utilización de aguas contaminadas (aguado de la leche) y el uso de desinfectantes que contienen Cu porque catalizan la oxidación de los lípidos.


Cambios físicos

Los cambios físicos más comunes son: Separación de la nata en la leche cruda termizada o refrigerada, esto se puede evitar agitando regularmente la leche; lesiones en los glóbulos grasos, ocasionada por las fluctuaciones de temperatura e incorporación del aire ocurriendo la cristalización de parte de la grasa; parte de la caseína beta se solubiliza y pasa al suero, ocasionando el aumento de la viscosidad del plasma y reduciendo la capacidad de coagulación de la leche. La capacidad de coagulación se restablece al someter la leche a un calentamiento temporal a temperaturas alrededor de 50 oC o superiores.

. LECCIÓN 15. Estandarización

Se refiere a la estandarización de la composición de un producto lácteo con el fin de cumplir las normas técnicas legales u obtener unas determinadas características que el fabricante le quiere dar a sus productos finales. La mayoría de las veces se estandariza el contenido graso y en otras ocasionas el contenido de proteínas u otro componente. La medida de densidad o turbidez sirve para determinar el contenido graso y el índice de refracción o densidad para determinar el extracto seco. La estandarización de la leche básicamente consiste, en modificar la relación materia grasa / extracto seco magro de la leches para obtener la cantidad deseada en el producto final. Es la primera operación que se debe realizar en todo proceso de industrialización de la leche. Cuando la estandarización es discontinua o por cochadas, entonces, la leche se desnata o se le adiciona nata dependiendo del resultado de los análisis. Cuando se hace por el método continuo o automático, se utiliza un aparato llamado estandarizador, que esta provisto de dispositivos programados para realizar el muestreo, el análisis y la corrección respectiva. Para interpretar los resultados es necesario conocer las relaciones entre turbidez y contenido graso y entre la densidad y extracto seco, en la leche original. También se utiliza el método de reflexión infrarroja para analizar el contenido de agua en la leche en polvo. Después de la estandarización se debe comprobar si se ha alcanzado el rango deseado.

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LECTURA COMPLEMENTARIA Algunas Reflexiones sobre la Calidad de la Leche en Colombia

Cotrino B. Víctor D.M.V Médico Veterinario, DMV. Director Científico LMV Ltda. [email protected] Gaviria. Blanca Cecilia, Bact. Gerente LMV [email protected] Contenido ¿Por qué existe gran diferencia entre la calidad de la leche cruda de los países industrializados y los nuestros? ¿Cuál sería entonces la norma a proponer para la leche cruda?

Con periodicidad, en el ámbito nacional se habla de la calidad de la leche y sus derivados, que consumimos, unas veces por modificación de la composición o el volumen, otras por la presencia de adulterantes y las más frecuentes e importantes por la sanidad e inocuidad para el consumidor. En todas estas circunstancias se dan explicaciones, se buscan responsables entre los participantes de la cadena de producción, se fijan propósitos, se insinúan nuevas medidas, pero al final los resultados no han aportado una solución que garantice la calidad e inocuidad. Cuando se trata de leche líquida los problemas de composición y medida son fácilmente controlables pero, para solucionar lo relacionado con la inocuidad se requiere procesar leche cruda de óptima calidad. En este concepto de tipo microbiológico se fundamente la premisa “ningún proceso mejora la calidad de la leche, simplemente la conserva y prolonga en el tiempo”. Los países que hoy ofrecen en el mercado leche líquida de óptima calidad tienen parámetros para leche cruda del siguiente orden:

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Recuento de Bacterias Mesófilas < 100.000 UFC/mL Recuento de Células Somáticas < 450.000 / mL Punto Crioscópico

- 0.540

Residuos de Antibióticos

Ausencia

Allí, la industria ha sido la más interesada en el mejoramiento de la calidad de la leche cruda y es así que hoy las mejores bonificaciones se tienen cuando el recuento de Mesófilos es inferior a 20.000/ mL y el de Células Somáticas inferior a 250.000/mL. Estas exigencias de la leche cruda como materia prima les permite ofrecer leche pasteurizada envasada en cartón o plástico que dura hasta tres semanas en mostrador, razón por la cual la ultrapasteurización (UHT) y el uso de envases asépticos se destinan a otros derivados diferentes a leche líquida. Aceptando que en Colombia se ha notado, en los últimos años, una mejoría en la calidad de la leche cruda, el porcentaje que llega a las plantas con menos de 100.000 UFC/mL difícilmente supera al 20 % y que con la norma contemplada en el Acuerdo de Competitividad, con un Tiempo de Reducción de Azul de Metileno, TRAM, mayor a 3 horas, se están aceptando leches que pueden tener hasta 10.000.000 de microorganismos por mL. En un trabajo realizado en Colombia sobre 119 muestras de leche en una planta de la sabana de Bogotá, se encontró que un TRAM de dos horas equivale a 27 millones de bacterias por mL, 4 horas a 5 millones, el de 6 horas a 2 millones y el de 8 horas a 1.100.000 bacterias/mL. La deficiente calidad bacteriológica de la leche cruda que entra al pasteurizador, produce como resultado una leche pasteurizada con muy pocos días de duración, con cambios en sus características organolépticas y lógicamente con riesgos sobre la salud del consumidor.

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¿Por qué existe gran diferencia entre la calidad de la leche cruda de los países industrializados y los nuestros? Diferentes factores explican estas diferencias: •

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Los países industrializados generalmente producen excedentes para exportar, lo que les permite aplicar normas más estrictas al productor ante la mayor oferta de leche. Adicionalmente deben producir derivados de máxima calidad que sean competitivos en el mercado internacional, mientras en los países de producción deficitaria el productor siempre tiene un comprador y las exigencias de calidad por parte de los procesadores, no son uniformes y los consumidores locales, como en el caso colombiano, nos hemos acostumbrado a unos niveles de calidad relativamente bajos, o como el de aceptar que una leche pasteurizada dure solamente tres días en el mostrador. Los sistemas de producción en grandes hatos o aún en pequeños pero que en su totalidad están dotados con sistemas de refrigeración, contrasta con los nuestros donde predomina el pequeño productor con bajos recursos para la implementación de frío. Esto está agravado por los problemas de infraestructura vial y eléctrica, grandes distancias, diversidad de zonas productoras y temperatura ambiente. Mientras que la industria láctea en los países desarrollados se caracteriza por pocas pero grandes empresas, con los mismos niveles de exigencia en calidad y en muchos casos con un sistema de integración vertical donde el productor participa en los beneficios de la transformación, contrasta con la existencia de muchas empresas de pequeña capacidad en nuestro medio casi siempre con subutilización de la infraestructura instalada y sobre todo sin unificación en los criterios de calidad que varían de acuerdo con la alta o baja oferta. El cumplimiento de las normas para el productor en esos países es una cultura y un compromiso social, que de no hacerlo le representa grandes pérdidas por precio, rechazo del producto y aún la responsabilidad de la leche que se dañe cuando se mezcla. Aún no tenemos en Colombia una norma de cumplimiento obligatorio para la leche cruda y la contemplada en el Acuerdo de Competitividad está muy lejos de la ideal y no estimula a los productores para mejorar la calidad. Todos los países que han establecido los sistemas de

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pago con bonificación y sanción por calidad han tenido una respuesta efectiva y relativamente rápida en la calidad de la leche cruda. ¿Cuál sería entonces la norma a proponer para la leche cruda? Lo ideal sería una norma ÚNICA, lo más cercana posible a los estándares internacionales pero las grandes diferencias de los factores ya comentados, hace difícil la aplicación y cumplimiento de una norma única ya que si esta es muy laxa para que pueda ser cumplida, no estimulará la producción de calidad por parte de otros y si es muy estricta, un altísimo porcentaje de productores no tendrían opción de mercado. En Latinoamérica se han empleado distintas alternativas para impulsar la calidad de la leche cruda, por ejemplo, Uruguay, Argentina y Chile, liderados por la industria, establecieron sistemas de pago con el método bonificación/sanción y el estado actúa como ente de control para el cumplimiento de las normas. En el caso concreto de Uruguay, el Ministerio de Agricultura vigila la exactitud y precisión de los laboratorios encargados de los análisis bajo la modalidad de rondas interlaboratorios con 20 muestras mensuales. Brasil acaba de promulgar una norma única para el mejoramiento de la leche cruda donde se espera que para el 1o de Enero de 2005, toda la leche cruda que se comercialice, tenga menos de 1.000.000 de UFC/mL y menos de 1.000.000 de Células Somáticas/mL, norma que se mantendrá vigente hasta el 2.008 cuando se reducirá a 750.000 para cada parámetro y espera llegar en el 2011 a menos de 100.000 Bacterias/ mL y menos de 450.000 Células Somáticas. Este modelo puede ser cuestionado porque los que hoy producen leche de calidad similar a la que esperan en el 2.11 no se encuentran incentivados. De otra parte queda la incertidumbre de lo que pasará el día que se cambie el parámetro y muchos productores aún no lo cumplan cuando muy posiblemente se dará una prórroga, situación similar a lo que ha pasado en Colombia con la venta directa al consumidor, de la leche cruda. Tomando como ejemplo las experiencias de algunos países latinoamericanos que han mejorado la calidad de la leche cruda y teniendo en cuenta nuestros sistemas de producción, una normatividad con categorías podría ser la mas apropiada para nuestro medio porque desde el momento de su aplicación, premia la buena calidad y sanciona la mala, se puede ir ajustando en el tiempo y aún se podría orientar la utilización de la leche cruda según el

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producto que se elabore, donde la de mejor calidad se usaría para leche fluida y la de menor para transformación industrial. A manera de ejercicio se pueden plantear tres categorías: Grado A: Con parámetros internacionales, es decir, Recuento de Bacterias: menos de 100.000 UFC/mL; Recuento de Células Somáticas: Menos de 450.000/mL, Punto Crioscópico de -0.540, y Ausencia de Residuos de Antibióticos Grado B: Recuento de Mesófilos: Menor de 1.000.000 UFC/mL, RCS menos de 750.000/mL. Punto Crioscópico y Residuos de Antibióticos: Igual a Grado A. Grado C: Mas de 4 horas de TRAM o menos de 5.000.000 de bacterias mesófilas por mL; Menos de 1.000.000 de Células Somáticas. Parámetros iguales a Grado A, para Residuos de antibióticos y Punto Crioscópico. La leche Grado B tendría el precio base, con un porcentaje de bonificación para el grado A y de sanción para el Grado C y entre más amplio sea, mayor estímulo tendrá el ganadero para pasar de una categoría a otra. También se podrían dar plazos para estrechar cada uno de los parámetros en los distintos grupos con el fin de mejorar más rápidamente. A pesar de la flexibilidad de las normas especialmente para la Categoría C, quedaría por resolver la conservación de la leche cruda que se maneja a temperatura ambiente. Estudios que hemos realizado demuestran que la velocidad de multiplicación de la carga microbiana en la leche es de 30 minutos cuando se mantiene a 30ºC , una hora cuando se conserva a 20 º C, 4 horas cuando se mantiene a 10ºC y 12 horas cuando se le da la refrigeración óptima de 3 – 5ºC. Esto quiere decir que en los tiempos mencionados, la población bacteriana duplica su número. Microbiológicamente hablando no es posible que una leche cruda caliente, a temperaturas por encima de 20ºC llegue a una planta procesadora con una acidez titulable inferior a 0.19 % y una prueba de Alcohol Negativa. Esta afirmación se desprende del hecho que para tener una leche recién ordeñada con menos de 10.000 UFC/mL se requiere de muy buenas prácticas de ordeño donde se garantice la limpieza y desinfección de pezones, manos o máquinas y que el hato tenga una prevalencia de mastitis clínica y subclínica inferior al 10 % de pezones. Condiciones que se dan en pocas fincas del país razón por la cual es muy frecuente encontrar cargas microbianas

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superiores a 100.000 UFC/mL en la leche recién ordeñada, que cuando se mantengan a 20ºC durante 4 horas, la población final será de 1.600.000 /mL y si es a 30ºC superará los 35 millones/mL. Para nadie es un secreto que en el país existen zonas y sistemas de producción con pequeño productores que tienen en la leche, el único medio de sustento, que por las distancias, temperatura ambiente, carencia de refrigeración y tiempo de transporte, no podrían entregar su producción sino se les ofrece una alternativa de conservación diferente a la refrigeración. Algunos países en vía de desarrollo han aceptado propuestas de conservación de la lecha cruda como complemento a la refrigeración utilizando la estimulación de la enzima lactoperoxidasa. Cualquier decisión a que se llegase sobre la aplicación de un preservante debe estar sustentada en evaluaciones multidisciplinarias y posteriormente en un proceso de capacitación para que el productor ponga en práctica una Rutina de Ordeño y un manejo de la leche cruda donde se minimice el riesgo de contaminación y no permitir que se aplique para enmascarar deficiencias en la calidad higiénica. Nota. ¿Qué conclusiones podría usted sacar de esta lectura? ¿Qué aportes podría dar a la misma?

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AUTOEVALUACION FINAL Apreciado estudiante: Después de haber estudiado el capítulo anterior, trate nuevamente de dar respuestas a las preguntas planteadas al inicio de la Unidad, si todavía le quedan dudas vuelva a repasar la temática respectiva. Para el logro de las metas de aprendizaje usted debe consultar la guía didáctica y desarrollar las actividades planteadas para este capítulo.

Recuerde “Sólo en la medida que se aplique el conocimiento y se transfiera para explicar, resolver problemas o a casos reales, este adquiere significado y por ende se convertirá en un aprendizaje permanente” (Margarita G. de Illera, julio 2005)

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BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Almanza F. y Barrera Eduardo, Tecnología de Leches y Derivados. 1995, UNISUR. ICTA Universidad Nacional de Colombia, 1994. Guía para producir quesos colombianos. Amiott J, 1995, Ciencia y Tecnología de la leche. Principios y aplicaciones. Editorial Acribia Zaragoza (España) P.Walstra and R. Genes, Dairy Chemistri and Phisics, Wiley , New York, 1984. Editada en español (Química y Física Lactológica, Acribia, Zaragoza, 1987).

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

R. Genes, in: B.L.Larson and V.R. Smith, eds., Lactation: A comprehensive Treatise, vol 3 Academic Press, New York, 1974, Chapter 1. R.G.Jensen, ed., Handbook of milk Composition, Academic Press, San Diego, 1995 P. Walstra , in: O:R: Fennena, ed., Food Chemistry, 3rd ed., Marcek Dekker, New York, 1996 Flavour empairment of milk and milk products due Federation, Documente 118, Brussels, 1980.

to lipolysis, International Dairy

R.K.Robinson, ed. Dairy Microbiology, vol I, Microbiology of milk, and vol 2 Microbiology of milk productos, 2nd ed., Elsevier. London 1990M.D. Pearson and D.A. Gorlett, HACCP: Principles and Applications, avi, New York, 1992. S. Leaper, ed., HACCP: A Practical Guide, Technical Manual 38, Cambden Food and Drink Research Association, Camden, 1992

CIBERGRAFIA

CIENCIA DE LA LECHE Y CALIDAD DE LA LECHE Y SUS PRODUCTOS Sierra Rodríguez P.A, 2009. Los Factores inmunológicos y los otros componentes de la leche materna, extraído el 24 de Julio de 2009 desde, http://www.encolombia.com/pediatria35300factores.htm

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El Consejo Europeo de Información sobre Alimentación, EUFIC, 2009. Alergias e intolerancias Alimentarias, Alergia a la proteína de la leche de vaca, Extraído el 24 de julio de 2009 desde, http://www.eufic.org/sp/food/pag/food18/food184.htm

Magariños H, 2000. Producción higiénica para la leche cruda, una guía para la pequeña y mediana empresa, extraído el 24 de julio de 2009, desde, http://www.science.oas.org/OEA_GTZ/LIBROS/LA_LECHE/le_html/cap11_leche.htm

Madrid A, y otros, 2001. Normas de Calidad de Alimentos y bebidas, extraído el 24 de julio de 2009 desde, http://www.amvediciones.com/nca.htm

FAO, 2004. Nuevas normas aseguran la trazabilidad y calidad de la leche cruda. Extraído el 24 de julio de 2009, desde, http://www.consumaseguridad.com/web/es/normativa_legal/2004/02/09/10754.php

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UNIDAD II TECNOLOGIA DE LOS PRODUCTOS LACTEOS: Leche cruda – leche evaporada – leche fermentada Introducción En esta unidad se tratan los siguientes aspectos: Los principios tecnológicos del procesamiento de la leche para consumo directo y los principios tecnológicos de los productos obtenidos a partir de la leche como: leches concentradas, leches en polvo y leches fermentadas. El propósito de esta unidad, es que el estudiante conozca y se apropie de los principios tecnológicos que intervienen en los diferentes tratamientos de la leche para consumo directo y para la obtención de los productos derivados de ella. Así mismo que comprenda la necesidad de un buen control de todos los parámetros involucrados en los diferentes procesos que apunten a la obtención de un producto con buena calidad higiénica, técnica y nutricional. Justificación La transformación de la leche para la obtención de productos como las leches concentradas, las leches evaporadas, leche en polvo y leches fermentadas, requieren del estudio de los principios científicos y tecnológicos que permitan conocer y comprender los cambios físicos, químicos y bioquímicos, que ocurren en cada una de las etapas de los diferentes procesos para obtener un productos con la calidad requerida tanto técnica como microbiológica y nutricional. Por otra parte la comprensión de estos principios le permitirá a los estudiantes adquirir las conocimientos necesarios para estandarizar procesos y para desarrollar nuevos productos o mejorar los existentes. Objetivo General Conocer, comprender y aplicar las diferentes operaciones que se realizan para la obtención de la leche para consumo directo y para su procesamiento industrial que conlleve a la obtención de productos con la calidad técnica, higiénica y nutricional requerida para que un producto sea apto para el consumo humano.

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Objetivos específicos 1. Conocer y comprender en que consiste la operación de enfriamiento de la leche y el equipo utilizado para dicha operación. 2. Conocer y comprender los parámetros que se deben tener en cuenta para el almacenamiento de la leche. 3. Conocer y comprender en qué consiste la operación de higienización de la leche 4. Conocer y comprender en qué consiste la operación del descremado y cuál es su función. 5. Conocer y comprender cuales son los diferentes tipos de tratamiento térmicos que se puede realizar en la leche, identificando sus ventajas y desventajas. 6. Aplicar las diferentes etapas del proceso de la leche para su industrialización 7. Comprender y aplicar los procesos tecnológicos para la obtención de: leches concentradas, leche en polvo, leches fermentadas. Identificar y analizar los diferentes defectos que se presentan en cada uno de los productos obtenidos a partir de la leche, determine las causas y la forma de corregirlas o evitarlas 8. Comprender y aplicar los cálculos matemáticos que se requieren en cada uno de los procesos para la estandarización de los diferentes productos 9. Aplicar los principios sobre de balance de materia y energía como herramienta importante para el cálculo del rendimiento y costos de los diferentes procesos tecnológicos. 10.Conocer y aplicar lo relacionado con el control de calidad para cada uno de los productos obtenidos de acuerdo a las características técnicas, nutricionales y microbiológicas específicas para cada producto según las normas establecidas.

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CONTENIDO Capítulo 1. Tratamiento de la leche para consumo directo Lección 16. Enfriamiento Lección 17. Almacenamiento Lección 18. Higienización Lección 19. Descremado Lección 20.Pasterización Capítulo 2. Leches concentradas y evaporadas Lección 21. Descripción general Lección 22. Proceso de elaboración de la leche evaporada Lección 23.Defectos en la leche evaporada. Lección 24. Leche condensada azucarada Lección 25. Leche en polvo. Práctica 2: Elaboración de: arequipe, manjar blanco o panelitas Capítulo 3. Leches fermentadas Lección 26. Generalidades y valor nutritivo Lección 27. Características de las bacterias lácticas Lección 28. Tipos de cultivos Lección 29. Clasificación de los productos fermentados Lección 30. El yogurt.

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AUTOEVALUACION INICIAL Apreciado estudiante: Es importante que trate de contestar las siguientes preguntas, para que usted mismo analice que tanto sabe del tema y que tanto necesita y debe saber. A. Tratamiento de la leche para consumo directo 1. ¿Cuáles son los tratamientos básicos que se realizan en la industrialización de la leche para consumo directo? 2. ¿En qué consisten las operaciones de enfriamiento, almacenamiento, higienización y descremado y cuál es la función de cada una? 3. Cuáles son las operaciones que involucra la higienización?. Describa cada una de ellas. 4. ¿Cuál es la diferencia entre pasterización baja, alta y ultrapasterización? Tenga en cuenta las siguientes variables: temperatura, tiempo y calidad técnica, física y microbiológica de la leche. B. Leche concentrada o evaporada 5. ¿Qué entiende usted por leche concentrada o evaporada? 6. Realice un diagrama de flujo para el proceso de elaboración de una leche evaporada y describa brevemente cada una de las etapas, indicando los diferentes parámetros o puntos críticos de control. 7. ¿En qué consiste el proceso de estandarización de la leche para la obtención de sus productos? 8. Qué entiende por leche condensada azucarada? 9. Realice un diagrama de flujo para el proceso de elaboración de la leche condensada azucarada y describa cada una de las etapas del proceso. 10. Describa los diferentes defectos que se pueden presentar en la leche condensada azucarada, identificando las causas y la forma de prevenirlos. C. Leche en polvo 11. ¿Qué entiende usted por leche en polvo? 12. ¿Cuáles son los métodos de desecación de la leche en polvo? 13. Elabore un diagrama de flujo para la elaboración de la leche en polvo señalando los puntos críticos de control y describa cada una de las etapas del proceso. 14. Describa los diferentes defectos que se pueden presentar en la leche en polvo, identificando las causas y la forma de prevenirlos.

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D. Leches fermentadas 15. ¿Qué entiende por leche fermentada? 16. ¿Cuántos tipos de leches fermentadas conoce? 17. ¿Cuáles las características físicas, químicas y nutricionales de las leches fermentadas? 18. ¿Cómo se elabora el yogurt? 19. ¿Qué defectos se pueden presentar en este tipo de productos?

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CAPÍTULO 1. TRATAMIENTOS DE LA LECHE PARA CONSUMO DIRECTO La leche una vez recibida en la planta es sometida a una serie de tratamientos físicos que son realizados en las secciones de recepción y de proceso y su tratamiento depende del producto a elaborar. Este capítulo trata sobre los diferentes tratamientos básicos que debe tener la leche cruda para hacerla apta para el consumo humanoLos tratamientos básicos son: Lección 16. Enfriamiento Lección 17. Higienización Lección 18. Descremado Lección 19. Homogenización Lección 20. Tratamiento térmico (pasterización, refrigeración) LECCION 16. Enfriamiento La leche que no vaya a ser procesada en un corto tiempo después de recibirse en la planta, debe ser enfriada a unas temperaturas entre 4 y 5oC para almacenarla hasta que inicie su procesamiento. Sin embargo si la leche va a ser utilizada par la producción de quesos se debe mantener a una temperatura de 10 oC, ya que temperaturas más bajas afectan las propiedades del Caseinato de Calcio, componente básico para la producción de queso. El enfriamiento de la leche se efectúa en un Intercambiador de calor de placas, que consiste en un equipo provisto de placas en acero inoxidable colocadas paralelamente unas de otras y separadas por empaques de goma, su disposición en forma alterna permite que circule dos corrientes de flujo: el de la leche y el de agua helada, que se encuentra a una temperatura entre 2 y 2.5 oC, encargándose de absorber el calor de la leche y enfriarla. A las temperaturas óptimas para su almacenamiento. (4 a 5 oC). El intercambiador de calor también se utiliza para el tratamiento térmico de la leche específicamente para la pasterización alta, por lo que se tratará con más detenimiento en el numeral relacionado con la pasterización. LECCION 17. Almacenamiento una vez fría la leche se transporta a tanques de almacenamiento de donde se enviarán a las diferentes secciones de proceso, normalmente la capacidad de los tanques de almacenamiento de la leche se determina con base a la capacidad de producción de la planta es decir a la capacidad que tiene la planta de producir un

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volumen determinado de productos. La capacidad adecuada del tanque de almacenamiento será la diferencia entre el volumen de la leche que se recibe en determinado período y el volumen de la leche que se industrializa, lo cual dará la capacidad del tanque de almacenamiento de le leche que no se industrializará en ese mismo período, sin embargo es importante dar un margen mayor en la capacidad de los tanques para situaciones imprevistas. Los tanques de almacenamiento deben cumplir con las siguientes especificaciones: el material de construcción debe ser en acero inoxidable, provistos de un sistema cerrado, puede estar en posición horizontal o vertical, debe poseer un agitador tipo sanitario, tablero de control con indicadores de medición de volumen y temperatura. Deben estar diseñados con las condiciones necesarias para almacenar la leche a temperaturas entre 4 y 5 oC por un período mínimo de 20 horas en climas fríos o templados pero en climas cálidos se les debe instalar un material aislante. Su ubicación puede ser en la sección de recepción o de proceso, en el último caso debe estar cerca de los clarificadores e intercambiadores de calor. LECCION 18. Higienización Debido a que la leche cruda generalmente contiene macro y micro partículas o cuerpos extraños que pueden haberse originado durante las operaciones antes y después del ordeño, según las condiciones sanitarias con que se has realizado, Es necesario entonces realizar las operaciones de filtración y centrifugación en la etapa de recepción de la leche con el fin de eliminar toda impureza que traiga antes de someterla a las otras operaciones para su industrialización. La operación de centrifugación se realiza en unos equipos llamados clarificadores. ∆ Filtración Esta operación consiste en pasar la leche por unos filtros de tela sintética o algodón, en el momento de traspasar la leche que viene de su centro de acopio (granja) al tanque de balanza donde se realiza la eliminación inicial de las macropartículas o elementos extraños que trae la leche cruda. Normalmente se realiza un segundo filtrado al precalentar la leche en el intercambiador de calor que generalmente está provisto de filtros a presión. ∆ Clarificación o centrifugación Esta operación consiste en llevar la leche a una clarificadora que funcionan por centrifugación separando en la superficie de la pared interna del aparato todos los contaminantes que quedan después de haberla sometido a la filtración el diseño de este máquina es semejante al de una descremadora, con algunas diferencias según sea el tratamiento de la leche a realizar.

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∆ Bactofugación Es la operación mediante la cual la leche se somete a un equipo de bactofugación para separar además de las partículas contaminantes de la leche , cierto tipo de bacterias esporuladas como los bacilos y los Clostridium, que producen efectos nocivos en la producción de algunos quesos como el Gruyére y Emmenthal. Mediante esta operación se logra eliminar alrededor del 90% de las bacterias mencionadas con un pérdida máxima del 1.5% de leche. Una mayor eficacia en el proceso se logra reduciendo la viscosidad de la leche mediante el calor sometiéndola a unas temperaturas entre el 60 y 65 oC. ∆ Homogenización Esta operación se aplica a la leche con el fin de reducir el tamaño de los glóbulos grasos de la leche o la crema y evitar la aparición de la grasa en la superficie al separarse la fase hídrica de la materia grasa. El procedimiento consiste en someter la leche a unas presiones entre 250 a 350 kilogramos por centímetro cuadrado cuando se conduce a través de un tubo cerrado por el orificio externo o salida de la leche con un tapón cónico de acero, donde choca con gran fuerza lográndose el rompimiento de los glóbulos grasos de la leche hasta obtener un tamaño entre 1 a 2 micras. La salida de la leche por la abertura del tapón produciéndose una reducción rápida de la presión de la leche ocasionando el estallido del glóbulo graso. La operación de homogenización se puede realizar antes o después de la pasterización y es importante analizar la ventaja de uno y otro proceso desde el punto de vista microbiológico. Cuando la pasterización se realiza antes, de la homogenización, en un leche contaminada por bacterias entre las cuales se encuentran los Staphylococcus, que se agrupan en forma de racimos, o las Sarcinas que se agrupan en paquetes, al recibir la leche el tratamiento de pasterización se eliminan las bacterias de la superficie y sobreviven las del centro, entonces cuando se aplica la homogenización se rompen los racimos o paquetes produciéndose un conteo mayor de células bacterianas. Cuando se realiza primero la homogenización y después la pasterización, las agrupaciones de bacterias mencionadas, se separan y se convierten en cocos aislados, los cuales se destruyen más fácilmente por acción del calor. La temperatura de homogenización aconsejable es de 65 a 70 oC; sin embargo un efecto desfavorable en este procedimiento es que se aumenta la superficie de materia grasa ( al reducirse el tamaño del glóbulo graso) lo que disminuye la acción de los agentes químicos emulsificantes y protectores del glóbulo graso, la lecitina y las proteínas de la membrana del glóbulo y con ello los triglicéridos

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quedan expuestos a la acción de la lipasa, ocasionando el efecto de rancidez de la crema, efecto que se puede obviar si se somete la crema a una pasterización alta, cuya temperatura sea de 90 oC por 15 a 20 segundos, con el fin de inactivar o destruir la enzima. LECCION 19. Descremado Esta operación tiene como objetivo separar parcialmente o totalmente el contenido de materia grasa de la leche. Para este se utiliza una descremadora que opera por centrifugación. Y su diseño es parecido a la clarificadora. Para lograr un descremado óptimo se debe someter la leche a una temperatura entre 30 y 35 oC. El descremado total de la leche se utiliza para obtener una crema con un alto contenido de materia grasa (aproximado a 40%) la cual se utiliza en la elaboración de la mantequilla. El descremado parcial es utilizado para reducir el contenido graso de la leche que se necesita en la elaboración de quesos, o productos tipo light y dicha proporción dependerá del tipo de queso o producto a obtener. La leche descremada tiene una variedad de usos entre los cuales se encuentra la producción de quesos de diferente contenido graso, la producción de leche en polvo descremada o para la producción de caseína, •

Tratamiento Térmico

Cualesquiera que sea el tipo de leche de productos o subproductos a obtener se requiere someter la leche a un tratamiento térmico previo. Este tratamiento tiene varios objetivos a saber: Destruir todos los agentes patógenos causantes de enfermedades tales como bacterias, Rickettsias, virus, protozoarios

al hombre

Reducir los microorganismos saprofitos que son los que generalmente afectan la calidad de la leche y sus productos. Aumentar el período de conservación de la leche y sus productos. El nombre de pasterización se debe al químico francés Louis Pasteur quien a finales del siglo XXI descubrió a través de sus investigaciones la manera de eliminar las levaduras indeseables en la fermentación del vino y de la cerveza, mediante la aplicación de calor a una temperatura aproximada de 65 por 30 minutos logrando así que las levaduras fundamentales para la elaboración de estos productos pudieran crecer. A fines del mismo siglo el procedimiento realizado por Pasteur se aplicó a la leche obteniéndose los resultados favorables con respecto a la conservación de la calidad microbiológica de la leche, sin alterar su calidad organoléptica. Hoy en día se realiza este tratamiento en la elaboración

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de muchos productos que pertenecen a otros grupos de alimentos, como frutas, hortalizas entre otros. La pasterización es entonces un tratamiento térmico por debajo del punto de ebullición del agua y en un tiempo mínimo que permita las destrucción total de los microorganismos patógenos, se han realizados diferentes ensayos para determinar las diferentes combinaciones de tiempo y temperatura a los cuales se destruyen las bacterias patógenas que pueden crecer en el medio de la leche, obteniéndose los resultados que aparecen en la tabla 3. El equipo más utilizado hoy en día para la pasterización de la leche es el intercambiador de calor de placas, más adelante se dará una breve descripción de este equipo. Tabla 4. Tiempo (en segundos) de muerte térmica de algunas bacterias patógenas BACTERIAS Mycobacterium (tuberculosis) Brucella Melitensis (fiebre malta) Corynebacterium (difteria) Salmonella typhosa (fiebre tifoidea) Streptococcus pyogenes (intoxicación alimentaria) Escherichia Coli

o

60 C.

o

o

o

o

65 C. 17 –32 seg

70 C. 10 –17 seg

75 C. 5-8 seg

80 C. 2-3 seg

175–210seg

32-55

22-29

10-12

2-4

28-35

9-10

3

2

2

76-82

17-19

6-7

2-3

2

1080-1330

58-63

12-15

5-7

3-4

125

18

-

4

2

Fuente: Francis Keating Patrick. Introducción a la Lactología. 2000 Se distinguen tres métodos de pasterización: la pasterización lenta o baja, la pasterización alta y rápida y la ultra pasterización. LECCION 20. Pasterización. •

Pasterización lenta o baja.

Mediante este tratamiento la leche se somete a temperaturas entre 63 a 65oC por un tiempo de 30 minutos para luego someterla e enfriamiento. Este tratamiento por se suave no produce mayores modificaciones en las características de aroma, color y sabor de la leche y la separación de la crema es más ràpida. Desde el punto de vista bacteriológico es un método eficaz para eliminar las bacterias patógenas siempre y cuando no se trabaje grandes volúmenes y se evite la formación de espuma, para que no se contamine la leche por bacterias termorresistentes. Se aconseja este tratamiento para cantidades de leche hasta

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de dos mil litros, y con leches con escasa carga bacteriana. Para cantidades mayores se aconseja el método de pasterización alta o rápida. El equipo utilizado puede ser el de una tina quesera provista de doble pared por donde se hace circular agua fría y agua caliente, por supuesto la operación de transferencia de calor es bastante lenta pues además de los 30 minutos debe tenerse en cuenta el tiempo que se necesita para ajustar la temperatura requerida para el calentamiento y luego para el enfriar la leche. •

Pasterización rápida o alta

Consiste en someter la leche a una temperatura de 72 oC, durante 15 segundos. Es el tratamiento más utilizado actualmente. Esta pasterización se realiza en un pasterizador propiamente dicho o intercambiador de calor de placas. (Figura 9). El intercambiador de calor de placas consiste en un equipo de placas rectangulares y de superficie ondulada que se unen en forma vertical y en posición paralela, mediante empaques de goma localizados en la periferia de las placas. Entre los espacios de las placas circula en forma alterna la leche y el agua caliente o fría, siendo el flujo de la leche continuo lo cual es una ventaja en tiempo y sobre la calidad de la leche teniendo en cuenta que una de las características del equipo es que es un sistema cerrado. El cuerpo del intercambiador está divido en dos secciones una anterior (adelante) o de calentamiento y otra posterior (atrás) o de enfriamiento. La primera sección (anterior) está provista de dos áreas, la de recuperación y la de pasterización. En la sección de recuperación fluye la leche fría, encontrándose con la leche que ha sido pasterizada (área de pasterización a temperaturas de 72 - 73 oC por 15 a 20 segundos) y que fluye en sentido contrario. Es en esta sección donde ocurre el intercambio de calor: la leche caliente cede calor a la leche fría, enfriándose y la leche fría absorbe calor y se calienta, ocurriendo el precalentamiento. La leche que sale de la sección de recuperación, pasa a la sección de enfriamiento (posterior), que también está provista de dos áreas: una por la que circula agua fría y que enfriará la leche que entra precalentada y la otra por la que circula el agua helada y enfría aún más la leche hasta una temperatura de 4 o C para pasar enseguida al tanque de almacenamiento. En resumen la leche realiza el siguiente recorrido: precalentamiento (en la zona de recuperación), pasterización (72 - 73 oC por 15 –20 segundos); enfriamiento con leche fría en la zona de recuperación, y con agua fría y finalmente con agua helada, en la zona de enfriamiento.

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Ventajas de este tratamiento con respecto a la pasterización baja:







Flujo de la leche continuo, permitiendo manejar grandes cantidades en una misma jornada de trabajo. Mayor ahorro de energía. Recuperándose hasta un 80% de calor Mayor rapidez (de 2 a 3 minutos) Ocupa menos espacio Menor riesgo de contaminación de la leche Mayor garantía de higiene ( más facilidad de limpieza) •

Ultra pasterización

Consiste en someter la leche a temperaturas entre 110 - 115 oC por un tiempo no mayor de 4 segundos. Para luego envasarla en empaques de cartón o Tetrapak. Mediante este método la leche tiene un mayor período de conservación sin aplicar ningún sistema de refrigeración ni en el transporte ni en los almacenes o tiendas. Por lo tanto la leche podrá ser transportada y distribuida a lugares lejanos sin sufrir deterioro alguno, así mismo ubicarla en los anaqueles de los supermercados y tiendas a temperatura ambiente siempre que se tengan en cuenta las condiciones requeridas para su transporte, distribución y almacenamiento. El proceso que implica la obtención de una leche ultra pasterizada es el de inyectar directamente sobre la leche pasterizada una corriente de vapor purificado, con lo que se logra la elevación de la temperatura deseada para pasar a una cámara de vacío donde ocurre las expansión del líquido y como consecuencia la separación de vapor, el cual es absorbido por la corriente del agua que se utiliza para generar el vacío de la cámara.

•

Pasterización de la leche para la fabricación de quesos

Para la elaboración de quesos se debe pasterizar la leche a temperatura de 70 oC durante 15 a 20 segundos, el tratamiento rápido o a 65 oC por 30 minutos en el tratamiento lento. Un tratamiento térmico a temperaturas más elevadas produce la precipitación del calcio como trifosfato de calcio que es una sal insoluble. Este fenómeno descompensa el calcio iónico frente al calcio coloidal ocurriendo una coagulación defectuosa. Esta pérdida se puede recuperar con la adición de cloruro de calcio en un proporción entre 10 a 30 gr. Por 100 litros de leche. •

Pasterización de la leche para elaborar mantequilla

La leche que se va a utilizar para obtener mantequilla debe someterse a un tratamiento de 95 oC, durante 15 – 20 segundos y luego enfriarse a 60 a 65 oC, para proceder a descremado. La crema por separado se debe pasterizar a 95 oC por 15 a 20 segundos para inactivar la enzima lipasa, causante de la rancidez de

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la mantequilla. Luego se somete a enfriamiento hasta una temperatura de 21 oC o a 7 – 8 oC (según índice de yodo de la grasa butírica) •

Pasterización para la leche en polvo

El tiempo y la temperatura de pasterización dependerán del tipo de leche a obtener. Para la leche descremada se debe precalentarse a 88 oC por 3 minutos y para leche con materia grasa a 90 oC por 20 minutos con este precalentamiento se garantiza la destrucción de la lipasa y por supuesto un menor riesgo de contaminación b3.acteriana. Una vez sometida a cualquiera de los tratamientos térmicos señalados se concentra la leche y luego se somete a secado a unas temperaturas entre 250 - 300 oC Refrigeración y congelación •

Refrigeración

La finalidad de la refrigeración es enfriar la leche a una determinada temperatura que modifique la velocidad de algún proceso, por ejemplo para retardar la alteración, para provocar la cristalización de la materia grasa o para favorecer el desnatado espontáneo de la leche. Al principio de este capítulo se trató el enfriamiento de la leche con el fin de retardar la alteración o conservar la calidad microbiológica de la leche con el fin de almacenarla en condiciones óptimas para ser procesada. Para la refrigeración de grandes cantidades de leche, se utiliza específicamente el intercambiador de calor de placas que se utiliza también para la pasterización y cuyo funcionamiento se basa en los mismos principios, pero en la refrigeración la transmisión de calor es más lenta debido a que la viscosidad de un líquido, en este caso la leche aumenta al bajar la temperatura y como consecuencia se reduce el número de Reynolds (Re). El cambio de la viscosidad de la leche, ocasiona algunos problemas especialmente en la nata con un contenido alto de grasa porque causa la agregación de los glóbulos grasos aumentando aún más la viscosidad de la nata de la leche, lo cual, tendría un efecto negativo sobre el producto. También al aumentar la viscosidad de la leche, se produce una mayor resistencia del líquido a fluir en un intercambiador de placas por lo que se requiere utilizar otro tipo de intercambiador de calor. Sin embargo en la industrialización de la leche, se retira parte de la materia grasa (descremado) antes de someterla a refrigeración, para resolver el problema anteriormente mencionado. La refrigeración de productos envasados se prolonga por más tiempo especialmente con los productos de mayor viscosidad, para los cuales se utiliza normalmente la circulación de aire frío.

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•

Congelación

El punto de congelación de la leche es a –0.540C, siempre y cuando no ocurra un sobreenfriamiento. Lógicamente la leche concentrada tendrá un punto de congelación más bajo. •

Control en el tratamiento térmico

Es importante resaltar que en todo tratamiento térmico, el control de dos variables la temperatura y el tiempo, es clave, porque de ello depende la eliminación de las bacterias patógenas que pueden deteriorar la leche y hacerla no apta para el consumo humano, pero también este control debe ser adecuado para que las características organolépticas y la composición de la leche no sufran cambios desfavorables para el producto. Por lo tanto se debe tener en cuenta que este control debe realizarse durante todo el proceso de producción teniendo en cuenta los puntos críticos de los cuales dependerá las características del producto final, pero también el producto terminado deberá tener un control adecuado para que durante su almacenamiento y distribución no sufra ningún deterioro. Los principales riesgos que se deben controlar en todo proceso térmico son: La intensidad del calentamiento que en el caso de un intercambiador de calor es el vapor caliente que circula por una de las placas el que calienta la leche, que luego es desviada, por medio de una válvula de desviación de flujo, al tanque de alimentación cuando la temperatura de pasterización desciende por debajo de un valor límite. El riesgo de que el tiempo de calentamiento sea demasiado corto es poco ya que los volúmenes de leche que circulan por el intercambiador de calor son fijos y es poco probable, que la bomba que impulsa la leche cambie de repente de velocidad. Sin embargo es posible que se incremente la formación de depósitos en el equipo y esto reduzca la temperatura de calentamiento. La recontaminación de la leche, que puede producirse cuando la leche cruda o la leche calentada a temperaturas menores que la de la pasterización, se mezcla con la leche tratada en las condiciones adecuadas debido a fugas en el intercambiador o por error en conexiones. También se puede producir la recontaminación cuando la leche fluye por un conducto o una máquina que no ha tenido el debido tratamiento de limpieza. Esta recontaminación debe evitarse realizando un buen tratamiento higiénico, sanitario, teniendo en cuenta que el equipo pasterizador va directamente al equipo de envase aséptico. Las bacterias pueden crecer en el equipo de calentamiento, es el caso de un pasterizador discontinuo. En el caso de los tanques de regulación, por donde pasa la leche a temperaturas bastante altas pueden crecer bacterias como el Bacillus y el B. stearothermophilus (temperatura óptima de crecimiento 65 –75oC) o Coagulus (máximo 55 a 60 C). Dichas bacterias regularmente son muy pocas en la leche cruda pero la contaminación solo se percibe después de muchas horas.

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Es obvio que unas buenas operaciones de limpieza y desinfección del equipo evita esta clase de problemas. En el caso de que un pasterizador lleva funcionando varias horas sin ser sometido a limpieza, especialmente en la sección de regeneración, en donde la leche se enfría, puede contener bacterias que sobreviven al tratamiento de pasterización y producir colonias en la superficie metálica de las placas o tubos en donde se ha formado un depósito de componentes de la leche. Esta capa de bacterias toman el nombre de “biofilm” cuyas colonias de bacterias, pueden crecer muy rápidamente produciendo un alto recuento microbiano de la leche pasterizada que en la mayoría de los casos se trata del Streptococcus thermophilus (temperatura óptima de crecimiento de 53oC). En todo caso la limpieza adecuada y periódica del intercambiador evitará este problema. En resumen un buen control de temperatura, tiempo y unas buenas prácticas de limpieza y desinfección de equipos evitará de todas maneras la contaminación por bacterias de la leche y por ende obtener un producto de excelente calidad.

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LECTURA COMPLEMENTARIA

REVISTA DE PEDIATRÍA. Leche ultra pasteurizada en empaques de cartón laminados con foil de aluminio. 27 de julio de 2009, Extraído de, http://www.encolombia.com/pediatria34499-leche.htm

Uno de los parámetros de calidad de un producto ultra pasteurizado es el empaque; en este caso el empaque juega un papel muy importante, ya que si no brinda una hermeticidad total y una buena barrera a la permeabilidad del oxígeno y de la luz, el esfuerzo realizado en las etapas anteriores puede perderse por completo. Actualmente en el mercado existen varios tipos de empaques para leches UHT, pero desafortunadamente no todos garantizan los parámetros de calidad que se exige en un producto de este tipo, afectando en gran medida la calidad nutricional de la leche. En el caso de los nutrientes como las vitaminas liposolubles de la leche (Ej. Vitamina A), los altos valores de permeabilidad de oxígeno y de transmisibilidad de luz a través de algunos materiales de empaque, producen grandes pérdidas en los contenidos iniciales de dichas vitaminas, disminuyendo así la disponibilidad de estos nutrientes en la leche. La consecuencia directa sobre la leche, de la permeabilidad del oxígeno y de la transmisibilidad de luz, es que el contenido de oxígeno disuelto en la leche se aumenta, generando reacciones de oxidación del material graso catalizadas por la luz y en consecuencia pérdida de la vitamina A. Estudios realizados han demostrado que la permeabilidad del oxígeno y la transmisibilidad de luz a través del material de empaque efectivamente influyen en gran medida en la calidad nutricional de los productos durante su almacenamiento. Es así como se encuentran grandes diferencias entre materiales de empaque, especialmente entre el cartón laminado y la bolsa plástica, envases utilizados para leche UHT. En la tabla No. 1, se presentan los valores de barrera al oxígeno y a la luz de cada materia.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 301105 – TECNOLOGIA DE LACTEOS TABLA 1. Valores de barrera al oxígeno y a la luz de los materiales de empaque de la

leche UHT

Material de empaque Caja de cartón con foil de aluminio Bolsa plástica con barrera de PEBD

Permeabilidad al oxigeno valor promedio 0.1

% Transmisibilidad de la luz a 400/500nm 0.2/0.1

2.210

0.2/0.1

Análisis realizados por la Universidad de los Andes. Julio 99. Mediante este análisis se encuentran diferencias muy significativas entre tipos de empaques, ya que la permeabilidad del empaque con barrera de PEBD (Polietileno de baja densidad) es 2210 veces mayor que la permeabilidad del empaque con barrera de foil de aluminio. Pérdidas generadas por efectos de la reacción de fotooxidación, en la vitamina A, según tipo de material de envase

TABLA 2.

Tipo de de envase

material

Caja cartón barrera Foil - Aluminio Bolsa plástica barrera PEBD

5.571

4.653

% de pérdida especto a la vitamina inicial 17%

1.625

389

76%

Vitamina inicial ui/l

A

Vitamina 15 días ui/l

A

Como se puede observar es muy importante desde el punto de vista nutricional que el empaque cumpla con su función protectora, garantizando la calidad total del producto. Las barreras al oxígeno son muy importantes en un envase para leche ultrapasteurizada larga vida, ya que es un indicador de la permeabilidad a olores y sabores, sobre todo en el caso de este tipo de productos que se distribuyen a temperatura ambiente, leche UHT, situación que permite que el producto sea exhibido junto con otros productos como los detergentes, jabones, cárnicos, hortalizas, entre otros que poseen compuestos aromáticos,que fácilmente se solubilizan en el aire y por lo tanto pueden contaminar la leche UHT si el empaque no suministra una adecuada barrera, contaminando el producto y generando olores y sabores desagradables no deseados en una leche de alta calidad, como lo debe ser la leche UHT. ENVASADO ASÉPTICO El envasado aséptico consiste en sistemas de llenado en condiciones estériles y en equipos herméticos, dotados de mecanismos de esterilización del empaque antes del llenado, mediante el uso de peróxido de hidrógeno, el cual es removido posteriormente mediante una corriente de aire caliente, logrando así crear un ambiente libre de bacterias en la sección de llenado.

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La operación de llenado se desarrolla bajo estricta higiene y control de desperdicios. En el caso de los envases de cartón laminado el llenado del envase es total, sin dejar espacio para la introducción de aire que pueda contaminar microbiológicamente el producto, ya que el empaque se sella por debajo del nivel del líquido. El peróxido de hidrógeno utilizado para la esterilización del empaque puede ser retornado hasta 30 veces y cuando debe ser desechado, se diluye hasta lograr concentraciones sin agresividad para el medio ambiente

CONCLUSIÓN

La leche ultra pasteurizada larga vida que cumple con las cuatro variables de calidad (leche del mejor hato, procesamiento de esterilización, envasado aséptico y un adecuado envase aséptico), es un producto que posee amplísimos beneficios al consumidor, en términos de higiene y nutrición, especialmente en niños, quienes se encuentran en estado de desarrollo y sus necesidades de nutrientes, deben ser suplidas adecuadamente

¿Qué conclusiones puede sacar usted de esta lectura?

Comparativamente ¿qué tipo de empaque utilizaría para garantizar la calidad de la leche desde un punto de vista nutricional y de inocuidad?

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CAPITULO 2. LECHES CONCENTRADAS O EVAPORADAS Las leches concentradas también se denominan leches condensadas o evaporadas, teniendo en cuenta que son leches que han sufrido una remoción parcial del agua ocurriendo la concentración de los sólidos y por ende el aumento de su período de conservación, bien sea durante su almacenamiento o distribución. Para que estas leches se puedan conservar, deben ser sometidas a tratamientos de esterilización o adicionarles azúcar. De acuerdo al método de conservación se clasifican en dos tipos: concentradas esterilizadas y concentradas azucaradas. La proporción original de los sólidos de la leche es aproximadamente del 12% pero en las leches concentradas esta proporción puede ser duplicada o triplicada llegando a una cantidad de 24 – 36% de sólidos totales. La leche se concentra mediante la evaporación del agua al vacío con el fin de eliminar el agua a unas temperaturas entre 45 –50oC, sin deteriorar la leche y conservar sus características organolépticas. El equipo utilizado para evaporar la leche es básicamente el evaporador y existen diferentes tipos de evaporadores como los de efectos simples o múltiples con o sin comprensión de vapor. En este capítulo se tratan los siguientes temas: • • • • •

Lección 21. Descripción General Lección 22. Elaboración de la leche evaporada Lección 23. Defectos de la leche evaporada Lección 24. Leche condensada azucarada Lección 25. Leche en polvo

LECCION 21. Descripción de la leche concentrada o evaporada “La leche evaporada es una leche homogenizada, concentrada y esterilizada. Es un producto de larga conservación (durantes varias meses incluso en climas tropicales), es absolutamente segura para el consumidor y puede almacenarse sin necesidad de refrigerarse.”2 . El producto posee un color pardo, debido a las reacciones de Maillard y un sabor característico a “cocido” .Debido al tratamiento de esterilización pierde hasta el 10% de la lisina y aproximadamente el 50% de las vitaminas del complejo B. Es un 2

WALSTRA. Ciencia y Tecnología de los productos lácteos. Editorial Acribia E/2001. pág., 429

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producto bastante viscoso y su viscosidad es 20 veces mayor que la de la leche llegando a tener una viscosidad de 40 mPa. Cuando la leche evaporada es sometida a el proceso de esterilización UTH las pérdidas de sus nutrientes es menor presentando un color más claro y un sabor más agradable que el del “cocido” Usos: Se utiliza en la mayoría de los climas tropicales como crema para adicionar al café o diluída para tomar directamente. Cuando es azucarada se utiliza para consumo directo como golosina o como ingrediente para la preparación de gran variedad de postres. LECCION 22. Proceso de elaboración de la leche evaporada Descripción del proceso de elaboración de la leche evaporada  Control de calidad de la leche Para producir leches evaporadas, se requiere partir de leches de excelente calidad. Una leche es de buena calidad cuando proviene de vacas sanas, ordeñadas con las condiciones higiénicas apropiadas, libre de calostro y compuesto químicos. La leche que se va a utilizar para procesar debe haber sido sometida a enfriamiento previo. La valoración de la calidad de la leche se inicia desde el andén o plataforma de recepción y se complementa con análisis más específicos ya en el laboratorio de la planta. Las pruebas que normalmente se realizan son las siguientes: Pruebas para determinar las características sanitarias de la leche principalmente con respecto a la mastitis infecciosa de la ubre, la cual puede ser detectada en forma indirecta a partir de análisis colorimétrico utilizando la resazurina o azul de bromotimol o en forma directa a partir del recuento de colonias de bacterias a través del microscopio. Pruebas para determinar las características higiénicas de los productos que se utilizan en el manejo de la leche. Para estas pruebas se analiza la presencia de residuos, el olor, color y sabor de la leche y finalmente se evalúa la presencia de bacterias acidificantes por medio de la prueba del azul de metileno para detectar la presencia de la enzima reductasa bacteriana. Prueba para determinar la estabilidad de la leche al calor mediante la prueba del alcohol (70.- 75%) que debe dar un resultado negativo. Otro método consiste en someter la leche a un tratamiento térmico severo, para este la leche se agrega a unos tubos capilares cuyos extremos son sellados al calor

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de la llama y luego se sumergen en un baño de aceite mineral pesado que está a una temperatura de 140oC ± 1 oC. Cada tres minutos se observa si la leche ha sufrido coagulación. Ambas pruebas, tanto la del alcohol como la del tratamiento térmico conducen a detectar un 90% de las leches inestables. Figura 10. Diagrama de flujo para el proceso de elaboración de la leche entera evaporada esterilizada en botella (izquierda) y UHT (derecha).

RECEPCIÓN DE LA LECHE

PRUEBAS DE CALIDAD

ESTANDARIZACIÓN

PRECALENTAMIENTO 30 S a 130OC CONCENTRACION

ESTABILIZACIÓN HOMOGENIZACIÓN

CON Na2 HPO4

O

65 C – 22 S- 5 MPa ENFRIAMIENTO

ESTERILIZACIÓN

O

O

A 10 C

15 S a 140 C HOMOGENIZACIÓN

ESTABILIZACIÓN 45 MPa

CON Na HPO ENVASADO

ENFRIAMIENTO O

A 10 C ESTERILIZACIÓN

ENVASADO

O

ASÉPTICO

15 MIN A 120 C

ETIQUETADO Y EMBALAJE

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 Estandarización Consiste en modificar la relación materia grasa / extracto seco magro de la leches para obtener la cantidad deseada en el producto final (0.441 en la leche evaporada normal). Es la primera operación que se debe realizar. Cuando la estandarización es discontinua o por cochadas, entonces, la leche se desnata o se le adiciona nata dependiendo del resultado de los análisis. Cuando se hace por el método continuo o automático, se utiliza un aparato llamado estandarizador, que esta provisto de dispositivos programados para realizar el muestreo, el análisis y la corrección respectiva.

La estandarización automática o continua se realiza en dos etapas. En la primera, se separa la nata de la leche en una centrífuga de discos y al mismo tiempo, la fuerza centrífuga depura o clarifica la leche. A la salida de la desnatadora, por un conducto va la nata y por otro la leche desnatada, pero ambos componentes vuelven a mezclarse en las proporciones previamente calculadas por un microprocesador que estandariza la proporción de la grasa deseada. El proceso de estandarización de la leche se inicia con la introducción de los datos correspondientes a los contenidos de materia grasa de la leche desnatada y la leche estandarizada, en el sistema de control que recibe la información sobre el funcionamiento del sistema. El contenido de la grasa de la nata es inversamente proporcional al flujo y se controla con el caudalímetro. Se calcula la relación entre el caudal de leche estandarizada y el de la nata que se incorpora y el microprocesador mantiene constante el contenido en materia grasa de la leche estandarizada. (Ver figura 11. Esquema de un proceso de estandarización)

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Figura 11. Esquema de un proceso de estandarización

Medidor de flujo Desnatada Leche

leche estandarizada

desnatadora

sistema de control

Leche Excedente de nata Válvula de regulación Medidor de flujo Nata

Fuente. J. Amiott. Ciencia y tecnología de la leche.1995

Ejemplo: si se llama M1 a la cantidad de nata que se incorpora con un porcentaje de M.G.G1 M2 a la cantidad de leche desnatada con un porcentaje de M.G.G2 y Ms a la de le leche estandarizada con un porcentaje de grasa Gs, Se tendrá: MS = M1 + M2 Entonces: M.G.G1 + M.G.G2 = M S G S, = (M1 + M2) G S

O sea, M1 M2

G S - G2 =

G1 - G S

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Problema: Sea el contenido graso de una cantidad de nata M1 de 25% y el contenido graso de una cantidad de leche desnatada M2 del 2%. La leche estandarizada debe contener el 4% de M.G. y la cantidad de leche desnatada es de 35.000 Kg /h Calcule: a. la cantidad de nata M1 b. la cantidad de la leche estandarizada MS Solución:

M1

4.0 – 2.0 =

M2

= 0.09524 25 – 4.0

Entonces M1 = M2 x 0.09524 = 35.000 x 0.09524 = 3333.4 Kg/h

MS = 35.000 + 3333.4 = 38.333.4 Kg/h

Para cumplir con las normas legales es necesario realizar un análisis a la leche después de ser evaporada y homogenizada y en caso de no cumplir la norma realizar el respectivo ajuste a la relación de la materia grasa, / extracto seco magro.

 Precalentamiento Consiste en someter la leche estandarizada a una temperatura de 130oC durante 30 segundos con el fin de mejorar la estabilidad térmica de la leche evaporada, de inactivar enzimas y destruir microorganismos y esporas bacterianas. Mediante este tratamiento de UHT se logra una esterilización más severa sin deteriorar las características organolépticas de la leche. Mediante el precalentamiento se logra un aumento en la eficacia del evaporador permitiendo la entrada de la leche a temperaturas mucho más altas y también se logra una estabilización mayor de la proteína, haciendo que la elche

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evaporada sea más resistente al la esterilización térmica que debe sufrir después de envasada en las latas. Para el precalentamiento se utilizan intercambiadores de calor de placas o tubulares que funcionan a presión.  Concentración por evaporación Consiste en evaporar la leche para aumentar el contenido en extracto seco hasta la cantidad apropiada. Esta cantidad es de gran importancia pues una concentración excesiva reduce el rendimiento y la estabilidad térmica. La estandarización del extracto seco se realiza mediante la determinación de la densidad y en función de esta variable se ajusta la cantidad de vapor. Es necesario determinar la densidad y extracto seco inicial de la leche. También se puede obtener esta estandarización mediante la determinación del índice de refracción. Actualmente la concentración de la leche por evaporación se realiza utilizando el vacío a presión, mediante el cual se aplican temperaturas relativamente bajas, obteniéndose una mayor eficacia del proceso, a menor costo de energía y mejor calidad del producto. Para lograr esto la industria moderna lechera utiliza equipos de funcionamiento continuo de múltiples efectos en donde la leche se calienta en tiempos tan cortos que causa el mínimo de transformaciones químicas impidiendo del todo el efecto de caramelización o la aparición del sabor a cocido. Existen diferentes modelos o tipos de evaporadores con diversas características técnicas, sin embargo el más utilizado en la industria láctea es el de película ascendente. Que consiste en un aparato provisto de tubos verticales dentro de un recinto lleno de vapor. La leche fluye por un dispositivo de distribución y es pulverizada en forma de capas muy finas que se van deslizando hacia la parte inferior. La acción del vapor y del vacío suministrado por el equipo, ocasiona la evaporación rápida del agua contenida en la leche y mediante un separador tipo ciclónico que se encuentra en la base de los tubos, se separa el vapor de la leche concentrada. Otro sistema utilizado para la concentración por evaporación es el evaporador de placas donde el calentamiento se realizan por medio de las placas en lugar de intercambiadores tubulares, este sistema puede ser de simple o múltiple efectos y tiene la ventaja de ocupar menos espacio que el intercambiador tubular vertical.

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La leche también puede ser concentrada parcialmente por ósmosis inversa y cuando alcanza cierto grado de viscosidad, es más recomendable por costos y eficacia continuar la concentración por evaporación. La ventaja de la ósmosis inversa es que se utiliza temperaturas más bajas que la de la evaporación y por lo tanto requiere menos energía, pero el tiempo es más prolongado.  Homogenización La leche concentrada sale del evaporador y pasa al homogenizador donde se logra estabilizar la emulsión de grasa para su posterior almacenamiento. Otros efectos de la homogenización es aumentar la viscosidad de la leche, disminuir la estabilidad al calor y la dispersión en pequeñas partículas de la proteína coagulada durante el precalentamiento y la evaporación. Las variaciones de viscosidad del producto terminado, se debe principalmente a las variaciones de presión en la homogenización. Los cambios de la presión están entre 14.000 y 21.000 Kpa (2000 a 3000 lb/in2).  Refrigeración, estandarización final y adición de sales estabilizantes Después de homogenizada la leche evaporada se somete a refrigeración rápida con el fin de evitar cualquier contaminación bacteriana y se almacena en tanques aislados que están provistos de agitadores. En esta operación se realiza la estandarización final, el enriquecimiento con vitaminas A y D si se requiere y se añaden las sales estabilizantes. La estabilización, se realiza con el propósito de evitar la coagulación de la leche evaporada durante la esterilización y para que se logre la viscosidad deseada esta se logra con la adición de sales estabilizantes como el fosfato ácido de sodio (Na2 HPO4), también se pueden utilizar otras sales como el citrato sódico y cloruro de calcio, se pueden utilizar solas o combinadas en una proporción del 0.1%. La acción de estas sales es ajustar el pH, y se agregan en forma de dilución acuosa por lo que se produce una ligera dilución de la leche evaporada y ello requiere una reestandarización del contenido del extracto seco. Las latas o botellas se esterilizan para el posterior envasado.  Envasado Existen diferentes tipos de envases para la leche evaporada, pero los más utilizados son los botes o latas metálicas de 170 a 410 g y algunas con

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sellado hermético o provistas de opérculo soldado. Las latas están provistas en su cara interna de unas capas protectoras de un polímero adecuado al producto para evitar reacciones con el hierro y el estaño de la lata. Para el envasado de la leche se utilizan envasadoras automáticas que realizan la operación de llenado y sellado de las tapas. Esta operación representa un gran riesgo de contaminación y por eso en la mayoría de los casos en el cerrado o sellado de las latas se someten a chorros de vapor que sacan el aire de los envases y ocasionan el vacío durante la refrigeración posterior. Este vacío se mide por medio del vacuómetro.  Esterilización Una vez se realiza el envasado y sellado, el producto se envía a la autoclave para su esterilización por cochadas o lotes o en continuo, según el tipo de equipo. El objetivo principal de la esterilización es destruir todas las esporas bacterianas e inactivar la plasmina o proteinasa nativa. Las esporas más termorresistentes son del género Bacillus Stearothermóphilus. El tratamiento se realiza en tres etapas. Calentamiento, mantenimiento y enfriamiento. Cuando la esterilización se realiza por lotes o cochada o sea en proceso discontinuo, las latas se juntan y mediante un aparato apropiado que ocasiona un movimiento de rotación se produce la agitación adecuada durante el calentamiento y el enfriamiento lo que permite una transferencia de calor más rápida y uniforme que le proporciona una textura más homogénea a la leche. Mediante el sistema continuo, las latas de leche que están en movimiento pasan al esterilizador a una determinada velocidad. Normalmente se utilizan temperaturas de 115oC durante 20 minutos ; de 120 oC durante 10 minutos o de 124 oC durante 6 minutos, que una leche estable al calor puede soportar, produciéndose una ligera precipitación de proteínas que influyen en un aumento despreciable de viscosidad. Sin embargo se realizan tratamientos a temperaturas más altas y en tiempos más cortos que causan un efecto más favorable en las características organolépticas de la leche, especialmente en el color que resulta más blanco. Esterilización UHT. Este proceso, por utilizar temperaturas más altas y tiempos más cortos, destruye en forma más eficaz las esporas bacterianas que en la esterilización a temperaturas más bajas y en tiempos más largos como el que se utiliza para el envasado en botellas. El precalentamiento de todas formas es necesario para evitar una coagulación térmica y la obstrucción del

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esterilizador UHT. En la mayoría de los casos se puede omitir la adición de sales si se aplica un tratamiento UHT, entonces todo el proceso, desde el precalentamiento hasta el envasado aséptico pueden llevarse a cabo sin interrupción. Teniendo en cuenta la importancia de la esterilización debe llevarse un riguroso control de todas las variables que se maneja durante el proceso, principalmente de la velocidad de calentamiento, tiempo de retención, intensidad de la agitación y la velocidad de refrigeración. Tanto la esterilización en botellas como en latas se puede realizar en equipos que funcionan por cochadas o lotes (autoclave discontinuo) o en equipos de operación continua.  Operaciones finales y de almacenamiento A la salida del esterilizador las latas de leche previamente enfriada y seca, se etiquetan y embalan en cajas y después en paletas. Principalmente en invierno se aconseja esperar un tiempo antes de embalar las paletas con una película extensible, para evitar la condensación del vapor que se formaría por estar aún caliente el producto. Luego se realiza el control de calidad al producto terminado.  Control de calidad producto terminado Antes de salir al mercado se debe realizar un control estricto de la calidad de la leche, para ello, se toma una muestra aleatoria de latas y se mantienen en condiciones que pueden ser aptas para la aparición de defectos en el producto. En estas latas se realiza un análisis adecuado desde sus propiedades organolépticas, como el color, olor, sabor, además de la viscosidad, composición química y su calidad microbiológica como recuento total de bacterias y de esporuladas.

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LECCION 23. Defectos en la leche evaporada La leche evaporada si no se han controlado todas las variables durante su proceso de elaboración y si no se han tenido en cuenta las condiciones de almacenamiento para el producto terminado puede ocurrir defectos indeseables que la hace no apta para el consumo humano. •

Defectos de origen bacteriano

Se deben principalmente a un mal sellado de las latas o un deficiente proceso de esterilización, en ambos casos se produce el efecto de abombamiento de las latas y pérdida del líquido. Por lo tanto es necesario que en la esterilización se realice un manejo de variables adecuado tanto de temperatura como de tiempo de tal manera que se proporcione un margen de seguridad teniendo en cuenta las variaciones que pueden ocurrir en el crecimiento de la población bacteriana especialmente de las termófilos. También se debe tener en cuenta que cuando hay una coagulación de la leche evaporada con el respectivo descenso del pH, se debe investigar además la presencia de bacterias anaerobias y microorganismos que no crecen sino en agar lactosado. •

Coagulación dulce

Esta coagulación ocurre sin variar el pH, y generalmente es de origen enzimático o a causa de la gelificación de las proteínas cuando hay un almacenamiento muy prolongado y específicamente cuando la temperatura de almacenamiento es demasiado alta. La coagulación enzimática se debe a un crecimiento bacteriano alto y ocurre durante el tiempo de precalentamiento y esterilización, sobre todo cuando la esterilización no alcanza a eliminar todas las enzimas proteolíticas. La gelificación de las proteínas sucede en las leches inestables debido a: un manejo inadecuado de las sales estabilizantes, un precalentamiento escaso o por un período muy corto entre el precalentamiento y la esterilización •

Gránulos blancos

Se debe a una deficiencia en la estabilidad de la leche que causa la aparición de granos hasta de 3 mm de diámetro y se detecta cuando la leche evaporada se agrega a una taza de café o cuando se pasa por un cedazo o colador. •

Formación de una película superficial

Este defecto se debe a deficiencias en el vacío en la lata y a un manejo inadecuado de la agitación durante la esterilización.

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•

Separación de la grasa

Este defecto ocurre después de varios meses de almacenamiento cuando la grasa se separa y se presenta en la superficie de la leche. Se debe a una deficiente homogenización o también a la adición de una cantidad excesiva de agua en la estandarización final de la leche, es decir cuando se reduce la viscosidad de la leche. •

Separación de un coágulo

Se detecta cuando aparece un residuo de leche coagulada en el fondo del envase después de un tiempo de elaboración. Se debe a una abundante coagulación de la leche durante la esterilización y generalmente cuando le leche no presenta la viscosidad adecuada •

Viscosidad

Una viscosidad muy baja en la leche evaporada, produce la separación de la grasa y del coágulo que redunda en el rechazo por parte del consumidor. Pero si la leche presenta una viscosidad alta entonces durante el almacenamiento aumenta aún más formándose un gel que deteriora la apariencia del producto. Por lo tanto es necesario que al fabricar la leche se determine la viscosidad adecuada y se controle durante el proceso de evaporación. La mejor forma de medir la viscosidad de la leche es por medio del viscosímetro de torsión o de aceleración, o también, haciendo pasar el producto por un orificio y tomando el tiempo necesario para recoger un volumen específico. •

Color

La leche al ser evaporada cambia su color blanco a uno intensidad depende de: concentración del extracto seco fabricación y la intensidad del tratamiento de esterilización tiempo de calentamiento. Pero existen otros factores menos anteriores como la raza y la alimentación del ganado. . LECCION 24. LECHE CONDENSADA AZUCARADA

más oscuro, cuya magro, tiempo de específicamente al influyentes que los

La leche condensada azucarada, es una leche concentrada por evaporación a la que se le adiciona sacarosa para lograr una solución casi saturada de azúcar y después se envasa Su composición es muy variable debido a la proporción de materia grasa y extracto seco el cual depende de la normalización en cada país, que no especifica la concentración de azúcar, pero está determinada por la presión osmótica de la fase acuosa. La elaboración de la leche condensada azucarada se diferencia de la leche evaporada específicamente en que la leche

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condensada azucarada no se puede esterilizar y su cristalización se controla por la refrigeración. •

Proceso de elaboración de la leche condensada azucarada

La elaboración de la leche condensada azucarada ocurre en las siguientes etapas, principalmente: estandarización, precalentamiento, concentración, refrigeración y cristalización, la estandarización final (opcional) y el envasado. Figura 12. Diagrama de flujo para la elaboración de leche condensada y azucarada Agua LECHE Azúcar

Estandarizac.

Envasado

Precalentamient 135oC /5s

Dilución en caliente Homogenizac. 70 oC/4MPa

Refrigeración 18 oC

Latas

Siembra

Evaporación

Refrigeración 50 oC

Cristales de lactosa

Fuente. AMIOTT. Ciencia y tecnología de la leche. 1995

Descripción del proceso de elaboración de la leche condensada azucarada En la figura 12 se muestra las principales etapas que tienen lugar en el proceso de elaboración de la leche condensada azucarada las cuales se describen a continuación.

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 Precalentamiento Los objetivos del precalentamiento son:  Destruir las enzimas lipasas para evitar el ranciamiento  Destruir las levaduras y mohos que ocasionan la fermentación de los azúcares  Disolver los azúcares y  Controlar la estabilidad. La intensidad del calentamiento influye sobre la viscosidad, el espesamiento por envejecimiento y la gelificación del producto. Por lo tanto se deben manejar los parámetros en el proceso en función de esos aspectos. En general se aplica el tratamiento de UHT a temperaturas de 130 – 140 por 5 segundos. La adición del azúcar se realiza durante el precalentamiento en forma sólida o también se añade el azúcar en forma de dilución al final de la etapa de calentamiento, especialmente cuando se utiliza glucosa, para obtener un producto más oscuro..  Homogenización Regularmente el producto no se homogeniza dado que no existe riesgo de separación de la grasa en este tipo de producto, pero como en la actualidad la leche condensada no es tan viscosa como la de antes sino que la diferencia de densidad entre la fase continua y los glóbulos grasos es grande, alrededor de unos 400 Kg. m-3; si se considera una viscosidad efectiva para la fase continua de 1 Pa.S (pascal por segundo) y si no se realiza la homogenización, la velocidad de desnatado es de aproximadamente de 1% de grasa por día, lo cual supone una gran cantidad de desnatado, así que la leche se somete a un homogenización a bajas presiones alrededor de 2 – 6 Mpa . Lográndose así aumentar un poco la viscosidad de la leche  Concentración Normalmente, se realiza por evaporación pero algunas veces se realiza por ósmosis inversa. La mayor cantidad del agua se elimina en un evaporador de película ascendente y la cantidad restante en otro evaporador. La evaporación de la leche con azúcar resulta más sencilla debido a que la ebullición en menos violenta y se reduce la formación de espuma. Debido a que la leche no se estandariza al final es necesario detener la evaporación cuando se alcánzale grado de concentración de sólidos deseada y esta se determina midiendo el índice de refracción o con el hidrómetro de Baumé.

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 Refrigeración, siembra y cristalización La refrigeración es una operación relevante para obtener una buena textura en la leche condensada ya que depende del número y del tamaño de los cristales que se formen durante el enfriamiento. En estas etapas se debe evitar la formación de grandes cristales de lactosa y para esto se siembra en la leche pequeños cristales del azúcar, pero antes de esta siembra la leche se somete a refrigeración hasta una temperatura en que la lactosa se sobresatura evitando así que se disuelva. Después de la siembra se debe seguir enfriando para lograr la cristalización de la lactosa. El sistema de refrigeración es a vacío. El enfriamiento de 50oC a 18oC, evapora unos 3 Kg de agua por 100 Kg de leche condensada. La velocidad de cristalización depende del grado de saturación de la solución y de su viscosidad. Durante la refrigeración la solubilidad de la lactosa se reduce y se aumenta la sobresaturación de la solución. Así mismo la viscosidad aumenta al descender la temperatura pero cuando la temperatura aumenta se impide la migración de lactosa hacia los cristales que se encuentra en suspensión en la fase líquida. Existe una temperatura óptima de cristalización que puede oscilar entre 30oC y 40 oC.  Envasado Se utilizan dos tipos de envases según el uso que vaya a tener el producto. Latas para uso doméstico. Los envases vacíos se someten a esterilización para destruir los microorganismos, luego se llenan con el producto y se sellan inmediatamente Envases industriales de diferente tamaño de mayor uso son los metálicos. Estos se esterilizan con vapor caliente y se llenan en forma aséptica. Defectos de la leche condensada azucarada Entre los principales defectos que pueden ocurrir en un producto como la leche condensada azucarada se encuentran los siguientes:

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 Textura arenosa Este defecto es causante de la formación de cristales de lactosa con un tamaño y cantidad inadecuada. Para que el producto presente una textura aceptable debe estar conformada por 400 millones de cristales por ml, de cristales y con un diámetro promedio de 9.3 micras, mientras que un producto, con una textura áspera y arenosa puede contener entre 7 y 25 millones de cristales por ml y con un diámetro de 23 a 35 micras. Este defecto se puede evitar mediante un control estricto durante el proceso de cristalización en el enfriamiento.

 Precipitación del azúcar. Se manifiesta por la presencia de un depósito de cristales en el fondo del recipiente y ocurre cuando un producto que ha sido refrigerado en condiciones inadecuadas y que posee una viscosidad muy baja, se almacena a altas temperaturas.  Espesamiento La aparición de este defecto puede deberse a dos factores: la contaminación bacteriana, principalmente por micrococos y por el tiempo prolongado de almacenamiento. En el primer caso puede evitarse ajustando la concentración del azúcar a un 65.5% en la fase acuosa para aumentar la concentración de la presión osmótica. En el segundo caso el espesamiento se debe a los cambios fisicoquímicos que ocurren con el tiempo, principalmente, porque se desestabiliza el producto y se coagula. Este defecto se puede obviar mediante unas condiciones de precalentamiento, y de almacenamiento adecuadas principalmente en el control de la temperatura, un ajuste de acidez y de la composición de la leche. Pero también mejorando las condiciones en que se adiciona el azúcar.  Botones Este defecto se manifiesta por la aparición de partículas coaguladas en la superficie del producto de color marrón – rojizo. Se debe a la contaminación por mohos principalmente del género de Aspergillus. Se evita mediante un control adecuado de temperatura y tiempo en el precalentamiento y reduciendo al máximo el riesgo de contaminación durante las etapas de

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evaporación y envasado. Importante aplicar el método de cerrado de los envases al vacío.  Sabor rancio Este sabor ocurre por acción de la lipasa sobre la materia grasa cuando las condiciones de precalentamiento no han sido adecuadas y al adicionar leche no tratada al evaporador.  Sabor oxidado Ocurre generalmente cuando el envasado no ha sido realizado al vacío y se presenta una reacción del oxígeno con el producto.  Fermentación y abombamiento de los envases metálicos Se debe a la formación de gases causados por la acción de las levaduras sobre el azúcar. Se elimina mediante un calentamiento del producto a temperaturas entre 70oC y 71 oC y se evita tomando las medidas exactas, para evitar la contaminación después del calentamiento. LECCION 25. Leche en Polvo Descripción de la leche en polvo La leche en polvo es un producto desecado hasta obtener un extracto seco de leche en un volumen reducido para obtener una mayor conservación, así mismo reducción de costos en transporte y almacenamiento Existen diferentes tipos de leche según su composición y el proceso de producción. Según su composición de materia grasa principalmente se clasifica en entera o desnatada (descremada). Según el proceso de producción se puede presentar los siguientes casos: Según el método de desecación, la leche puede ser desecada en rodillos (cilindros) o desecada por Spray o atomización, produciéndose una leche más soluble que la anterior.

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Según la intensidad del calentamiento a que se ha sometido la leche antes de la desecación se produce: leche en polvo de baja, de media de alta temperatura, obteniéndose leches con un grado de desnaturalización de sus proteínas solubles diferentes según el uso que se le vaya a dar. Por ejemplo cuando la leche va a ser utilizada en pastelería se prefiere leches con un grado de desnaturalización de proteína alto. Este grado de desnaturalización dependerá de la temperatura de calentamiento siendo mayor a la temperatura más alta. La solubilidad en el agua de la leche en polvo es un problema para su reconstitución, debido a que los tratamientos de elaboración de este tipo de leche ocasiona la pérdida de su solubilidad, sin embargo debe ser tratada de tal manera que se altere en lo mínimo su solubilidad. Tal es el caso de la leche “instantaneizada” que es más fácil de dispersar en el agua debido a que las partículas que la componen son más grandes y contienen más agua, que las de la leche obtenida por el método de atomización normal. •

Proceso de fabricación

Para obtener la leche en polvo se puede obtener a partir de la leche entera o de la leche desatada y su proceso de elaboración comprende las siguientes etapas. (Ver figura 13). Etapas para la elaboración de la leche en polvo). Descripción del proceso El proceso de elaboración de la leche en polvo básicamente comprende las siguientes etapas:  Operaciones previas al precalentamiento Consiste en las operaciones a que se somete la leche cuando llega a la planta de procesamiento y los tratamientos dependerán de si la leche en polvo se obtiene a partir de la leche desnatada o de la leche entera. Cuando la leche es obtenida de la leche desnatada es necesario estandarizar la leche hasta que el contenido de la materia grasa sea entre el 0.05 al 0.07%. Para la elaboración de la leche en polvo a partir de la leche entera es necesario antes de estandarizar la leche someterla a la clarificación o filtración luego se somete a la estandarización o ajuste del contendido de la materia grasa /extracto seco magro, este proceso se realiza de igual forma que para la leche evaporada.

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Para obtener la leche en polvo descremada o desnatada se debe llegar a un contenido ideal de grasa en la nata del 40 al 45%. Para obtener la le leche en polvo entera, en el desnatado previo se debe obtener una nata con un contenido de grasa del 18 al 25%, con el fin de reducir los problemas en el batido y separación de la materia grasa. Figura 13. Diagrama de flujo para la elaboración desnatada y entera

Leche desnatada Recepción de la leche

de la leche en polvo

Leche entera Recepción de la leche

Clarificación Desnatado Estandarización Precalentamiento Homogenización

Concentración Precalentamiento

Desecación

Envasado en bolsas

Concentración

Desecación

Envasado en bolsa o en cajas y gaseado

Fuente: J. Amiott. Ciencia y Tecnología de la leche. 1995. Editorial Acribia.

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Después de la estandarización se realiza la homogenización con el fin de obtener una emulsión y distribución de la materia grasa óptima y una posterior reconstitución adecuada. La homogenización se debe hacer a unas condiciones de presión entre 17.200 y 24.000 Kpa ( Kilo pascal) y una temperatura entre 43 y 65.2 oC. La homogenización de la leche muy concentrada produce un mayor aumento de viscosidad y de volumen efectivo de la fracción que contiene los glóbulos grasos más las micelas de caseína. Cuando la leche concentrada no se homogeniza, se puede evaporar hasta un contenido de extracto seco superior.  Precalentamiento Esta operación es importante pues de esta depende las características del producto final. Las temperaturas que se utilizan en la industria lechera para este tratamiento difieren entre una y otra industria, pero a continuación se especifican las condiciones más comunes y aceptables: Precalentamiento a baja temperatura Consiste en que la leche se somete a una pasterización normal y la leche en polvo obtenida debe tener un contenido mínimo en proteínas del suero no desnaturalizadas debe ser inferior al 10%. Esta leche se denomina “leche en polvo de baja temperatura” (Low-heat powder). Precalentamiento a temperatura media En este caso se somete la leche a una temperatura entre 76.5 – 85 oC un poco más alta que la pasterización normal, y durante un tiempo de 15 – 30 minutos. Precalentamiento a alta temperatura En este caso se somete la leche a una temperatura entre 90 a 121 oC se reduce el tiempo hasta 1 segundo. La leche así obtenida será “leche en polvo de alta temperatura” (High – heat powder). Con este tratamiento se logra obtener una leche en polvo más soluble y con una cantidad de proteínas del suero no desnaturalizadas de 1.5 mg /g de leche desnatada en polvo. También hace que la leche sea más resistente a la autooxidación.

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 Concentración Existen diferentes técnicas para obtener la concentración de la leche como: concentración por evaporación, por desecación, por procesos de membrana como la ultrafiltración y la ósmosis inversa. El método más costoso es el de concentración por desecación y el de ultrafiltración es el más económico aunque no es la técnica más indicada y solamente se recomienda para obtener productos parcialmente desmineralizados. La técnica más recomendada es la evaporación a vacío. La evaporación al vacío causa algunos efectos secundarios como: -

Cambio de color en el producto final Destrucción de algunas sustancias volátiles causando la oxidación Facilita el envasado al reducir la cantidad de aire entre las partículas del polvo Se reducen las pérdidas debido a que las partículas del polvo son más grandes.

El contenido de extracto seco de la leche en polvo está entre un 33 – 48%. El concentrado no debe permanecer caliente sino el tiempo mínimo necesario, para evitar el desarrollo de microorganismos, un concentrado refrigerado es muy viscoso y dificulta la pulverización, por lo tanto debe ser sometido a calentamiento. Este calentamiento debe hacerse antes de la atomización, para evitar que la viscosidad vuelva aumentar y también para destruir las bacterias que podrían haber recontaminado el concentrado.  Desecación El método más utilizado es la desecación por atomización, mediante el cual se pulveriza la leche concentrada hasta formar gotas pequeñas o de niebla en el interior de una cámara por donde circula aire caliente en flujo paralelo o contrario al sentido de las gotitas, según el equipo utilizado.

Con el fin de obtener un mejor comportamiento de la leche en proceso y una mejor calidad del producto final, en este tipo de desecadores, es importante tener en cuenta los siguientes aspectos básicos:

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•

Eliminar el mayor % de humedad calentando el aire antes de introducir el producto a la cámara de secado.

•

Evitar un choque térmico violento cuando se produce el intercambio térmico aire/líquido para evaporar las gotitas, ya que este pude aumentar la desnaturalización de las proteínas y por ende la aparición de un color pardo en el producto.

•

Prolongar el tiempo en que las gotitas caen desde el atomizador hasta la parte inferior de la torre para aumentar la eficiencia del desecador. Para ello existen equipos de secado a cuyas torres se le instala un sistema para que el aire circule en sentido ascendente o con movimiento ciclónico.

•

La viscosidad del concentrado, afecta el tamaño de las partículas, a menor tamaño de las gotitas mayor rapidez en el secado, puesto que el agua de la superficie de las gotas inician su evaporación en el mismo instante en que se ponen en contacto con el aire caliente y seco.

•

La leche no debe mantenerse mucho tiempo a altas temperaturas puesto que ocurre reacciones químicas que ocasionan una reducción de la solubilidad y de su tiempo de conservación.

Los parámetros del proceso de desecación varían entre un equipo y otro, sin embargo se deben mantener unas condiciones óptimas para obtener un producto con la calidad adecuada. Estas condiciones son básicamente: La humedad entre 4.0 y 4.2% para la leche desnatada y para la leche entera una humedad entre 2.0 y 2.5% La temperatura del aire de entrada al desecador debe mantenerse entre un rango de 135oC y 210 oC y la de salida entre 70 y 100 oC. La presión de inyección del concentrado a la bomba, es una variable que regula el caudal y el tamaño de las gotitas.

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 Envasado El envasado de la leche en polvo generalmente se realiza en bolsas o envases plásticos, cartón o metal, hasta de 25 Kg. Cuando no se realiza el envasado inmediato la leche es almacenada en silos o en grandes contenedores metálicos o de fibra de vidrio con capacidad de hasta una tonelada. Teniendo en cuenta que la leche es fácilmente alterada por la acción del oxígeno se deben tomar las precauciones necesarias para eliminar este. Se ha comprobado que la elche envasada en caliente (49 a 52 oC) es más resistente a la acción del oxígeno que la leche envasada en frío (29 - 30 oC). Un porcentaje máximo del 3% de oxígeno, después de 7 días es aceptable, pero algunos clientes exigen que no contenga más del 1% después de 10 días y para lograr estas condiciones se debe aplicar un doble vacío, manteniendo la leche en contacto con un gas inerte durante 24 – 48 horas. Para el envasado al vacío con latas, se deben tomar las precauciones necesarias para no permitir el contacto con el oxígeno con la leche en polvo, especialmente cuando ha sido instantaneizada o lecitinada.  Lecitinación. Consiste en adicionar a la leche Lecitina, una sustancia que tiene propiedades lipofílicas o hidrofílicas con el fin de reducir la hidrofobicidad de la grasa de la leche en polvo entera y facilitar la dispersión de la leche en el agua, es decir volverla leche instantánea. Es un método diseñado por A/S Niro Atomizer y consiste en que en un lecho fluidizado, se calienta la leche en polvo a la temperatura adecuada y se le inyecta un chorro de mantequilla a 60oC, que contiene la lecitina disuelta, combinándose con las partículas del polvo en movimiento.  Aglomeración o Instantaneización El procedimiento para reconstituir la leche se requiere para que la leche obtenga la misma cantidad de agua que contenía como producto original. Sin embargo esta rehidratación es problemática cuando la leche en polvo no ha sido aglomerada. Este proceso consiste en proporcionar una humidificación del polvo o recircular una parte del producto en contacto con un atomizador de la cámara de secado. Después de haber logrado la aglomeración el polvo se mantiene en condiciones adecuadas para que no se rompan los aglomerados.

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Defectos de la leche en polvo

Los defectos de la leche en polvo son principalmente: de acidez, sedimentos, de solubilidad, rancidez hidrolítica, oxidación y recuento microbiano alto.  Acidez La acidez de la leche en polvo reconstituída está entre el rango de 0.11 y 0.15% expresada en ácido láctico. Cuando el porcentaje es menor indica una neutralización excesiva, pero cuando es mayor, indica una mala calidad de la leche.  Sedimentos La causa principal de la aparición de sedimentos son las partículas quemadas.  Humedad Según las normas legales la humedad de la leche en polvo entera es del 2.5% y la de la leche desnatas es de un máximo del 4%. Contenidos mayores indican que las condiciones de desecación no fueron óptimas. Cuando la leche en polvo contiene mucha humedad cambia su sabor, su solubilidad y otras propiedades físicas.  Solubilidad La solubilidad de un producto de buena calidad debe ser inferior a 0.1 ml. Los factores más importantes que pueden modificar la solubilidad de la leche en polvo son: A mayor acidez menor solubilidad El tiempo de calentamiento influye más en la solubilidad que el aumento de temperatura. Se recomienda un tratamiento térmico corto y a temperaturas altas, que lento y temperatura baja o alta.

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Las leches con mayor contenido en extracto seco son más solubles que las de menor contenido. Se recomienda que la leche en polvo entera contenga entre 40 – 42% de extracto seco. La temperatura y la humedad de almacenamiento influyen en la solubilidad de la leche siendo menor cuando tanto la humedad como la temperatura son altas. Cuando las condiciones de secado han sido muy fuertes, manteniendo la leche durante tiempos largos y a altas temperaturas, la solubilidad disminuye notoriamente.  Rancidez hidrolítica Ocurre tanto en la leche entera como desnatada y es causada por un insuficiente precalentamiento o por la mezcla de leche tratada y leche cruda. Normalmente para inactivar o destruir la lipasa basta con un tratamiento de 62.5oC durante 30 minutos  Oxidación Tanto la rancidez como la oxidación se deben a la reacción del oxígeno y de algunos metales pesados con la materia grasa. La ausencia de sustancias antioxidantes, da lugar a la parición de este defecto. Para evitar la oxidación se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: Al aumentar la acidez se facilita la oxidación de la materia grasa, así mismo la contaminación con hierro o cobre Un adecuado tratamiento de clarificación y homogenización evita la oxidación, también el precalentamiento a altas temperaturas produce la formación de compuestos reductores y por lo tanto evita la oxidación de la materia grasa. Un mayor contenido de extracto seco de la leche reduce los riesgos de oxidación, así mismo la baja humedad de la leche en polvo. Realizando el envasado en una atmósfera de gas inerte es una buena forma de evitar la oxidación.

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 Recuento microbiano alto Cuando el recuento microbiano es alto significa que la leche utilizada al inicio del proceso era de mala calidad o que se ha producido una contaminación después del precalentamiento. La aparición de coliformes significa que las condiciones higiénicas durante no han sido las mejores, especialmente después del precalentamiento. La presencia de salmonellas es un caso grave y requiere de una desinfección completa de todo el ambiente y preparar las medidas preventivas.  Aspectos Higiénicos Siempre se debe partir del concepto de que todo producto alimenticio debe ser de excelente calidad bacteriológica desde su materia prima, productos en proceso y producto terminado. Para la calidad bacteriológica de la leche existe diferente grado de exigencia de acuerdo a su uso o forma de consumo y a su proceso de fabricación. En el caso de la leche va a ser consumida directamente, su calidad microbiológica tiene una gran importancia y en este sentido se determina su tratamiento térmico. Por eso existe leche con pasterización normal, pasterización media, alta y ultra alta, de acuerdo a los distintos tratamientos es también su almacenamiento y conservación. Cuando se trata de la leche en polvo (desnatada), de “calentamiento bajo” su tratamiento térmico ha sido como el de una pasterización normal y por lo tanto puede ser contaminada por microorganismos que pueden resistir dichas temperaturas, como los termófilos. Las causas de la contaminación de la leche en polvo y por las cuales se establece que no es un producto apto para el consumo humano son principalmente:  Utilización de una leche fresca que no ha sufrido un tratamiento térmico adecuado por lo tanto está contaminada de bacterias  Las condiciones en alguna de las etapas del proceso de deshidratación y secado no han sido las adecuadas dando lugar al crecimiento microbiano  Malas prácticas de manufactura que puede ocasionar contaminaciones accidentales de la leche durante el envasado y empaque.

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Bacterias en la leche original

Una leche refrigerada con las condiciones adecuadas puede sin embargo contaminarse con cepas de bacterias Gram- negativas como las Pseudomonas spp, las cuales son destruidas fácilmente por un tratamiento térmico suave, pero las proteasas y lipasas sintetizadas por estas bacterias psicrótrofas sí son termorresistentes y contaminan la leche en polvo. Este tipo de contaminación, se evita controlando las variables de temperatura y tiempo durante las etapas de refrigeración y de termización. Las bacterias termorresistentes y las esporas bacterianas que no son destruidas durante la pasterización (72oC en 15segundos) pueden no ser eliminadas durante la evaporación y secado y como consecuencia la leche en polvo obtenida de la concentración de la leche tendrá muchas más bacterias que la leche después de su precalentamiento. Una pasterización a mayor temperatura destruirá los estreptococo termorresistentes (como el S faecalis y S thermophilus) El Bacillus cereus y el Clostridium perfringes, son una de las bacterias formadoras de esporas que más comúnmente deterioran la calidad de la leche en polvo. CAPITULO 3. LECHES FERMENTADAS La fermentación es un proceso utilizado desde épocas remontas para conservar la leche, y todavía se realiza a nivel artesanal, en regiones donde no se cuenta con la tecnología apropiada para conservar la leche cruda, para almacenarla y distribuirla sin correr el riesgo de alteración por microorganismos patógenos. Existen una gran gama de productos fermentados, entre los cuales se encuentran el yogurt, el kumis, el kefir, la nata o crema ácida, entre otros. En este capítulo el estudio se enfocará a la producción de yogurt. Este capítulo trata las siguientes temáticas: Lección 26. Generalidades y valor nutritivo Lección 27. Características de las bacterias lácticas Lección 28. Tipos de cultivos Lección 29. Clasificación de los productos fermentados Lección 30. El yogurt.

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LECCION 26. Generalidades y valor nutritivo Con la fermentación de la leche, las bacterias lácticas modifican las características de la leche cruda, especialmente disminuyendo su acidez hasta 4.6 o 4.0 y por ende se evita el crecimiento de otros microorganismos dañinos al hombre. Sin embargo si estos productos fermentados no se producen con las condiciones de higiene y sanidad y por otra parte no se procesan de la forma adecuada, pueden sufrir alteraciones microbiológicas, físicas y químicas. Con el nombre de leches acidificadas o fermentadas se conocen las bebidas y productos de consistencia semisólida y sólida, de tipo ácido o ácido – alcohólico, preparadas con leche de vaca, oveja, cabra, yegua, camella, búfala, entre otros. Entre las cualidades que se le atribuyen a este tipo de productos se encuentran las siguientes:  Acción estimulante del ácido láctico sobre las glándulas digestivas e intestinales  Su digestibilidad es mayor que la de la leche natural  Algunas bacterias lácticas ejercen una acción antibiótica sobre la flora patógena cuando se consumen con regularidad  De acuerdo con la opinión médica, estos productos son convenientes para la salud humana. Valor nutritivo Básicamente se ha realizado estudios del valor nutricional del yogurt, y se han encontrado diferencias significativas entre un producto lácteo fermentado y la lecha natural. A continuación se analiza algunas de dichas diferencias. Composición  Contenido de lactosa. La fermentación produce una disminución del contenido de lactosa en el momento que se consumen todos los azúcares. Cuando el contenido del ácido láctico alcanza a un 0.9%, la fermentación se debe detener por medio de la refrigeración y en ese instante se ha hidrolizado alrededor del 20% de la lactosa de la leche cuando se fermenta la glucosa y galactosa. En el caso del yogurt se hidroliza el doble de la lactosa porque las bacterias (lactobacillus) del yogurt no descomponen la galactosa.  Contenido de vitaminas. Debido a que las bacterias lácticas consumen gran parte de las vitaminas especialmente las del complejo B, las leches fermentadas tendrán menor proporción de vitaminas. En el caso del yogurt,

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El contenido de casi todas la vitaminas es menor, excepto el contenido del ácido fólico que es mayor que el de la leche natural. Aspectos nutritivos  Energía. La conversión de la lactosa en ácido láctico reduce el valor energético en un porcentaje mínimo.  Digestibilidad. Con respecto a la proteína y grasa mejora la digestión de estos compuestos como consecuencia de la actividad enzimática de las bacterias lácticas. Las proteínas de las leches fermentadas se descomponen en el estómago en partículas muy pequeñas y por lo tanto aumenta su digestibilidad en comparación con la de la leche natural. Con respecto a la lactosa, la actividad de las enzimas lactasas de las bacterias del yogurt, permiten que la lactosa se descomponga y por lo tanto se hace más digerible, esto redunda en el beneficio para los consumidores que no toleran la lactosa.  Modificación del pH. Al consumir las leches fermentadas el pH del contenido estomacal casi no aumenta por lo tanto se evita el desarrollo de los microorganismos patógenos.  Acción antimicrobiana. Las bacterias lácteas pueden formar compuestos semejantes a los antibióticos frente a patógenos “in vitro”.  Absorción de minerales. Se ha determinado que la disminución de la lactosa en las leches fermentadas disminuye la absorción de algunos minerales como el zinc y el magnesio pero aumenta la absorción del fósforo, pero en términos generales las leches fermentadas no presentan ventajas importantes en cuanto a los minerales. LECCION 27. Características generales de las bacterias lácticas Las bacterias lácteas conforman una familia muy heterogénea, siendo la leche su medio de cultivo principal, estas bacterias tienen las siguientes propiedades.       

Gram positivas No esporuladas Microaerofílicas o anaerobias facultativas No reducen los nitratos No producen catalasa Reducida actividad proteolítica Fermentan los azúcares a diferentes condiciones

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Las bacterias se pueden clasificar según Orla Jensen en el grupo Homofermentativos cuyas bacterias producen enzimas como la aldolasa y hexosa – isomerasa pero no contienen la fosfocetolasa; Thermobacterium ( Lactobacillus), Streptobacterium (Lactobacillus) y Streptococcus, y el Grupo heterofermentativo, cuyas bacterias contienen la enzima fosfocetolasa, pero no posee la aldolasa y hexosa isomerasa a este grupo pertencen: Bifidobacterium (Lactobacillus bifidus), Betabacterium (Lactobacillus) y Betacoccus (Leuconostoc). Pero dentro de la industria lechera es más práctico tener en cuenta la clasificación de Bergey, que considera que los géneros más importantes son: Lactobacillus, Streptococcus y Leuconostoc. A continuación se representa el proceso de fermentación de la glucosa por la acción de diferentes enzimas.

GLUCOSA

2 ATP

1 ATP

CO

Hexosa Isomerasa

4 ATP

Fosfocetolasa

2 Acido Láctico

2 ATP

Piruvato

A. Láctico - Etanol

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• Fermentaciones lácticas El aroma, sabor y textura en lacticinios se debe a las fermentaciones de la glucosa a causa de la hidrólisis de la lactosa y la fermentación del ácido cítrico que está en una proporción del 0.2% en la leche.  Producción de ácido láctico Es obtenido por la acción de todas las bacterias lácticas y es la fermentación más importante que le ocurre a la leche ya que se requieren en la elaboración de todos sus productos ésta fermentación, se logra a un rango de temperaturas entre 10 oC a 50oC, cuando ocurre la coagulación ácida al llegar a un pH de 4.6 donde se obtiene el punto isoeléctrico de la caseína. Se puede representar así:

C6 H12 O6 Glucosa

2 CH3 CHOH.COOH Acido láctico

 Producción de ácido propiónico Esta fermentación se produce por acción de las bacterias heterofermentativas que se utilizan en la industria quesera, tal es el caso de los quesos Emmental, Suizo, Gruyere, entre otros. En esta fermentación, el ácido láctico se transforma en ácido propiónico y acético con desprendimiento de CO2., el cual es el causante de la aparición de los ojos en los quesos (Propionibacterium Shermanii). 3 CH3 CHOH. COOH

2 CH3 CH2 COOH + CH3 COOH + CO2 +H2O

Acido láctico

A. Propiónico

A. Acético

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 Fermentación del ácido Cítrico Esta fermentación la desarrolla bacterias heterofermentativas, utilizadas en la elaboración de cremas y mantequillas y quesos porque transforman el ácido cítrico en productos aromáticos como la acetoína y el diacetilo (Leuconostoc citrovorum, Streptococcus diacetilactis, entre otros).  Fermentación Alcohólica La ocasionan algunas bacterias de los géneros Torula y Candida que se desarrollan simbióticamente con las bacteias lácticas y metabolizan la glucosa produciendo etanol y CO2, además los géneros Kluyveromyces lactis y fragilis se utilizan mezcladas con las bacterias lácticas para la producción de Kefir y Kumis, dos productos de leches acidificadas que contienen alcohol. C6 H12 O6 Glucosa

2 C2 H5 O H + 2 CO2 Etanol

LECCION 28. Tipos de cultivos lácticos comerciales Existen diferentes tipos de cultivos que se encuentran en el comercio para uso industrial, pero en su gran mayoría se utilizan como iniciadores para ser inoculados en la materia prima a procesar. Estos cultivos tienen usos específicos según sus propiedades, tal es el caso de los cultivos que se utilizan en la industria láctea para la producción de queso, de cremas ácidas y de leches acidificadas; en la industria cárnica par la producción de embutidos crudos y madurados y en la industria de vinos para la fermentación maloláctica. Así mismo cada cultivo es diferente, de acuerdo al tipo de producto a elaborar, por ejemplo, en los cultivos que se utilizan para la elaboración del yogurt, existen de diferentes clases según sea la viscosidad que se le quiera dar al producto: baja, median o alta. Dichos cultivos se venden bajo diferentes presentaciones como:

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Cultivos frescos, cuya actividad se pierde en una semana aproximadamente y contiene de 1 a 200 x 106 bacterias/cm3. Cultivos congelados, cuyo tiempo de conservación depende de la temperatura a la cual se pueden mantener congelados. Encontrándose los siguientes casos. Tabla 5. Conservación de cultivos congelados Temperatura conservación o

-20 C o

-40 a – 45 C o

-196 C

de Tiempo mínimo conservación

de Transporte

2 a 3 semanas

Congelación

2 a 3 meses

Hielo seco ( CO2)

10 a 12 meses

N2 líquido

Fuente: Amiott J, Ciencia y Tecnología de la leche. , 1995,

Estos cultivos se encuentran en dos formas de acuerdo a su contenido bacteriano: Contenido normal (1 a 200 x 106 bacterias/cm3. ) como cultivo iniciador Concentrados con 1 x 1010 bacterias/cm3 , como cultivo directo. Cultivos liofilizados Estos cultivos son los más utilizados en la industria, porque se conservan por un tiempo mayor que los otros y también se presentan en diferentes variedades según la las cepas utilizadas, las cuales se presentan también en diferentes concentraciones: Contenido normal (1000 x 106 bacterias / g), que requieren ser activados y propagados para preparar el cultivo madre, pero tienen la ventaja en ahorro del tiempo de fermentación y por ende son más económicos. Concentrados de (100000 x 106 bacterias / g ), estos cultivos son muy utilizados en la industria por su alto contenido de bacterias lácticas, como cultivos iniciadores, pero son de mayor costo.

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LECCION 29. Clasificación de los productos fermentados Teniendo en cuenta el carácter ácido o alcohólico, pueden clasificarse en leches ácidas y leches ácido – alcohólicas. Dentro del primer grupo se encuentran las siguientes: yogurt, miciurato, leben, masum, gros lait, leche acidófila entre otras. Dentro del segundo grupo se encuentran: el Kefir y el kumys. Comercialmente los productos más conocidos por sus propiedades organolépticas y por ende tener un mayor consumo son el yogurt, yakult, leche acidófila, kefir y Kumys. Por sus propiedades terapéuticas las bebidas más importantes son: el yakult, la leche acidófila y los producto que utilizan bífidos, puesto que contienen bacterias lácticas que se pueden desarrollar en la flora intestinal. También las leches fermentadas se clasifican teniendo en cuenta diferentes criterios entre los cuales están: tipo del proceso fermentativo, su contenido graso, la concentración de la leche, la separación del suero y el uso de leches de diferentes especies de animales. •

Según el tipo de fermentación

Pueden ser productos obtenidos a partir de: •

Fermentaciones lácticas puras producidas por:

Cultivos iniciadores mesófilos como: los Lactococcus Lactis ssp. Cremoris o ssp. Lactis; Leuconostoc cremoris/lactis y/o lactococcus lactis biovar diacetylactis. Este tipo de fermento se encuentra en los productos como las leches y natas acidificadas, el ymer y otros. EL LANGFIL (leche larga o filamentosa) que se fabrica en el norte de Europa, contiene cepas de Lactococcus lactis ssp. Cremoris que producen polisacáridos que le dan al producto una consistencia bastante viscosa. El VIILI, que es un producto Finlandés obtenido a partir de la leche pasterizada sin homogenizar y a la cual se le adiciona cultivos iniciadores de polisacáridos y se le añade el moho Geotrichum candidum.

Cultivos iniciadores termófilos, que están compuestos por: una flora de Streptococcus thermóphilus y lactobacillus delbrueckii SSP. Bulgáricus que se

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utiliza en el yogurt o un cultivo puro de Lactobacillus acidophilus, que se utiliza para la elaboración de la leche acidófila pero también para el yogurt. •

Los obtenidos por una combinación de una fermentación láctica pura con la producción de alcohol, tal es el caso del Kefir y el kumiss.

Según su contenido graso Existen diferentes variaciones de leches fermentadas según su contenido graso, encontrándose por ejemplo la leche acidificada, la mazada fermentada y la nata ácida. •

La leche acidificada, se obtiene a partir de la producción de ácido en leche entera o desnatada, sembrada con un estárter de tipo D ( Cepas de Lactococcus lactis ssp. Cremoris) y cuya incubación se realiza a 20oC. Su contenido graso varía entre 0.5 a 1.5%.

•

La mazada fermentada, se obtiene del batido de la nata fermentada cuando se elabora mantequilla. Generalmente se exige que la leche para la mazada fermentada tenga un contenido graso mínimo del 0.4%, con el fin de que el flavor no sea demasiado ácido. En este caso la leche se precalienta a 80 – 85 oC por 20 segundos con el fin de aumentar la viscosidad de la mazada fermentada y después de lograr la acidez necesaria para su viscosidad y flavor, la leche se agita hasta obtener una textura pareja, se desgasifica, refrigera y conserva a 4 oC.

•

La nata ácida, se somete a un tratamiento de pasterización alta obteniéndose un producto con un contenido graso del 18 al 20%, el cual es homogenizado a baja temperatura, se siembra con un cultivo aromatizante y se incuba a 20 oC, obteniéndose una masa viscosa.

Según la concentración de la leche Como ejemplo se encuentra la elaboración del yogurt concentrado, para el cual se utiliza la leche evaporada, con el fin de que el exceso de producción de ácido altere menos el aroma, debido a que la capacidad tampón del producto concentrado es mayor.

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•

Por separación del suero

A partir de este sistema se elabora el Ymer, que es una bebida láctea acidificada originada en Dinamarca. En este caso la leche se somete al un pasterización alta y se acidifica a 4.6 sembrando un estárter (cultivo) aromatizante. La leche fermentada se calienta gradualmente hasta los 35 oC, separándose parte del suero. El CO2 que se produce permite que la cuajada flote. Se retira el lactosuero y a la cuajada se le adiciona la nata homogenizada, se agita la mezcla, se refrigera y se envasa. El Ymer así obtenido, contiene un 11% de extracto seco magro, un 6.5% de proteína y un 3% de grasa. Es un producto con una consistencia viscosa alta pero que se puede verter y es relativamente bajo en calorías. •

Según el origen de la leche

Generalmente la producción de las leches fermentadas se realiza a partir de la leche de vaca pero existen algunos productos para los cuales se utiliza como materia prima, también la leche de oveja, cabra y yegua, tales como el Kefir y el Kumiss y un yogurt especial llamado “de estilo griego” el cual es obtenido de la leche de oveja, es concentrado y con un gran porcentaje de materia grasa. El Kefir, es una bebida que se elabora a partir de la leche de oveja, cabra o de vaca. En su fermentación se produce ácido láctico y alcohol. Su producción se inició en Rusia y el Sudeste Asiático pero su fabricación y consumo se ha extendido en otros países. El Kefir es una bebida láctea cremosa, burbujeante y ácida. Su contenido en ácido láctico es de 0.7 a 1% y su proporción de alcohol varía entre 0.05 y el 1%. El Kumiss o Kumys, es una bebida láctea que se consume en gran cantidades en Rusia y el oeste Asiático antiguamente se le atribuía a esta leche efectos terapéuticos, para la cura de la tuberculosis y el tifus. Tradicionalmente se fabricaba a partir de la leche de yegua, su flora fermentadora, de la misma manera que el kefir es muy variable. Es una bebida espumosa efervescente. Contiene entre 0.7 a 1% de ácido láctico; 0.7 – 2.5% de alcohol; 1.8% de grasa y un 2% de proteína y es de color verdoso.

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LECCION 30. El yogurt El yogurt, es la bebida más conocida de todas las leches fermentadas y se presentan una gran variedad de tipos de yogurt con diferentes composiciones según su contenido en grasa y extracto seco. Puede ser natural, si no se le adiciona ningún otro ingrediente o con otros sabores según las sustancias que se le adicionan como frutas, azúcar o agentes gelificantes. Actualmente se elaboran otros productos derivados del yogurt como helados y bebidas. Según Kosikowski, el yogurt es un producto lácteo fermentado obtenido a partir del crecimiento de las bacterias del género Lactobacillus Bulgáricus y Streptococcus termófilos, cultivadas sobre la leche a temperatura media (tibia), caracterizándose por una textura suave y por un característico sabor a “nogal” El yogurt se consume desde tiempos remotos en los países del Asia y Europa Central, pero en los países del occidente no tenía gran aceptabilidad, hasta que aparecieron fórmulas diferentes, debido a la adición de frutas, saborizantes y colorantes, envasados en envases desechables y atractivos al consumidor, lo cual ocurrió, más o menos hacia los años 60. El yogurt se caracteriza especialmente por ser un líquido viscoso pero suave o con la consistencia de un gel, sin embargo en ambos casos su textura debe ser uniforme y firme, con mínima sinéresis y de sabor característico, además del impartido por las sustancias permitidas que se le adicionan.

•

Tipos de yogurt

Actualmente, existen tres tipos principales de yogurt en el mercado: el rígido y semirígido, batido y líquido y de la siguientes formas: natural, con frutas y con sabores y colorantes artificiales. El yogurt rígido y batido presentan un alto contenido de sólidos ( 14 al 16%), debido básicamente a su proceso de elaboración, ya que el aumento de los sólidos se hace a través de una mayor concentración debido a la evaporación, ósmosis inversa, ultrafiltración o adición de leche descremada en polvo, libre de inhibidores sometida a Low Heat.

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•

Elaboración del yogurt firme y del yogurt batido

El yogurt firme se elabora en forma tradicional a partir de la leche concentrada. En este caso la leche se evaporaba en una marmita abierta hasta perder una tercera parte del agua, luego la leche se somete a enfriamiento hasta llegar a uno 50oC para inocularla con una pequeña porción de yogurt, obteniéndose después de la fermentación un gel firme y consistente. Hoy en día se sigue un proceso parecido al anterior pero la leche se evapora al vacío, o se le adiciona leche en polvo. El yogurt batido, se fabrica a partir de leche no concentrada, el cual una vez obtenido el gel se somete a agitación para obtener un producto suave y espeso pero que fluye fácilmente. El yogurt batido presenta menos flavor que el firme, es menos consistente y fácilmente puede aparecer el efecto de sinéresis (separación del suero), pero para evitar este efecto, generalmente se le adiciona agentes gelificantes y salsa de frutas. Otra diferencia es la acidez, debido a que para obtener una textura y flavor aceptable, el pH debe llegar a 4,5 y como la leche concentrada tiene una mayor capacidad tampón debe ser fermentada hasta una acidez de 130oN y la leche no concentrada, debe llegar solamente hasta 90 - 100 oN. También hay algunas diferencias en el proceso de elaboración, por ejemplo el yogurt firme fermenta en el interior del envase y por lo tanto la refrigeración también se realiza en su propio envase. En cambio el yogurt batido obtiene su fermentación casi completa antes de ser envasado. En la elaboración del yogurt batido algunas cepas bacterianas conforma la consistencia deseada después del batido y cuando la leche se incuba a temperaturas bajas, pero las bacterias producen menos compuestos aromáticos a bajas temperaturas, entonces para que el yogurt batido adquiera un flavor agradable se requiere propagar el cultivo en condiciones similares que para el yogurt firme, es decir a una temperatura de 45oC y un porcentaje de incubación que produzca igual cantidad de cocos y bacilos. A continuación se presenta el diagrama de proceso de elaboración del yogurt firme y batido. La velocidad de acidificación es diferente en el yogurt firme que en el batido por la diferente cantidad de inóculo utilizado en ambos casos y por la temperatura de incubación. Generalmente ocurre que la gelación se inicia cuando el pH desciende hasta un valor de 4.7 aproximadamente, instante en que la textura es más

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consistente hasta alcanzar un máximo de dureza a los 20 minutos. En el caso del yogurt batido, la gelación ocurre al mismo pH, pero el tiempo para que el yogurt tenga la firmeza adecuada para proceder al batido es mayor. La acidificación del yogurt sigue aumentando aunque más lentamente, después de la refrigeración, pero en la mayoría de los casos esta acidificación se detiene sometiendo tanto el yogurt firme como batido, a una pasterización, lográndose también impedir el desarrollo de levaduras o mohos que puedan haber en el producto. Sin embargo es importante que el producto no pierda su consistencia homogénea durante la pasterización y para evitar esto se le agregan al producto agentes espesantes como las pectinas, almidón modificado o gelatina.

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Figura 14. Diagrama de flujo del proceso de elaboración del yogurt firme y batido Leche estandarizada

Homogenización 55oC 20Mpa

Pasterización alta

Refrigeración

Inoculación

Refrigeración

estárte Inoculación estárter

Envasado Incubación Incubación Agitación Refrigeración Envasado

Yogurt firme

Refrigeración

Refrigeración

Envasado

Yogurt batido

Fuente. Walstra. Ciencia del la leche y tecnología de los productos lácteos. 2000

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•

Descripción general del proceso de elaboración del yogurt

Como se puede observar existen diferentes tipos de yogurt a nivel industrial como son el batido, el firme o compacto, aromatizado con frutas entre otros sin embargo la mezcla básica de sus componentes es la misma. Se toma un determinado volumen de leche fresca, entera o desnatada, de excelente calidad microbiológica y libre de antibióticos u otros agentes antimicrobianos. Para enriquecer la leche se puede utilizar las siguientes técnicas: -

Adición de leche concentrada por evaporación o por ósmosis inversa; Adición de los compuestos retenidos en la ultrafiltración de la leche o del lactosuero Concentración directa por evaporación, ósmosis inversa o ultrafiltración

El contenido en extracto seco puede estar entre el 12 a 15% de acuerdo a la textura que se quiera obtener. Durante el precalentamiento se puede adicionar un agente estabilizante como la gelatina o pectina. Después de la homogenización el producto se pasteriza a condiciones que varían según la dureza del yogurt que se quiera obtener, a nivel comercial se puede utilizar la pasterización alta sometiendo el producto a una temperatura de 85oC por 5 minutos o a temperaturas entre 90 oC a 95 oC por 60 minutos, para obtener un producto más espeso y untuoso. La mezcla obtenida se enfría hasta los 44 - 45 oC para la posterior inoculación del estárter (cultivo compuesto de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus Thermophilus), en una proporción de 1:1. La cantidad de este cultivo varía entre el 2 al 2.5% para el yogurt firme o compacto, pero para el yogurt batido la proporción es mucho menor (0.025%). Luego se somete a incubación en un período que varía según el grado de acidificación del producto que se quiera obtener y de la cantidad del cultivo utilizada para la siembra. En el caso del yogurt firme el tiempo de incubación es de 2.5 horas aproximadamente, y se realiza después de envasado; en el caso del yogurt batido es de 16 – 20 horas debido a la cantidad de cultivo adicionado y se realiza antes del envasado. Luego se le adicionan los diferentes ingredientes (frutas, cereales, estabilizantes, aromatizantes, otros). Una vez cumplido el tiempo de incubación, el yogurt firme se somete a refrigeración a 6oC y el yogurt batido se somete a agitación antes de ser refrigerado y envasado o puede ser envasado después de la agitación y luego ser refrigerado.

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Además de la elaboración de estos dos tipos de yogurt, el firme y batido el yogurt también se comercializa como tipo helado, como bebida líquida, pasterizado, esterilizado y con bajo contenido en calorías (producto dietético). La acidificación del yogurt sigue aumentando aunque más lentamente, después de la refrigeración, pero en la mayoría de los casos esta acidificación se detiene sometiendo tanto el yogurt firme como batido, a una pasterización, lográndose también impedir el desarrollo de levaduras o mohos que puedan haber en el producto. Sin embargo es importante que el producto no pierda su consistencia homogénea durante la pasterización y para evitar esto se le agregan al producto agentes espesantes como las pectinas, almidón modificado o gelatina. •

Propiedades físicas

La estructura física del yogurt es una red de partículas de caseína adheridas las una a las otras, sobre esta red se depositan una parte de las proteínas del suero, las cuales han sido desnaturalizadas por el calor. Por ser un red continua el yogurt tiene la consistencia del un gel y un material viscolástico, que se identifica por un esfuerzo de fluencia muy pequeño. En el yogurt batido, el gel puede romperse obteniéndose un líquido no – newtoniano, muy viscoso, lo que hace que los yogures batidos y firmes tengan texturas bastante diferentes. Consistencia del yogurt firme La consistencia del yogurt se mide al introducir una varilla de dimensiones y peso definido en el producto, en un tiempo determinado. El inverso de la distancia de penetración determina la dureza. La dureza no esta relacionada con la elasticidad sino con la fuerza de ruptura y su valor depende del método de medida principalmente del tiempo además de algunas variables del producto y del proceso, entre las cuales se pueden nombrar las siguientes:  Contenido de la caseína. La consistencia es directamente proporcional al contenido de la caseína elevado al cubo. Entonces de la variación del contenido de la caseína depende en gran parte la textura final del yogur.  Contenido graso. A mayor porcentaje de materia grasa, menor dureza del gel, debido a que los glóbulos grasos destruyen la red.  Tratamiento térmico. El calentamiento de la leche aumenta la dureza del yogur debido a que la coagulación de las proteínas séricas aumentan el volumen de las partículas proteicas. Este calentamiento de la leche ocurre a temperaturas entre 85 – 90 por 5 – 10 minutos.  Los cultivos del yogur. De acuerdo a la clase de cultivo utilizado se obtienen diferentes consistencias de yogures, para una determinada acidez, siendo estas diferencias poco significativas.

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 El pH. A pH bajos se obtiene una mayor consistencia. Estos valores oscilan entre 4.1 y 4.6.  Temperatura de incubación. A menor temperatura, se requiere un mayor tiempo para ajustar el pH y la consistencia ideal, obteniéndose un producto final más firme.  Temperatura del yogur. A un misma temperatura de incubación, si la temperatura de conservación del yogur se reduce, entonces la consistencia aumenta. Este efecto se debe a que las micelas de la caseína se hinchan al disminuir la temperatura y viceversa. Sinéresis Este efecto se observa cuando se separa el suero de los demás sólidos del producto y se debe específicamente a que ocurre una reorganización de la red , dando lugar a un aumento del número de enlaces de la partículas, por lo cual la red se contrae y expulsa el líquido intersticial que encierra. Cuando los geles de caseína están entre un pH 4 a 5 se reduce la tendencia a la sinéresis. Claro está que la sinéresis es un efecto indeseable en el producto y por lo tanto se debe evitar. La formación de la Sinéresis depende en gran parte de la temperatura de incubación y normalmente se aprecia cuando la incubación se realiza a una temperatura de 32 oC y el contenido de caseína es alto. Cuando la incubación se realiza a 45 oC, la sinéresis se puede evitar sometiendo la leche a un fuerte calentamiento, en especial cuando se ha elevado el contenido de caseína y la temperatura de conservación es baja. Cuando el pH del yogur se reduce por debajo de 4, también ocurre la sinéresis, sobretodo cuando la temperatura es alta y el producto se agita después de envasado. Para el yogurt batido, una fuerte sinéresis es indeseable y se manifiesta cuando el gel se rompe en trozos formándose una mezcla heterogénea de coágulos y suero. Para evitar este efecto, la leche se debe incubar a temperatura baja, aproximadamente a 32 oC o menos, si el contenido de la caseína de la leche es bajo.

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Viscosidad del yogurt batido Un yogurt de buena calidad debe presentar una textura homogénea y bastante viscosa para dar la impresión de una textura filante de tal manera que cuando se vierta lentamente se observe una película elástica cuando se rompe. La viscosidad depende significativamente de las fuerzas de cizalla. Cuando se aplica una fuerza de cizalla elevada, la viscosidad aparente, a fuerzas más bajas desciende constantemente, logrando la viscosidad de un fluido Newtoniano y ocurriendo finalmente una ruptura estructural, también la viscosidad aumenta levemente durante un período de conservación prolongado. Defectos del flavor y vida útil Debido a que la fermentación del yogur continúa durante su proceso de distribución y venta, se presenta un exceso de acidez en el producto al momento del consumo, así mismo se puede presentar un sabor amargo por causa de la proteólisis. La intensidad de la alteración depende de la calidad de las cepas utilizadas en los cultivos siendo estos defectos los que determinan la vida útil del producto. A pesar de que la refrigeración reduce la aparición de estos defectos, esta no alcanza a reducir del todo la velocidad de la acidificación y de las reacciones enzimáticas que siguen ocurriendo en el producto. La contaminación por mohos y levaduras son también la causa de aparición de otros defectos especialmente en el aroma, apareciendo aromas indeseables en el producto como a levaduras, afrutado, mohoso, a queso, amargo y algunas veces a jabón o a rancio. El aroma se altera cuando se alcanza recuentos del orden de 104 de levaduras y mohos. La ausencia del flavor característico del producto se debe principalmente a temperaturas de incubación baja, crecimiento excesivo de los Streptococcus o al uso de cepas, poco productoras de aroma. La acidificación deficiente ocasionada generalmente por la presencia de penicilina en la leche es la causa también de la reducción del aroma y sabor del producto.

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AUTOEVALUACIÓN FINAL

1. Después de haber estudiado los capítulos anteriores, conteste de nuevo las preguntas que se plantearon en la autoevaluación inicial. Compare con las respuestas iniciales Si todavía tiene dudas, consulte de nuevo el texto, y si no logra aclarar la duda, consulte con el tutor del curso. 2. Consulte la guía didáctica y desarrolle las actividades planteadas para esta unidad.

Recuerde: que para tener un verdadero aprendizaje es necesario realizar todas las actividades propuestas en la guía

y las propuestas por su tutor,

A continuación usted encontrará unas lecturas que tratan sobre los principios fundamentales de transferencia de calor y balances de calor, que le permitirán entender las diferentes operaciones que suceden en la in industria lechera.

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LECTURAS RECOMENDADAS PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA INDUSTRIA LECHERA Antes de continuar con los siguientes capítulos sobre la Tecnología de los productos lácteos es importante detenerse a estudiar o repasar algunos aspectos sobre: termodinámica, transferencia de calor, balance de calor, principios básicos que se aplican en todos los procesos tecnológicos para la elaboración de los productos lácteos. Para este repaso se tomaron partes de lecturas de los textos: WALSTRA. Ciencia de la leche y Tecnología de los productos lácteos y J. AMIOTT Ciencia y Tecnología de la leche, sobre las cuales se hicieron algunas correcciones de cálculos. Es importante que usted, repase estos conceptos, algunos de los cuales ya los ha aprendido en el curso de Balance de Materia y Energía, otros los estudiará más adelante, los cuales se presentan en esta lectura, para que usted tengan las herramientas suficientes, para determinar rendimientos de procesos, costos de energía en las diferentes prácticas que más adelante va a realizar. A. TRANSFERENCIA DE CALOR. WALSTRA .Ciencia tecnología de la leche, 1995. La cantidad de calor (q) que se debe transferir por unidad de tiempo, para calentar la leche desde una temperatura T1 hasta T2 (exceptuando calor de fusión, calor de reacción etc.) se expresa mediante la siguiente fórmula: q = (T2 - T1) Q cp ρ En donde, Q = velocidad de flujo del líquido (m3. s-1); cp = calor específico del líquido cal /g oC o Julios / Kg oC ρ = densidad del líquido T2 = temperatura final o de salida del líquido T1 = temperatura inicial o de entrada del líquido Por ejemplo, en el calentamiento de la leche desde 10 hasta 74oC a un flujo de 7200 L h-1. Se consume aproximadamente 5 x 10-5 W. Según datos de la tabla (1 Watt = 1 Julio/s), según los datos de la tabla siguiente. Tabla A. Ejemplos aproximados del efecto de la composición y la temperatura de un producto lácteo sobre el coeficiente de conductividad térmica λ

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Producto/material

Agua Leche desnatada Leche entera Leche conc. 1:1.9 Leche conc. 1: 1.25 Nata con 25% grasa Nata con 45% grasa Grasa láctea Aire Acero inoxidable cobre

o

0C λ 0.57 0.45

η 1.79 3.45

0,32 0.28 0.13

o

20 C Cp 4.2 3.8 3.9 3.5 3.2 3.5 3.2 2.2

λ 0.60 0.54 0.52 0.48 0.45 0.37 0.32 0.17 0.02 17 371

80 C η 1.00 1.68 1.93 3.1 6.3 4.2 13.5 71

λ 0.66 0.63 0.61 0.56 0.53

η 0.36 0.56

Fuente: Ciencia y Tecnología de leche. Walstra. Editorial Acribia. 1997. η De la leche concentrada depende mucho del precalentamiento. A título comparativo se indica el λ del aire y de dos metales.. λ = w. m-1/ oC η = m.Pa.s B. INGENIERÍA INDUSTRIAL LECHERA. Francois Castaigne y otros. Ciencia y tecnología de la leche. J. Amiott. Editorial Acribia. 1999. Principios de Termodinámica Los intercambios de calor son de gran relevancia en la industria lechera, teniendo en cuenta que los tratamientos térmicos son la base para conservar los productos lácteos y la leche de consumo reduciendo toda carga bacteriana que puede deteriorar el producto y perder su calidad como producto para consumo humano.. Así mismo la producción de frío en un proceso que permite que la leche y sus derivados pueda conservarse en condiciones óptimas durante su almacenamiento.  El calor Es una forma de energía que se transmite de un cuerpo a otro cuando existe una diferencia de temperatura. El calor pasa en forma natural desde un cuerpo más caliente a un cuerpo más frío. La unidad de calor es la caloría, que es la cantidad de energía necesaria para variar en un grado Celsius la temperatura de 1 gramo

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de agua (a 15oC) y también se puede utilizar el Julio, que equivale a 0.2389 calorías.  Calor específico El calor específico Cp, de un producto o de una materia, es la cantidad de calor necesaria para variar en una unidad de temperatura, una unidad de peso de al sustancia por calentamiento o enfriamiento, sin que cambie su estado. El calor específico depende del tipo de producto, de la temperatura, del porcentaje de agua y de la presión. Teniendo en cuenta que la mayoría de las veces no se conocen todos estos parámetros y sus variaciones son muy pequeñas con respecto a la escala de las magnitudes que se utilizan en la industria, se usa un valor nominal aplicable cuyo símbolo es Cp. Tabla B. Calor específico de algunos productos lácteos y otros de uso frecuente o

o

Productos

Cal /g C

Julios / Kg. C

Agua

1.00

4.187

Leche 3.5 % MG

0.93

3.894

Leche desnatada

0.95

3.978

Nata 20% MG

0.88

3.684

Nata 40% MG

0.80

3.350

Mantequilla

0.55

2.303

Leche condensada

0.94

3.936

Mezcla para helado

0.80

3.350

Cheddar

0.45

1.884

Cottage

0.64

2.679

Aire

0.78

3.266

Azúcar líquido

0.24

1.005

Hielo

0.30

1.256

Vapor ( presión atm.)

0.487

2.039

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0.470

1.968

Aluminio

0.119

0.498

Cobre

0.218

0.913

Hormigón

0.64

2.680

0.156

0.653

Fuente: J. Amiott. Ciencia y Tecnología de la leche. 1999. Editorial Acribia El calor específico de un producto lácteo se calcula por la siguiente ecuación: CP = 1.256 x % S.N.G. + 2.093 x % M.G. + 4.187 x % A En donde: = calor específico en Julios / Kg oC CP. S.N.G. = sólidos no grasos M.G.

= materia grasa

A

= agua

Por ejemplo, una leche cuya composición sea: 4% M.G. , 8.8% S.N.G. y 87,2% de agua, tendrá un Cp igual a: Cp. =

1.256 x 0.088 + 2.093 x 0.04 + 4.187 x 0.872

Cp.

3.845 J /kg oC

=

Si se trata de gases, se debe distinguir entre el calor específico a presión constante CP y el calor específico a volumen constante CV, puesto que la diferencia puede ser bastante significativa. Por ejemplo, para el aire , expresado en calorías/g.oC, Cp es igual a 0.24 y Cv es de 0.17. En la tabla 4 se presenta algunos valores aplicables de algunas sustancias de la industria lechera. El calor específico de un producto aumenta en función de la cantidad de agua que contiene. Cuando se trata de un gas, el calor específico disminuye si su temperatura aumenta, pero si se trata de un sólido, si su temperatura aumenta, también aumenta su calor específico. La cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura de un cuerpo, es la siguiente:

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Q = Cp x M x ∆T En donde: Cp = calor específico de la sustancia en J /kg oC M = masa del cuerpo en Kg ∆T = variación de la temperatura del cuerpo en oC Q = cantidad de calor en calorías, kilocalorías, Julios o Kilowatt - hora Ejemplo: ¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar de 4 a 72 oC, 2000 kilos de nata con un contenido de materia grasa del 40%? Solución: el Cp de la nata con un 40% de grasa, según la tabla 4 es de 3.350 J /kg oC Q = 3.350 J /1999

kg oC x 2000 Kg x (72 – 4 ) oC Q = 4.556 x 108 julios Q = 126,56 Kilowatios – hora (nota: 1 Kilowatt – hora = 3.6 x 106 julios)  Calor latente El calor latente es la cantidad de calor absorbida o sustraída en el cambio de estado físico de una sustancia sin que se modifique su temperatura. El calor latente de fusión del hielo es de 80 calorías por gramo (334.96 Julios /Kg); es decir, que para convertir 1 kilo de agua a 0oC, en hielo a 0oC, hay que sustraer 80.000 calorías o 334.960 Julios. El calor de fusión de la materia grasa de la leche es de 20 calorías por gramo ( ó 83.74 Julios / Kg). El calor latente de vaporización del agua a la presión atmosférica normal, es de 539, 1 calorías por gramo (ó 2.257.2 Julios / Kg). Ejemplo: ¿Cuánto calor debe sustraerse a 1000 Kg de agua a 15 oC para obtener hielo a 0oC? Q = calor requerido para enfriar el agua desde 15 a 0 oC + calor latente de

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Solidificación Q = M x Cp ∆T + M x QL De donde: Cp = calor específico del agua

= 4.187 J/Kg

M = masa del agua

= 1000 Kg

QL = calor latente de solidificación = 334.960 J/ Kg ∆T = variación de la temperatura

= (15 – 0) oC

Q = 1000 Kg x 4.187 J/Kg oC x 15 oC + 1000 Kg. x 334.960 J/Kg Q = 62805 Julios + 334.96 x 106 julios Q = (0.062805 + 334.96) x 106 julios Q = 335.02 x 106 Julios Q = 93.06 Kilowatt – hora Nota: el calor total aparente, incluye el calor latente y el calor obtenido por el cambio de temperatura, sin embargo algunas veces al refrigerar un producto su estado va cambiando progresivamente y será difícil determinar la parte del calor que produjo el cambio de estado y la parte de calor que ha servido para el enfriamiento. Tal caso sucede en la refrigeración de la mantequilla o de los helados. Entonces los calores aparentes, se determinan en forma empírica.

C. LA TRANSMISIÓN DE CALOR Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA LECHERA El calor se puede transmitir de tres formas diferentes: por conducción, por convección y por radiación. En el curso de Operaciones en la Industria de Alimentos que se verá en el ciclo profesional de Ingeniería de Alimentos, se estudiarán con mayor profundidad lo relacionado con la transferencia de Calor pues es el fundamento de los diferentes tratamientos térmicos que se realizan a los alimentos. Específicamente en la industria lechera, las formas de transmisión de calor que más ocurren en todas las operaciones de calentamiento y de enfriamiento son las conducción y por convección.

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 Transmisión de calor por Conducción La transferencia de calor por conducción cumple la ecuación conocida como “primera ley de Fourrier”, que es la siguiente: Q = - K A dT/dx De donde: Q

= transmisión de calor en Watios

K

= conductividad térmica en W/m oC

dT/dx

= gradiente de temperatura en oC/m

A

= área transversal de transferencia en m2

La integración de esta ecuación nos da como resultado el flujo de calor (número de watios) que pasa a través de un cuerpo sólido.

Q=

KA (T1 – T2 ) L

=

A (T1 – T2 ) L/K

Donde (T1 – T2 ) es la diferencia de temperatura en el espesor L Cuando hay varias capas consecutivas de distintos materiales, como en la pared de un cuarto frío, la transmisión de calor (Q) será.

Q=

A (T1 – T2) L1 / K1 + L2/ K2 + L3 / K3

Donde, L1, L2 y L3 son el espesor de cada uno de los materiales y K1, K2 y K3 son sus respectivas conductividades térmicas (ver tabla 5) El término L/K tiene gran influencia en la transmisión de calor. Cuando mayor es este término en la ecuación, menor es la transmisión de calor y viceversa.

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Tabla C. Conductividad térmica (K) de diferentes materiales en W / m oC Materiales Ladrillo Cemento Cemento en bloque Cristal Gyproc Contrachapado o Aire 0 C o Aire 100 C Fibra de vidrio Poliuretano Acero inoxidable ( tipo 0316) o Hierro fundido 200 C (Producto lácteo fluido)

Conductividad térmica ( K ) 0.70 0.90 1.06 0.5 – 1.0 0.55 0.15 0.024 0.032 0.040 0.025 15.0 45.0 (0.4 –0.6)

Fuente: J. Amiott. Ciencia y Tecnología de la leche. Editorial Acribia. 1999 En el caso de las tuberías, la ecuación anterior no se puede aplicar porque las superficies a través de las que se transmite el calor son variables. En este caso se utiliza la siguiente ecuación:

Q=

2 π L (T1 – T2) Ln (D2/D1) /K1 + Ln (D3/D2) /K2 + Ln (D4/D3) / K3

De donde: L = longitud del tubo D1, D2 y D3 = diámetro de los tubos en orden creciente T1 – T2 = caída de temperatura desde el centro hacia el exterior del tubo  Transmisión de calor por convección La transmisión de calor entre fluidos y sólidos se produce por convección. La ecuación que describe este tipo de transmisión de calor, es: Q = h A ( TS - Tm ) En donde: Q = transmisión de calor en Watios h = coeficiente de transmisión de calor por convección en W/m2 oC TS = temperatura en la superficie del sólido

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Tm = temperatura media del fluído A = área de transferencia en m2 Las transmisiones de calor mixtas (convección – conducción) En la práctica, la mayor parte de las transmisiones de calor son de tipo combinado, es decir, por convección y por conducción. Por ejemplo, la refrigeración de la leche con agua en un intercambiador de calor, implica dos transferencias por convección entre el agua y la leche y una transferencia por conducción a través de la pared que separa la leche del agua. Para la transferencia de calor mixta a través de capas sucesivas, la ecuación que se aplica es: Q = U A ∆T En donde: U = coeficiente global de transmisión de calor en W/m2 oC En un sistema de transferencia de calor a través de varios componentes con igual superficie como por ejemplo, las cámaras frías, 1 / U = 1 /h. int. + L1/k1 + L2 /k 2 + L3/k3 + 1 / h. ext. en donde: h. int. = coeficiente de transmisión de calor por convección en el interior de la cámara h. ext. = coeficiente de transmisión de calor por conducción en le exterior de la cámara L1/k1, L2 /k 2 y L3/k3 = espesor y conductividad térmica de los materiales que componen y aislan la cámara. Ejemplo. Calcular las pérdidas de calor que se produce a través de una cámara de refrigeración si: 1. h del aire lo da la ecuación h = 6 + 4V 2. V = velocidad del aire en m / s V en la cámara = 1.5 m /s V en el exterior = 0 m /s

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3. Las paredes están construidas por los siguientes materiales: -

En el interior de la cámara, ladrillos de cemento, de. Espesor L1 = 0.20 m y de conductividad K1 = 0.9 W/m 0C

-

En el exterior, ladrillos de: Espesor L2 = 0.10 m y de conductividad K2 = 0.7 W/m 0C

-

En medio, está recubierto con espuma de poliuretano de: L3 = 0.10 m y con K3 = 0.025 W/m 0C Se calcula el coeficiente global de transmisión de calor U:

1 U

=

1 + 6 + 4 x1.5

0.10 + 0.10 + 0.20 + 0.7 0.025 0.9

1 6

U = 0.217/ m2 0C Si la temperatura del aire en la cámara de refrigeración es de 0 oC y la temperatura media del aire es de 20 oC, la transmisión de calor será: Q/A = U (T1- T2) Q/A = 0.217 (20 – 0) oC Q/A = 4.34 W/m2 Los balances de calor Lo relacionado con balance de calor se estudia con mayor profundidad en el curso de Balance de Materia y Energía, sin embargo, es necesario que recuerden los siguientes fundamentos que se aplican en todas las tecnologías de los diferentes grupos de alimentos, específicamente en la Tecnología de Lácteos. Los balances de calor, se calculan teniendo en cuenta que “la cantidad de calor que entra, es igual a la cantidad de calor que sale más el acumulado en el producto” cumpliéndose la ley de la conservación de la energía, en igual forma que la ley de la conservación de la masa se cumple en todo balance de materia. Mediante los balances de calor se puede calcular el consumo energético de todo proceso de elaboración de un producto alimenticio y para controlar las pérdidas de energía, permitiendo también, la optimización de procesos a menor costo.

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 Calentamiento o refrigeración de un producto lácteo En la pasterización de un producto lácteo existe tanto la operación de calentamiento como de enfriamiento y la cantidad de energía se calcula mediante la siguiente ecuación: Q = M CP ∆T En donde: Q = transmisión de calor en W (1 watt = 1 julio /segundo M = masa que fluye en Kg /s ∆T = diferencia de temperatura en el producto en grados centígrados CP = calor específico del producto a calentar, en julio /kg oC Ejemplo Calcular la cantidad de calor necesario para calentar de 4 a 73 oC una leche con el 4% de grasa que se somete después a enfriamiento de 73 a 8 oC, si el flujo de la leche que circula es de 3000Kg / hora. Solución Balance de energía para el calentamiento Q = 3000 Kg/hora x1hora /3600 s x 3.845 julio /kg oC x ( 73 – 4 ) oC Q = 221.08 julios /s = 221.08 Watts Para el enfriamiento se debe retirar la siguiente cantidad de calor Q = 3000/3600 x 3.845 x (8 – 73) oC = -208.27 Watts (negativo porque se extrae calor). Al utilizar la leche de 4 oC para refrigerar la leche caliente, habrá un equilibrio entre la cantidad de calor cedida por la leche caliente y la cantidad de calor absorbida por la leche fría, permitiéndonos conocer la temperatura de la leche fría después del precalentamiento, así: 208.27 = 3000/3600 x 3.845 (T – 4 ) oC 208.27 = 3000/3600 x 3.845 T – 4 x 3.845 208.27 = 0.8333 x 3.845 T – 15.38 T = 60.3 oC

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El anterior resultado significa que al utilizar la leche fría para refrigerar la leche pasterizada, se puede precalentar la leche fría hasta 60.3 oC. sin embargo en este cálculo se omitieron las pérdidas del sistema, que normalmente son alrededor del 15% Entonces la temperatura del la leche fría después del calentamiento, reduciendo el 15% de pérdidas será: T=

208.27 x 0.85 – 15.38

= 50.5 oC

3.2 En este ejemplo, la leche precalentada alcanzará una temperatura de 50.5 oC, lo cual implica un ahorro de energía de: Q = 208.27 x 0.85 = 177.30 Watts. Si el sistema está funcionando 6 horas al día, entonces el ahorro será de: Q = 177 x 6 = 1062 Watts o 1.062 Kw h Calentamiento de los gases En la industria lechera se requiere calentar o enfriar el aire regularmente. Este aire puede ser el de la Fábrica o el de las cámaras de refrigeración o de las torres de secado. El aire de la fábrica tiene que ser renovado varias veces al día y es necesario calcular el gasto energético que implica este proceso. Se debe tener en cuenta que el calor específico (Cp) del aire es: 1.010 J/Kg oC. Ejemplo Calcular la cantidad de calor necesario para calentar el aire de una torre de secado por atomización si el flujo de aire es de 15ooo Kg/h y su temperatura pasa de 20 a 200 oC. Solución Q = 15000/3600 x 1.010 x (200 – 20) = 757.5 Watts Si la torre funciona 8 horas al día, el consumo de energía será: Q = 757.5/1000 x 8 Q = 6.06 Kwh

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Ejemplo Calcular el consumo de energía necesario para renovar el aire de una fábrica de 15.000 m3 cuatro veces cada hora, considerando que la industria funciona 8 horas al día y que durante 6 meses la temperatura exterior media es de –5oC y la interior de 20 oC. (Masa de flujo del aire = 1.3 Kg. /m3. Solución  Cálculo del volumen del aire por segundo: V = 15000 x 4 = 16.67 m3/ s 3600  Masa de aire renovada por segundo: M = 16.67 x 1.3 = 21.67 Kg /s = 21.67 Kg /s  Pérdidas de energía: Q = 21.67 x 1.010 x (20 – (-5) ) = 547.167.5 watts  Consumo de energía durante seis meses ( 180 días a 8 h / día) Q = 547.167.5 x 8 x 180 / 1000 Q = 787.921 Kw-hora Ejemplo Calcular el gasto de agua caliente en un intercambiador de calor que se utiliza para calentar la leche de 4 - 30oC, si esa agua está inicialmente a 80 y no debe enfriarse a menos de 15 oC . El caudal de la leche es de 1.200 Kg. /h. Solución: Ma Cpa ∆Ta = ML CpL ∆TL .Ecuación 1 En donde los valores de a se refieren al agua y L a los valores de la leche. Entonces: Ma x 4.187 x (80 – 15) oC = 1200 x 3.845 x (30 – 4) oC Ma = 441 Kg / hora

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UNIDAD III. TECNOLOGÍA DE PRODUCTOS LÁCTEOS: FABRICACIÓN DE QUESOS Y OTROS PRODUCTOS LÁCTEOS. Introducción En este Unidad, se tratarán aspectos importantes de la tecnología del queso, como son los nutricionales, la clasificación según diferentes factores, las materias primas principales y secundarias utilizadas, los principios científicos y técnicos en el proceso de elaboración de los diferentes tipos de quesos desde los frescos a los quesos madurados y la composición fisicoquímica de cada uno de ellos. Se presentará el proceso de elaboración para cada uno de los quesos que se fabrican en diferentes regiones de Colombia, los cuales aunque algunos se producen en forma artesanal, su técnica se ha ido perfeccionando, hasta obtener productos de excelente calidad y de gran demanda en el país. Se plantean los diferentes defectos que se pueden presentar en los quesos por condiciones inadecuadas en su proceso de elaboración y mal manejo en el almacenamiento de los productos terminados. Así mismo se da una visión global sobre los equipos utilizados en la industria quesera y el aprovechamiento de algunos de sub productos obtenidos de la misma. Se tratarán los aspectos más importantes de la tecnología para la producción de la mantequilla y del helado. Se estudiarán los principios tecnológicos en el proceso de elaboración de cada uno de estos productos, el estudio de las materias primas e ingredientes y la función que desempeña cada una de ellas, en el proceso de producción. Finalmente se describirán los defectos que pueden presentarse en cada uno de estos productos y las normas de calidad Justificación El estudio sobre los principios tecnológicos para la fabricación del queso es muy importante teniendo en cuenta que el queso es una de las formas de transformación de la leche, que permite conservar su valor nutritivo y mejorar sus características organolépticas y aumentar su vida útil. El queso de acuerdo con su tipo y condiciones de almacenamiento tiene una vida útil que puede variar de pocos días a varios meses. Mediante un proceso adecuado y mediante la

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aplicación de unas buenas prácticas de manufactura se puede obtener un producto de excelente calidad técnica y microbiológica, altamente nutritivo e inocuo para los humanos. Actualmente existen en el mercado una gran variedad de quesos desde los frescos, hasta los madurados, con diferente porcentaje de grasa que dan lugar a la obtención de diferentes tipos de quesos, pero también esos tipos de quesos se origina de procesos muy específicos según el lugar donde se procese y para lo cual se le da diferentes nombres. A través de este estudio se darán los fundamentos necesarios que le permitan adquirir las competencias a los estudiantes, para desarrollar procesos y obtener productos con la calidad apropiada para el consumo humano y para los diferentes gustos de consumidores. Por otra parte se proporcionan los fundamentos científicos y técnicos para la elaboración de diferentes tipos de productos derivados de la leche como el helado, la mantequilla y postres de mayor consumo en el país y en otros países, de tal manera que los estudiantes podrán, desarrolla nuevos productos, o mejorar los que se ofrecen en el mercado. Los estudiantes a través de este estudio podrán adquirir las competencias de expertos en la elaboración de estos productos derivados de la leche, generando fuente de trabajo en un gran campo de acción, para desempeñarse en su campo profesional. Objetivo General Conocer y comprender, los principios científicos y técnicos en el proceso de elaboración del queso según los diferentes tipos que existen en el mercado nacional e internacional. Así mismo, conocer los defectos que se pueden presentar en los quesos debido a problemas tecnológicos y a malas condiciones higiénicas. Conocer y comprender, los principios científicos y técnicos en el proceso de elaboración de la mantequilla, el helado y postres de leche como el Arequipe y manjarblanco. Objetivos específicos 1. Conocer y comprender los aspectos nutricionales del queso teniendo en cuenta su contenido graso, y sus componentes como las proteínas, carbohidratos, vitaminas, sales y minerales, en los diferentes tipos de queso, 2. Conocer la clasificación de los quesos según su contenido de grasa y humedad y de los principales quesos colombianos 3. Conocer las diferentes materias primas principales y secundarias y la función que desempeñan en el proceso de elaboración del queso

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4. Conocer las diferentes enzimas coagulantes que intervienen en la producción del queso; los factores que intervienen en su actividad coagulante. 5. Conocer la diferencia en la estabilidad de las enzimas coagulantes. 6. Conocer los diferentes factores que intervienen en la actividad coagulante para la obtención de la cuajada 7. Identificar y aplicar los principios tecnológicos que intervienen en las diferentes etapas de elaboración del queso 8. Conocer y aplicar los diferentes aspectos relacionado con la tecnología de los diferentes tipos de queso colombiano como: cuajada, campesino, costeño, quesito antioqueño, doble crema, quesillo huilense, pera y paipa. 9. Conocer los diferentes defectos que se pueden presentar en los quesos, identificando las causas y los medios de evitarlos 10. Describir el suero como subproducto obtenido de la fabricación quesera, sus propiedades nutricionales y su proceso de elaboración. 11. Conocer y describir los equipos y utensilios más importantes en la industria quesera. 12. Describir las propiedades físicas de la mantequilla 13. Realizar cálculos para el rendimiento en la producción de mantequia 14. Elaborar el diagrama de flujo de elaboración de la mantequilla determinando los diferentes parámetros de las etapas del proceso 15. Describir el proceso de elaboración de la mantequilla 16. Conocer e identificar los diferentes defectos en la mantequilla 17. Describir las características del helado 18. Tener en cuenta las normas para la producción de helado. 19. Describir los componentes e ingredientes del helado y sus funciones 20. Realizar cálculos para determinar el tiempo de conservación del helado 21. Describir el proceso de elaboración del helado 22. Realizar los cálculos correspondientes para determinar el aumento porcentual del helado 23. Describir los diferentes defectos que se pueden presentar en el helado

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CAPITULO 1. TECNOLOGIA DE LA FABRICACION DEL QUESO Un queso fresco se puede definir como el producto obtenido de la coagulación o gelificación de la leche cuando se acidifica o se somete a la acción enzimática del cuajo, produciéndose la separación del suero y la cuajada o “sinéresis”. Esta cuajada después de separada del suero, se constituye en un queso fresco. Pero para la elaboración de un queso no fresco se deben realizar además otras operaciones como: moldeado, prensado, salado y curado o afinado En este capítulo, se considerará los aspectos básicos de la tecnología de la producción del queso en general, donde se estudiarán todos los principios científicos y tecnológicos que ocurren para obtener diferentes tipos de quesos con las condiciones técnicas organolépticas y microbiológicas de un producto de excelente calidad. El queso es una de las formas de transformación de la leche, que permite conservar su valor nutritivo y mejorar sus características organolépticas y aumentar su vida útil. El queso de acuerdo con su tipo y condiciones de almacenamiento tiene una vida útil que puede variar de pocos días a varios meses. Mediante un proceso adecuado y mediante la aplicación de unas buenas prácticas de manufactura se puede obtener un producto de excelente calidad técnica y microbiológica, altamente nutritivo e inocuo para los humanos Las temáticas que se tratarán en este capítulo son: Lección 31. Aspectos nutricionales del queso Lección 32. Clasificación de los quesos Lección 33Materias primas en la elaboración del queso. Lección 34. Materias secundarias en la elaboración del queso. Lección 35. Principios tecnológicos en la elaboración del queso.

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LECCION 31. Aspectos nutricionales del queso Contenido graso Se sabe que el queso elaborado con leche entera contiene la mayoría de los ácidos grasos esenciales como el linoléico y araquidónico, ácidos grasos que son insaturados, que son necesarios para la dieta del los humanos y como fuente principal de energía. Proteínas El queso es una fuente adecuada de proteína porque normalmente contiene todos los aminoácidos esenciales que se pueden observar en la tabla 6 La caseína es la principal proteína del queso y las diferencias cuantitativas que existen entre la caseína de la leche natural y del queso se deben a las pérdidas de proteínas del suero durante el proceso de elaboración del queso. Carbohidratos La lactosa es el azúcar principal de la leche ( fuente de energía en la dieta) sin embargo en el queso quedan cantidades muy pequeñas de este carbohidrato porque se pierden en el suero, o se convierte en ácido láctico o el lactatos durante su proceso, dependiendo de si es queso fresco o madurado. Este efecto puede ser beneficioso para las personas que sufren intolerancia a la lactosa y que por lo tanto no pueden consumir la leche natural, claro está que deben preferiblemente deben consumir quesos con cierto grado de maduración, puestos que los muy frescos contienen buena cantidad de lactosa. Tabla 6. AMINOACDOS ESENCIALES EN LA LECHE Y LA CASEINA Aminoácidos

Leche (%)

Caseína (%)

Arginina

3.7

3.9

Histidina

2.2

3.0

Treonina

4.6

4.5

Valina

7.1

7.4

Leucina

12.1

10.0

Isoleucina

6.7

6.4

Lisina

7.4

8.1

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2.8

3.3

Fenilanina

5.5

5.4

Triptófano

1.4

9.6

Fuente: Universidad Nacional de Colombia. ICTA. Guía para producir quesos colombianos.1994 Minerales, sales y vitaminas En el queso se establece un gran contenido de minerales y sales, dentro de los cuales se encuentran el calcio ( para la formación de los huesos y dientes) el hierro (para la formación de los glóbulos rojos de la sangre) y el fósforo( dientes y estructura ósea), como los más importantes y de mayor proporción. El queso también contiene la gran mayoría de las vitaminas esenciales, excepto la C, que se pierde durante el proceso de elaboración del queso. Finalmente se puede asegurar que el queso es un alimento con gran capacidad de conservación, con alto contenido de proteínas, grasa, calcio, fósforo, riboflavina y otras vitaminas disponibles en forma concentrada, lo cual es una ventaja sobre la leche que por su gran contenido de agua resulta un producto bastante perecedero. Los beneficios nutricionales del queso en comparación con otros alimentos pueden verse en la tabla 7.

Tabla 7. VALOR NUTRICIONAL DE ALGUNOS ALIMENTOS POR 100G DE ALIMENTO Alimento

Proteína

Grasa

Calcio

Hierro

Tiamina

(g)

(g)

(g)

(mg)

(mg)

(mg)

Riboflavin Acido Energía a ascórbic (Kcal) o (mg) (mg)

Cuajada

15.6

18.9

490

1.5

0.02

0.46

0

256

Queso blando

15.0

7.0

350

0.5

0.02

0.30

0

145

19.0

690

0.7

0.02

0.40

0

280

31.0

800

0.8

0.04

0.50

0

387

Queso 21.7 semibland o Queso duro

25.0

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 301105 – TECNOLOGIA DE LACTEOS Leche de 3.4 vaca

3.3

120

0.2

0.04

0.18

2

60

Kumis

3.5

2.5

106

0.1

0.03

0.17

1

76

Yogurt

2.9

2.9

111

0.3

0.04

0.20

3

94

Carne de 21.5 res magra

6.5

6

2.7

0.08

0.23

0

150

Carne de 18.5 cerdo magra

11.9

5

2.0

0.71

0.25

0

186

Pollo

20.2

10.2

14

1.5

0.08

0.16

0

178

Alverja verde

8.2

0.3

36

2.4

0.36

0.12

20

116

1.2

100

7.1

0.43

0.12

3

302

Fríjol rojo 20.4

Fuente: Universidad Nacional de Colombia. ICTA. Guía para producir quesos colombianos. 1994

Es importante tener en cuenta que durante el proceso, la lactosa y algunas proteínas del suero (lactoalbúmina y lactoglobulina) se desnaturalizan pero a pesar de esto el queso se puede considerar, un buen sustituto de otros alimentos con relación al contenido de proteína. LECCION 32. Clasificación de los quesos Mediante la elaboración del queso se logra conservar dos componentes no solubles de la leche, la caseína y la grasa. El proceso básico para la obtención del queso es la coagulación de la leche, luego el desuerado por el cual el lactosuero, se separa de la cuajada. En el lactosuero está la mayor porción del agua y de los componentes solubles de la leche, pasando una cantidad insignificante en la cuajada. El queso puede ser fermentado o no fermentado, y su mínima fermentación se debe a la fermentación láctica. En el mercado existe una gran variedad de tipos de queso que difieren en por varios aspectos, entre los cuales los más importantes son: composición y naturaleza de la leche; cambios en el proceso de elaboración, que dan lugar a quesos con diferente estructura o textura y tipo de fermentación obteniéndose diferentes tipos de queso, según la actividad de los microorganismos que actúa en la fermentación de la caseína, la grasa y la lactosa presente en la cuajada.

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Cada tipo de queso tiene características específicas debido a diferentes factores, relacionados unos con otros, entre los cuales se pueden mencionar (obviando la composición de la leche):  Factores microbiológicos, que tienen que ver con la composición de la microflora original, asociada y las que se desarrollan durante el proceso.  Factores bioquímicos, debido al contenido y características de las enzimas que actúan en el producto, como las del cuajo (coagulante) y de las bacterias, levaduras, hongos o mohos.  Factores físicos y fisicoquímicos, como: temperatura, pH, potencial redox y procesos osmóticos  Factores químicos, como la cantidad de calcio retenido en la cuajada, del agua de la sal y de los compuestos provenientes del atmósfera como humedad y gas carbónico.  Factores mecánicos, como: el corte, agitación, trituración y frotamiento que acentúan o disminuyen los factores anteriores. Teniendo en cuenta lo anterior existen diferentes formas de clasificar los quesos, relacionadas principalmente con la composición del producto, su tecnología y maduración siendo una de las más comunes la clasificación de los quesos en: frescos y madurados y dentro de esta clasificación existen otras diferencias que tienen que ver con el desuerado espontáneo o acelerado, corte de la cuajada, presión durante el prensado, contenido de mohos y características de la corteza. La Federación Internacional de la Lechería FIL - IDF en documento 141 de 1981 contempla los siguientes criterios para la clasificación de los quesos:  La materia prima: leche de vaca, oveja o cabra  Consistencia: pasta dura, blanda, semi- blanda, queso fresco o cuajada ácida.  Aspecto interior: con o sin ojos  Aspecto exterior: corteza dura, seca, blanda- seca, sin corteza  Peso  Contenido máximo de humedad: en el queso completo (% de humedad) y en el queso sin grasa (% H/QD). La humedad del queso desgrasado se calcula según la siguiente fórmula: % humedad x 100 % H/QD

= 100 - % materia grasa

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 Contenido de materia grasa en materia seca (%MG/MS) También, la FAO/OMS, en su informe de junio de 1978 presenta una clasificación de los quesos según la humedad en el queso desgrasado (%H/QD) y el contenido de materia grasa en la materia seca ( % MG / MS ) dando lugar a las categorías que se presentan en la tabla 8.

Tabla 8 CLASIFICACIÓN DE LOS QUESOS SEGÚN LA HUMEDAD EN EL QUESO SIN GRASA %H/QD

CLASE

Menor que 51

Extraduro

49 – 56

Duro

54 –63

Semiduro

61 -69

Semiblando

Mayo que 67

Blando

Fuente: Universidad Nacional de Colombia. ICTA. Guía para producir colombianos. 1995

quesos

Por otra parte los quesos son clasificados de acuerdo al tratamiento de la cuajada en: quesos de pasta cruda, semicocida y cocida, según el calentamiento al que ha sido sometido. Quesos con pasta molida, amasada y prensada, según el tratamiento mecánico efectuado en el proceso. Quesos de pasta hilada, que consiste en el estiramiento con calor de la cuajada hasta obtener una consistencia elástica, parcialmente desmineralizada, con una estructura en forma de capas, como consecuencia del “proceso de hilado” Por lo anterior es recomendable combinar todos los aspectos mencionados para la clasificación de los quesos para describir un determinado tipo de queso. Existe una clasificación típica para los quesos que se elaboran actualmente en Colombia, la cual se presenta en la tabla 9

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 301105 – TECNOLOGIA DE LACTEOS Tabla 9 CLASIFICACION DE LOS PRINCIPALES QUESOS COLOMBIANOS Nombre del queso

Tipo de maduración y de pasta

Humedad máxima (%)

Humedad en queso sin grasa máxima

Consistencia

(%)

Materia grasa en materia seca mínimo

Conteni do Graso

(%) M A D U R A D OS PAIPA

Pasta amasada y prensada

48

60

Semiduro

40

Medio

FRESCOS NO ACIDOS CUAJADA

Pasta no prensada

59

72

Blando

44

Medio

QUESITO ANTIOQUE ÑO

Pasta molida

58

72

Blando

52

Alto

CAMPESIN O

Pasta no prensada

55

70

Blando

49

Alto

Pasta prensada

50

65

Semibland o

45

Alto

MOLIDO NARIÑENS E

Pasta molida

57

71

Blando

49

Alto

AMASADO

Pasta amasada

55

70

Blando

50

Alto

FRESCOS ACIDOS DOBLE CREMA

Pasta hilada

50

65

Semibland o

45

Alto

QUESILLO

Pasta hilada

50

66

Semibland o

50

Alto

PERA

Pasta hilada

49

63

Semibland o

45

Alto

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 301105 – TECNOLOGIA DE LACTEOS Fuente: Universidad Nacional de Colombia. ICTA. Guía para producir quesos colombianos. 1995.

LECCION 33. Las materias primas en la elaboración del queso La materia principal para la elaboración del queso es la leche proveniente de diferentes mamíferos como la vaca, cabra, oveja y búfala, pero la más importante por su composición química, física, y nuricional, es la leche de vaca, aunque actualmente ha aumentado el procesamiento de la leche de cabra y de búfala para la elaboración de queso principalmente. •

La leche

Como ya se sabe la leche es un líquido complejo en donde sus diferentes componentes se encuentran en estado de dispersión, de los cuales depende sus propiedades y efectos causados por la interacción que existe entre estos. En este capítulo el estudio de la leche se hará desde los aspectos relacionados con la elaboración del queso puesto que lo relacionado con su estructura, composición y propiedades físicas, químicas y microbiológicas ya se trataron con profundidad en la Unidad I. Es importante resaltar que la elaboración del queso no depende únicamente de la composición macro de la leche con respecto a la materia grasa, la proteína, la lactosa y las cenizas, sino también de la microestructura de los componentes individuales es decir de los ácidos grasos, la caseína, las albúminas, las globulinas entre otros. • Grasa láctea Los componentes de la materia grasa de la leche son responsables en gran parte del aroma y sabor del queso y además de su cuerpo y textura. Por ejemplo el queso desgrasado, tiene una consistencia dura y es insípido y con un aroma muy tenue, en cambio los quesos con grasa, tienen un sabor y aroma más fuerte que los caracteriza. La materia grasa de la leche se encuentra dispersa en forma de glóbulos esféricos conformando una emulsión de materia grasa en forma globular. El diámetro de los glóbulos difiere en tamaño según la especie y raza del animal, encontrándose que los glóbulos grasos de la leche de cabra son más pequeños que los de la vaca y en general de las razas bovinas que contienen un alto contenido de grasa.

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En la materia grasa de la leche se encuentran diferentes lípidos como los neutros, los polares las sustancias insaponificables como el colesterol el dehidrocolesterol, precursor de la vitamina D, los carotenoides principalmente la vitamina A. Los ácidos grasos que forman parte de los lípidos de la leche son de diferentes tipos y en su estructura molecular pueden contener de 4 a 20 átomos de carbono y de 0 a 4 dobles enlaces. Cada glóbulo graso de la leche está rodeado por una membrana que consiste en una capa protectora, cuya composición y propiedades son muy diferentes a las grasas y al plasma de la leche. La actividad principal de la membrana es impedir que los glóbulos grasos floculen y se fusionen, además evita la acción enzimática sobre las grasas. En resumen todas las interacciones entre la grasa y el plasma suceden a través de la membrana de los glóbulos grasos y por lo tanto tienen que ver con las reacciones de alteración de las grasas debido a la lipólisis y la oxidación. La agregación de la grasa a la cuajada, está relacionada con la grasa de la leche, pero también con la composición de la grasa y de su membrana que la rodea. La composición de la grasa afecta su punto de fusión y durante el proceso se libera grasa líquida en el manejo de la cuajada, ocurriendo que los glóbulos grasos grandes fundidos internamente, sean expulsados de la cuajada con mayor facilidad que los pequeños. La grasa pasa al suero, si la temperatura es mayor que 250C o también puede retenerse en la cuajada y dar un cuerpo más graso al queso. La grasa láctea funde a una temperatura entre 28 y 330C y solidifica a una temperatura entre 24 y 190C. Cuando los ácidos grasos se liberan en la cuajada, especialmente el ácido butírico, aparece el efecto de la rancidez, proporcionando un sabor y aroma desfavorable a la cuajada. La liberación de los ácidos grasos ocurre por la hidrólisis del glicerol causada por la acción enzimática de la lipasa, presente en la leche algunas veces pero en la mayoría de los casos proviene de los microorganismos que han contaminado la leche y que han resistido a los tratamientos térmicos suaves, como es el caso de la pasterización que ocurre a 720C por 15 segundos la cual no alcanza a destruir dichos microorganismos.

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Otras causas de la liberación de los ácidos grasos es la agitación muy fuerte de la leche que ocasiona la acción de las lipasas sobre la grasa libre o debido a la excesiva acidez que ocasiona la desnaturalización de la proteína que rodea el glóbulo graso, produciendo el rompimiento de la membrana y por ende la liberación de grasa. También es importante resaltar que la liberación de los ácidos grasos por acción de la lipasa sobre los triglicéridos, dificultan la coagulación de la leche cuando reacciona con la caseína obstaculizando los espacios que necesitan los coagulantes para la formación del cuajo. •

Proteínas de la leche

Las proteínas de la leche se clasifican básicamente en dos grupos: a) la caseína que es el grupo que contiene fosfato y precipitan a un pH de 4.6. La mayoría de la caseína de la leche se encuentra formando las micelas y formando cuatro tipo de cadenas polipeptídicas, denominadas: caseínas alfa S1, alfa S2,, Beta y kappa y b) las proteínas del suero, que permanecen en solución a pH 4.6 y está constituido por el grupo de: alfa-lactoalbúmina, beta-lactoglobulina, inmunoglobulinas, seroalbúmina y una parte de proteasa – peptona. Entre las proteínas del suero obtenido por la coagulación enzimática, se forma también el glicomacropéptido de caseína debido al rompimiento de la Kappa caseína, por acción de la quimosina. Las proteínas del suero están en solución y no forman coloides (micelas) como las caseínas. La beta lactoglobulina se segrega cuando la leche se somete a calentamiento e interactúa con la Kappa caseína, ocasionando un retardo en la coagulación, obteniéndose cuajadas blandas que se demoran en perder su humedad. En la leche las proteínas tienen una estructura específica, que se afecta por la acción de diferentes tratamientos particularmente, por la acción de los ácidos y por el calentamiento, ocurriendo la desnaturalización que ocasiona cambios en su estructura secundaria y terciaria, presentándose la reagrupación de sus moléculas y como consecuencia una disminución de la solubilidad y de su actividad. Sin embargo este efecto no sucede con las caseínas. En la maduración de los quesos la caseína alfa S puede dividirse en péptidos menores proporcionando sabores diferentes según sea el aminoácido terminal, tal es el caso de la fenilalanina que confiere un sabor amargo. Así mismo el rompimiento de la beta caseína puede ocasionar sabores amargos a los quesos.

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•

Carbohidratos: la lactosa

Es el carbohidrato de mayor importancia de la leche de la mayoría de los mamíferos, y es el que se encuentra en mayor proporción (4.5 – 5.0%). La lactosa es mucho menos dulce que otros azúcares comunes como la glucosa y sacarosa, siendo su poder edulcorante seis veces menor que el de la sacarosa. Además su dulzura en la leche se enmascara por la caseína. La gran mayoría de los microorganismos que se encuentran en la leche, metabolizan la lactosa ocurriendo una da las fermentaciones más importantes tecnológicamente como es la producción de ácido láctico. Esta actividad de las bacterias lácticas no es favorable en la leche para el consumo directo, pero sí lo es en la elaboración de algunos tipos de quesos. La lactosa que contiene la cuajada desuerada, dependerá de varios factores como: técnica de elaboración y del contenido de humedad. En un medio húmedo, como el de la cuajada, la lactosa se transforma en ácido láctico por acción de las bacterias lácticas principalmente en los quesos frescos no madurados, ocasionando un sabor y aroma característico y una textura especial como consecuencia de la disolución de los minerales ligados a la caseína. •

Sales

Las sales de la leche son importantes tanto desde el punto de vista nutricional, como que son responsables en gran parte del estado físicoquímico del suero de la leche, por lo que influye en la estabilidad de la proteína. Las sales son muy importantes en la elaboración del queso especialmente las sales de calcio, magnesio y de los ácidos cítricos y fosfórico. El magnesio, aunque no influye en la formación de las micelas, sí es responsable del equilibrio estable de la leche. El calcio como fosfato forma parte de la estructura del complejo de la caseína. A pesar de que el equilibrio de la leche depende del pH y de la temperatura, dos terceras partes del calcio son coloidales y una tercera parte está en solución. El calcio como tal constituye una décima parte de la cantidad total de la leche, en tanto que la mayor parte se encuentra formando complejos con el fosfato, el citrato y la caseína. La cantidad de calcio disponible afecta el tamaño de los agregados de la caseína, por lo tanto la adición de calcio debe ser adecuada para aumentar el tamaño micelar de las caseínas. Por otra parte la dilución de la leche con agua antes de la coagulación puede disgregar las micelas en unidades más pequeñas. Los iones de calcio son más importantes en la formación del complejo que el magnesio, el potasio o el sodio.

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Como se ha indicado anteriormente, el contenido del calcio en estado iónico o reactivo representa un 35% del calcio total en la leche, por lo tanto cualquier compuesto que se le adicione a la leche, que tenga la capacidad de atrapar o ligar iones de calcio, puede causar un aumento en la coagulación. La velocidad de la coagulación y la consistencia del coágulo obtenido enzimáticamente, disminuye si la leche es calentada por encima de 65oC. Cuando la leche ha sido almacenada y enfriada a 4 oC debe calentarse a 35 oC y conservarse por 30 minutos a esa temperatura, para que el tiempo de coagulación sea el normal. Para un mejor efecto, se recomienda ajustar a una temperatura de 60 oC y mantenerla por 60 minutos. A pesar de la posibilidad de interacción entre los componentes individuales de la leche (grasa, proteína y sales), se debe recordar que la proteólisis y la lipólisis de los componentes de la leche, es con frecuencia la causa de disminución de las reacciones de coagulación enzimática, obteniéndose en la mayoría de los casos, cuajadas suaves. •

Enzimas

Las enzimas de la leche provienen de tres fuentes importantes: a. Las que contiene la leche en el tiempo de secreción. b. Las de los microorganismos en el momento de su obtención (en el momento del ordeño) c. Las de los microorganismos que contaminan la leche durante su producción. Las principales enzimas que se encuentran en la leche normalmente son: lactoperoxidasa, ribonucleasa, la xantina-oxidasa, la catalasa, la aldolasa, la lactasa y grupos de fosfatasas, lipasas, esterasas, proteasas, amilasas, oxidasas y reductasas. Las lipasas unidas a la membrana son diferentes de las del plasma (suero lácteo), y están irreversiblemente ligadas a la membrana del glóbulo graso. Estas mantienen inactivas en la leche hasta que son activadas por la agitación con el fin de liberar la grasa líquida, durante la homogenización en ese momento sucede la ruptura de la membrana del glóbulo graso. La lipólisis de la leche se activa al calentar la leche fría por encima de 320C y enfriarla luego, hasta una temperatura más lejos del punto de solidificación de la grasa, ocurriendo rápidamente la rancidez de la grasa; Esto sucede generalmente, cuando se mezcla leche recién ordeñada con leche almacenada en los tanques de enfriamiento y el equipo de refrigeración no es el adecuado.

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Otra operación que puede activar las enzimas proteolíticas y producir rancidez, es la aireación y agitación de la leche en los sistemas de vacío. Algunas veces los fabricantes de queso acostumbran adicionar sal a la leche almacenada con el propósito de inhibir la acción de las lipasas, sin embargo la adición del cloruro de sodio causa problemas en la actividad del cuajo, disminuyendo su poder de coagulación, produciendo cuajadas suaves que retienen humedad. Otros fabricantes de queso no realizan la pasterización de la leche para evitar la pérdida de lipasas que favorecen la formación de componentes necesarios que proporcionan el sabor característico de los quesos madurados, pero se debe tener en cuenta que algunas lipasas provienen de contaminantes de la leche que pueden ser las pseudomonas, los micrococos, bacilos y estreptococos y por lo tanto son lipasas que afectan la maduración de los quesos, principalmente en el sabor del producto final.. Las estearasas existen en muy pequeñas cantidades en la leche pero son responsables de algunos cambios en los lípidos, además tienen una acción importante en la maduración de los quesos. La fosfatasa es una esterasa que cataliza la hidrólisis de los fosfatos orgánicos. Esta enzima es eliminada con la pasterización, razón por la cual, es utilizada en el test de fosfatasa, para indicar su presencia o no y de acuerdo al resultado obtenido, determinar si el tratamiento térmico ha sido adecuado. La fosfatasa ácida, se encuentra presente en la leche, es resistente al calor (hasta 96oC) pero su efecto en la producción del queso o de la cuajada no es importante. La xantina oxidasa cataliza la oxidación de los aldehidos por lo cual es importante en la obtención de las cuajadas. Esta enzima es una reductasa activa hasta los 75 u 800C reduciendo los nitratos a nitritos. Los microorganismos contaminantes de la leche pueden dar origen a las reductasas, las cuales son transportadas a las cuajadas. La leche la contiene en diferentes cantidades y transporta oxígeno de los peróxidos, es resistente al calor hasta los 800C y se utiliza en los test para las leches que han sido sometidas a temperaturas más altas que las de una pasterización normal. Las catalasas son enzimas que causan la descomposición del peróxido en agua y oxígeno inactivo, este peróxido era utilizado para la conservación de la leche. La leche de calostro y mastíticas contienen grandes cantidades de catalasa y por esta razón su presencia es utilizada para detectar las leches obtenidas de ubres infectadas. Las proteasas de la leche hidrolizan los enlaces de los aminoácidos de las proteínas formando peptonas, péptidos y aminoácidos. Cantidades pequeñas de

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estas sustancias en el queso, proporcionan cambios desfavorables en el sabor, el cuerpo y la textura del queso. Debido al tratamiento térmico que sufre la leche, las proteasas son destruídas lentamente. Muchas de estas enzimas precipitan en la cuajada y son importantes en la maduración del queso pero algunas se pierden en las proteínas del suero. •

Vitaminas

Las vitaminas en el queso, además de aportar al valor nutricional de la leche, influyen significativamente en la acción metabólica de los microorganismos en el queso. Entre las vitaminas que contiene la leche las que desempeñan un papel importante en la elaboración del queso están la vitamina A y las del complejo B, la más resistente a los tratamientos es la vitamina A por ser insoluble en agua las del complejo B son solubles y bastantes lábiles por lo tanto, se reducen con los tratamientos pero quedan algunos residuos importantes, en cambio la vitamina C, se pierde gran cantidad en los tratamientos térmicos de los quesos frescos y en los quesos madurados se pierde del todo. La vitamina A es liposoluble, es decir que se disuelve en la grasa, y a pesar de que la mayor cantidad de vitamina se queda atrapada en la materia grasa de la leche, se encuentra pequeñas cantidades en las globulinas y en las proteínas del suero. Como se dijo anteriormente la vitamina A por ser resistente a los tratamientos térmicos la cantidad que se pierde es muy poca. Tanto la vitamina A como sus provitaminas, los carotenoides tienen un gran valor nutricional. Entre las vitaminas del complejo B se encuentran: La Tiamina, se encuentra una parte disuelta en la leche y otra parte ligada a las proteínas, esta de destruye progresivamente debido a los tratamientos térmicos. La Riboflavina o B2, es la que le proporciona el color amarillo verdoso al suero. Resiste tratamientos térmicos normales pero durante la maduración del queso se reduce su contenido, a pesar de que existen algunos microorganismos que contribuyen a su formación. La Niacina, es bastante resistente a los tratamientos térmicos para la elaboración de los quesos, pero una buena cantidad queda en el suero del queso. La niacinamida actúa como coenzima en algunas reacciones que ocurren en las primeras etapas de la producción del queso, aunque se evaporan durante el proceso de maduración. La vitamina B6, se encuentra libre en el suero de la leche, resiste a la pasterización y desempeña un papel importante en los procesos metabólicos de los microorganismos y en las reacciones enzimáticas que causa la oxidación y la

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degradación de los aminoácidos que confieren el sabor característico de los quesos. El ácido Pantoténico, se solubiliza en el agua y también resiste un tratamiento térmico normal actúa en varias reacciones bioquímicas e interviene en las reacciones que ocurren en la maduración del queso. El ácido Fólico y la Biotina, actúan también en las reacciones enzimáticas ocasionadas por el metabolismo de los microorganismos que se desarrollan en la maduración del queso La vitamina B12, es la de mayor importancia por su influencia en la formación del ácido propiónico debido a la acción de ciertas bacterias, en la maduración del queso y en la formación de la corteza de los quesos como el Cammembert y en los quesos duros la vitamina se aumenta durante el desarrollo interno de las bacterias propiónicas. Esta vitamina es soluble en agua, reacciona con los ácidos, los álcalis y la luz. Es poco resistente al calor y se pierde un 10% aproximadamente durante el tratamiento térmico normal. Otra vitamina importante es la E que evita la peroxidación de los componentes insaturados de los lípidos, por su poder antioxidativo puede formar parte en el sabor ocasionado por la grasa del queso madurado puede formar parte en el sabor ocasionado por la grasa del queso madurado. Como se puede observar muchas de las vitaminas son importantes para el desarrollo de los microorganismos sin embargo algunos microorganismos la pueden sintetizar durante su proceso metabólico. En los quesos que contienen una gran variedad de microorganismos es necesario que la leche utilizada tenga una buena proporción de vitaminas, puesto que en la técnica lechera se requieren principalmente por dos aspectos importantes: contener las vitaminas necesarias para el desarrollo de la microflora y conservar las vitaminas para aumentar el valor nutricional del queso.

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LECCION 34. Materias primas secundarias que se requieren para la elaboración del queso •

Cloruro de calcio

El contenido de calcio en la leche depende de muchos factores, algunos de estos son la especie del animal, su alimentación, y los tratamientos a los cuales halla sido sometida. Se sabe por ejemplo que durante la pasterización de la leche se pierde gran cantidad de calcio y por lo tanto se deben restituir esos iones de calcio en la cantidad apropiada para lograr una excelente coagulación. La capacidad de coagulación de la leche depende de la cantidad de iones de calcio, si tiene un bajo contenido el cuajo producido tendrá una textura poco firme y suelta y al cortar la cuajada se formará cantidades de polvo muy fino, presentando problemas en el desuerado reducción de gran cantidad de materia grasa, pero, una dosis excesiva de cloruro de calcio producen un coágulo muy duro y con sabor a sustancias químicas ajeno al sabor característico del queso. Por lo anterior es necesario que el cloruro de calcio que se le adicione a la leche sea en una cantidad de 10 a 20 gramos por cada 100 litros de leche aproximadamente, dicha cantidad debe ser disuelta previamente en agua, aproximadamente media hora antes para lograr una buena ionización del calcio. •

Nitratos

Los nitratos se utilizan en forma de KNO3 y NaNO3 con el fin de evitar la hinchazón no deseada en los quesos no madurados por causa de la acción metabólica de las bacterias coliformes que transforma la lactosa y el ácido cítrico en: ácido láctico, fórmico acético y dióxido de carbono e hidrógeno causantes de la producción de gases, y por supuesto esta reacción le confiere una sabor y una textura con ojos no deseada es este tipo de quesos. En los quesos madurados, los nitratos se adicionan especialmente en los para evitar una formación excesiva de gas. Con la adición de los nitratos se logra que el oxígeno contenido en estos, reaccione con el hidrógeno formado por las bacterias coliformes formándose agua y evitando de esta manera la hinchazón por efectos del gas. Sin embargo es importante advertir, que los nitratos no inhiben el crecimiento de los coliformes y por ende siempre se debe utilizar como materia prima una leche que cumpla con la calidad higiénica requerida y de todas maneras someterla a la pasterización. El nitrato no impide el crecimiento de las bacterias ácido – butíricas sino que al convertirse a nitritos (NO2), causa la muerte de las bacterias acidolácticas y reduce otras bacterias y enzimas que contiene la leche. Pero es necesario tener en cuenta que los nitritos también son tóxicos para los humanos y por ende no se

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aconseja utilizar en la elaboración de quesos frescos y en los madurados su dosis no debe ser mayor de 20 gramos por 100 litros de leche. Si en el proceso de elaboración del queso se realiza una buena pasterización, altas temperaturas de cocción, acidificación adecuada y la adición de una cantidad suficiente de sal, permite que el uso de la cantidad de nitratos sea la mínima o en el mejor de los casos no se requiere su adición. Una dosis excesiva de nitratos confiere al queso un color rojizo y sabor a químicos. El nitrato de potasio es menos hidrófilo y más fácil de disolver que el de sodio por lo tanto se utiliza con más frecuencia. El momento más adecuado para su adición es cuando la leche ya contiene el cloruro de calcio y el colorante, y se encuentra en la tina de reposo, sin embargo se puede adicionar después. •

Colorantes

Normalmente el color amarillento de los quesos se debe a su contenido de caroteno que se encuentra en la materia grasa de la leche, pero para obtener un color estándar se acostumbra adicionar colorantes a la leche. Estos colorantes deben ser de origen vegetal y entre los cuales se encuentran los obtenidos a partir del achiote o Bixaorellana o el caroteno que contiene la leche. Estos colorantes le confieren al queso un color amarillo – rojizo. Un caso especial es el colorante que se le agrega al queso doble crema colombiano, para sándwich, para intensificar su tonalidad, especialmente cuando ha sido parcialmente descremado. El colorante debe ser adicionado antes del cuajo para que se pueda disolver más fácilmente y se debe almacenar en botellas color ámbar para protegerlo de la luz y evitar su degradación y sedimentación. •

Decolorantes

Se utilizan generalmente para aquellos quesos tipo queso de oveja con el fin de darle la coloración característica del queso natural de oveja, por tener este, menos cantidad de carotenos que la leche de vaca. Para obtener este color característico se utiliza la clorofila que es un complemento del caroteno por lo que una mezcla adecuada de estos confiere el color blanco característico del queso de oveja. La dosis adecuada es de 8 a 10 gramos por cada 100 litros de leche; un exceso de este le confiere un color de plomo a verdoso. •

Sal

La adición de sal en la elaboración del queso tiene como función principal su conservación puesto que inhibe el desarrollo de las bacterias contaminantes, pero además tiene una gran influencia en la formación del cuerpo del queso teniendo en cuenta los siguientes aspectos: la adición de sal en el suero produce una

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mayor cantidad de agua en el queso ya que el intercambio de los iones de calcio de la caseína por los iones de sodio es mayor, ocasionado un queso más suave y flexible porque los iones de sodio aumentan la absorción del agua. Pero, cuando se adiciona cantidades excesivas de sal ocurre el caso contrario, se disminuye la absorción del agua y da como resultado un queso con textura quebradiza. •

Cultivo láctico y acidificación

En la elaboración de quesos es de primordial importancia la acidificación de la leche a partir de las bacterias lácticas porque influye de manera significativa en el desuerado, en su conservación, su aroma, sabor y grado de maduración. En el caso de los quesos de pasta hilada como el queso pera y doble crema, la capacidad del hilado depende de la acidez de la leche originada por los cultivos lácticos adicionados y no por la flora natural de la leche cruda. En el queso campesino, el cultivo láctico le confiere una textura más elástica y un sabor más agradable, evitando también la contaminación del queso por bacterias patógenas y que producen efectos de putrefacción. La cantidad aconsejada de cultivo láctico está entre 0.1 - 1% de acuerdo a la acidez requerida y tipo de queso a producir. Este cultivo comúnmente contiene bacterias Lactococcus Lactis, sub-especie Lactis y Lactococcus Lactis, subespecie Cremoris, que son mesófilas y su crecimiento óptimo está entre 18 y 22oC. •

Enzimas coagulantes

La coagulación enzimática es una de las técnicas de mayor uso en la fabricación de los quesos. Para lograr dicha coagulación, tradicionalmente se ha venido utilizando el cuajo animal cuya enzima principal es la Quimosina, sin embargo debido a la dificultad de obtener el cuajo de terneros jóvenes, los fabricantes hoy en día utilizan enzimas obtenidas de otras materias primas como la pepsina, enzimas vegetales y microbianas, que han tenido grandes ventajas tecnológicas por no depender del mercado de la carne y porque se adaptan mejor a los tratamientos térmicos acelerando el proceso de coagulación de la leche. Pero se debe tener en cuenta que a pesar de que muchas enzimas pueden causar el efecto de coagulación no todas son aptas para el uso en quesería, puesto que si tienen una actividad proteolítica excesiva causan sabores amargos y efectos no deseables en la textura del queso. Por lo anterior los sustitutos del cuajo animal que se garantizan por su inocuidad, seguridad y capacidad como coagulante son.  Pepsina de cerdo  Proteasa de Mucor miehei

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 Protesa de mucor pusillus  Proteasa de Endothia parasítica  Quimosina genética La cantidad a adicionar de estas enzimas difiere según el país donde se elabore el queso.  Enzimas gástricas Entre las enzimas gástricas se encuentran la quimosina que tiene una actividad proteolítica a un pH aproximado de 4. Se encuentra principalmente en el estómago de los rumiantes que todavía son amamantados. Entre las pepsinas se encuentran: la pepsina A cuya actividad se presenta en un medio ácido inferior a 2. y la pepsina B o gastricsina que es una enzima menor con propiedades intermedias.  Quimosina Se encuentra en los cuajos como su componente de mayor proporción, por precipitaciones sucesivas con el cloruro de sodio se puede obtener pura o cristalizada. Esta se considera como una haloproteína. Su pH óptimo para su actividad es variable, cuando actúa como sustrato la caseína es aproximadamente 4.0 , pero su actividad se suspende cuando la leche esta a un pH aproximado de 7.5 es decir es alcalina, produciéndose la desnaturalización irreversible a un pH de 8.0, sin embargo la pro-enzima se conserva aún estable a un pH de 9.0 .  Extracto de cuajo Se obtiene industrialmente por inmersión de porciones de cuajares secos o congelados en salmuera con un 10% de sal común, a la cual se le agregado otras sustancias como el ácido bórico, timol, ácido benzoico entre otros por su acción desinfectante. Para que la maceración sea rápida y se evite su contaminación debe hacerse en un medio ácido alrededor de un pH 4.0 obteniéndose una coagulación entre 10 y 20 horas a 20oC. Se requiere una cantidad aproximada de 1.5 a 2 cuajares de ternero de 60 gramos para obtener in extracto comercial con fuerza 1:10.000. el extracto de cuajo posee una actividad coagulante del 10 al 20% de pepsina.  Cuajo desecado Es un extracto en polvo que se obtiene a partir de una mezcla de sal con extracto de cuajo, al cual se le adiciona sal común, lactosa o almidón con el fin de aumentar y regular su fuerza a 1:100.000 o a 1:150.000, este se somete a secado a una temperatura de 50oC. de esta manera se obtiene un cuajo con

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buena actividad coagulante y además con una excelente calidad química y microbiológica, pero tiene la desventaja que este proceso resulta más costoso.  Pepsina Se obtienen por extracción de los estómagos de cerdo o de bovinos ya rumiantes. La pepsina de bovinos adultos, tienen una actividad coagulante hasta 15%. Las pepsinas contienen fósforo, mientras que ka quimosina carece de él. La pepsina es la enzima más similar al cuajo, excepto por el pH óptimo en el cual tiene mayor actividad coagulante que está alrededor de 2.0 y se inhibe a un pH de 6.6, por ende su coagulación en las leches frescas es casi nula. Se recomienda utilizar tanto la pepsina de cerdo como la bovina con un 50% de cuajo de ternero para obtener un mejor resultado en la actividad proteolítica y en el sabor.  Enzimas de origen microbiano Algunas enzimas coagulantes de la leche, se pueden obtener a partir de algunos microorganismos y las más aceptables son las extraídas de algunos mohos, utilizándose tres especies, generalmente: • •

•

Endothia parasítica: obtenido del castaño comercialmente obtenido por la compañía americana Pfizer cuyos nombres son Sure curd y Suparen. Mucor pusillus: moho mesófilo que se forma en la superficie de los suelos, obtenido comercialmente por la compañía japonesa MEITO – SANGYO con el nombre de NOURY RENNET. Mucor miehei: también es un moho mesófilo extraído de la superficie de los suelos, produciéndose vriedades de cepas en diferentes preparaciones comerciales.

Es importante resaltar que las enzimas producidas de estos mohos se procesan con un estricto control de su calidad higiénica y microbiológica, para verificar la eliminación total de sustancias extrañas como los antibióticos y de aflatoxinas, y garantizar su inocuidad. Actividad coagulante de las enzimas En la actividad coagulante interviene los siguientes factores:  Concentración de la enzima: en este caso se debe tener en cuenta que el tiempo de coagulación es inversamente proporcional a la concentración de

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la enzima, es decir a mayor cantidad de enzima menor tiempo de coagulación  PH: la actividad coagulante se inhibe a un determinado pH de la leche, por ejemplo la pepsina del cerdo no actúa a un pH superior a 6.6 en cambio las enzimas microbianas conservan su actividad hasta un pH cerca de 7.  Concentración del calcio iónico: se observa una mayor sensibilidad de las enzimas de Mucor a los iones de calcio que las de Endothia.  Temperatura de la leche: para el extracto de ternero la temperatura óptima es de 40oC pero para las enzimas microbianas como el Mucor miehei es un poco mayor (65 oC). Estabilidad de las enzimas coagulantes Todas las enzimas son bastante estables en estado seco pero cuando se encuentran en solución no sucede lo mismo, por ejemplo en el caso del extracto de ternero se desestabiliza cuando la temperatura de la leche está por encima de 50oC), en cambio los cuajos microbianos son más resistentes al calor y por ende su temperatura óptima es mayor. También se observa que la proteasa del Mucor pusillus tiene una estabilidad mayor que el resto de las enzimas coagulantes en solución.

Por lo anterior cuando se almacena enzimas líquidas durante un año, la pérdida de actividad es diferente de acuerdo al tipo de enzima, así:

 Extracto de ternero: si la temperatura de almacenamiento es de 0oC, pierde el 2% de su actividad; si se almacena a 5oC, pierde de 5 a 10%.  Pepsina de cerdo: a 0oC, pierde el 2% y a 6oC, pierde el 10%.  Proteasa de Mucor pusillus: a 28oC, pierde el 2% y a 32oC, pierde un 10%.

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 Proteasa de Mucor miehei: a 10oC, pierde el 2% y a 16oC, pierde el 10% de su actividad. Como se observa la enzima que presenta una actividad más estable a temperaturas mayores es la proteasa del Mucor pusillus. Para las enzimas en polvo se recomienda almacenarla a temperaturas menores de 24oC

LECCION 35. Principios tecnológicos en la elaboración de quesos Antes de la elaboración del queso como tal la leche cruda debe ser sometida a las operaciones de: filtración, clarificación, enfriamiento, almacenamiento y estandarización. Las tres primeras operaciones ya se estudiaron en el capítulo correspondiente al tratamiento de la leche para su industrialización. A continuación se explica lo relacionado a la operación de estandarización de la leche para la elaboración de quesos, para después describir las diferentes operaciones que se llevan a cabo en el proceso de elaboración de quesos.

•

Estandarización de la leche

La estandarización de la leche tiene dos funciones principales. Lograr que el queso a elaborar cumpla con las normas nacionales e internacionales o del productor con relación a su contenido de materia grasa en la materia seca del producto final Hacer un uso más racional de los componentes de la leche teniendo en cuenta el rendimiento económico por un parte y por otra parte la aceptación del consumidor con respecto a su contenido de: grasa, agua, proteína, cuerpo o textura, aroma y sabor del queso. La operación de estandarización consiste en adecuar la composición de la leche para tener una relación constante entre materia grasa y materia seca del producto terminado. Se debe tener en cuenta que el contenido de la grasa es con respecto a la materia seca del queso (sólidos) y no con la masa total del queso (sólidos + agua), debido a que el queso durante su proceso, almacenamiento o maduración, sufre un aumento en el contenido de sólidos y grasa, en cambio la relación de grasa en su materia seca no varía.

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La cantidad de materia grasa de la leche que se utiliza en la elaboración de quesos, depende además de la relación de materia grasa / materia seca, del contenido de sólidos no grasos de la leche, de la proporción de los componentes sólidos que pasan al queso y de la tecnología utilizada. Para la estandarización del contenido de grasa en la leche se aplican los siguientes métodos: Cuando la leche tiene un contenido de grasa más alto del deseado, se equilibra de la siguiente forma: • • •

Por adición de leche descremada Agregando leche baja en grasa Descremando parcialmente la leche para luego adicionarla de nuevo a la leche con alto contenido en grasa

La operación anterior se realiza con una separadora - estandarizadora (descremadora centrífuga) que realiza el descremado de la leche obteniéndose una leche baja en grasa

Cuando la leche es deficiente en materia grasa, se puede ajustar así: • • •

Adición de crema Agregando leche con alto contenido en grasa Descremando la leche y adicionar de nuevo a la leche original la crema obtenida.

Para estandarizar la materia grasa de la leche se utiliza el método del “Cuadrado de Pearson”, que consiste en lo siguiente: Sea: C%. El porcentaje de grasa deseado en la leche que se va a utilizar en la elaboración del queso. A%. El contenido de grasa en la leche cruda que se va a estandarizar B%. El porcentaje de la leche descremada o crema que se debe agregar Entonces según este método, X Kg de leche cruda por estandarizar, que contiene A% de grasa, se requieren para mezclar con Y Kg de leche descremada o crema

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con un B% de grasa, para obtener Z Kg de leche para queso, estandarizada con C% de grasa. Para realizar los cálculos pertinentes, se construye un cuadrado imaginario de la siguiente forma:

Leche cruda Kg

(B-C)

X

Leche para queso con C% de grasa

A% grasa

Leche descremada Y Kg

(A-C)

o crema B% grasa

Z Kg leche estandarizada con C% de grasa

El ángulo superior izquierdo corresponde al contenido de materia grasa de la leche cruda (A) que se va a estandarizar; el ángulo inferior izquierdo corresponde al porcentaje de la leche descremada o crema (B) que se va a adicionar; el centro corresponde al contenido de materia grasa que debe tener la leche estandarizada para obtener el queso (C). Se calculan las diferencias entre (A-C) y (B-C), en valor absoluto, según las diagonales. Los datos que no se conocen se hayan según la siguiente fórmula: X

Y +

B-C

Z =

A-C

(B-C) + (A-C)

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Como A %, B % y C % se conocen y una de las cantidades X o Y también se conocen, los otros datos pueden ser calculados mediante la ecuación presentada anteriormente. Problemas de aplicación 1. En la producción de un tipo de queso semigraso se cuenta con los siguientes datos: Se necesita producir 5000 litros de leche al 3.5% de grasa. Se sabe que para obtener 4.0 partes (litros) de leche con el 3.5% de grasa se necesitaron 1.5 litros de leche descremada (5–3.5). ¿Cuánta leche descremada se necesitarán para obtener la leche con la materia grasa deseada? Se asume que se tiene una leche descremada con 0.6% de grasa para usar en la mezcla y que la leche cruda que la planta produce tiene un 5% de materia grasa Solución Lo primero que se debe hacer es construir el cuadro imaginario de Pearson y colocar los datos correspondientes.

>% de grasa 5%

2.9 partes (B-C)

X leche cruda (A)

(B) (< Lactosa - C = N - R + H2O Color caramelo La lactosa por ser un azúcar, sufre esta reacción que provoca la formación de pigmentos melanoides de color oscuro que actúa frente a la caseína. La reacción se acelera por el calor, provocando un color oscuro en la leche además un sabor a caramelo, insolubilización de las proteínas, descenso del pH, liberación de CO2, producción de compuestos reductores. Punto Final de la Evaporación La determinación del punto final de evaporación (68-72°Brix) se puede hacer a través de varias metodologías: Utilización de refractómetro con escala de grados Brix o con escala de índice de refracción y hacer la conversión posterior a grados Brix. Teniendo en cuenta que a medida que aumenta la concentración de sólidos solubles aumenta el punto de ebullición por aumento de la presión osmótica, existe una relación entre punto de ebullición y el porcentaje de sólidos solubles (grados Brix) a diferentes presiones. Defectos y sus Posibles Causas Cristalización. Se presentan grandes traslúcidos y de escaso dulzor. Se debe al enfriamiento lento, llenado de envases a una temperatura superior a 60°C, falta de agitación o recirculación del producto durante su enfriamiento. Grumos. De consistencia blanda y elástica, precipitación de la caseina por excesiva acidez. Sinéresis. Bacterias proteóliticas, elevada acidez. Mohos. Falta de asepsia durante el envasado, ambiente contaminado.

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Elaboración del Arequipe La elaboración del arequipe comprende las siguientes etapas: 1. Realizar los cálculos para la formulación de la mezcla, partiendo de la cantidad de leche que se va a procesar en la práctica, según la cantidad de producto que se desea o necesita obtener y los 72o Brix que debe contener el producto final, después de la evaporación de la mezcla. 2. Medir la acidez titulable de la leche y expresarla en ácido láctico. 3. Calcular la cantidad de bicarbonato necesario que se le debe agregar a 1 litro de leche, para bajar la acidez de la leche a 0.12% de ácido láctico. Para este cálculo, se debe tener en cuenta la pureza del bicarbonato, de todas formas este reactivo debe ser de calidad USP. 4. La adición del bicarbonato al reducir la acidez evita la coagulación o cortado de la leche. Sin embargo no se debe exceder la cantidad suficiente para bajar la leche a 0.12% de ácido láctico, puesto que esto daría lugar a sabores desagradables y producción de exceso de espuma en el `proceso de evaporación. 5. También se debe determinar los grados Brix de la leche y del jarabe de glucosa que se va a añadir a la mezcla. Se aconseja manejar una relación ( en peso) de 16% de sacarosa con respecto a la cantidad de la leche cruda y 10% de glucosa con respecto a la cantidad de sacarosa calculada. Teniendo en cuenta lo anterior se calcula las cantidades de la mezcla para que mediante la evaporación de la mezcla se llegue a una concentración de 72 grados Brix. Debe por tanto tenerse en cuenta la cantidad de leche necesaria para obtener la cantidad de producto requerida (como ejemplo se pueden determinar 15 Kg de Arequipe) Grados Brix Leche entera (L) Sacarosa (A) Jarabe de glucosa (J) Arequipe (Ar) Bicarbonato de Sodio

o

Thorner (acidez)

Cantidad de producto (Kg)

100 72

15

1. Agregar la cantidad calculada de bicarbonato 2. Calentar la leche entera líquida a 80oC por 1 minuto, enfriara y mantener a temperatura de 37 oC en baño maría.

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3. Adicionar la enzima β-galactosidasa ( 1 ml de enzima por cada 6 litros de leche). Mantener el recipiente cerrado durante la hidrólisis de la lactosa y a una temperatura de 37 oC por 2 horas. 4. Traspasar la leche tratada anteriormente a la marmita, adicionando los otros ingredientes y mezclar. Calentar la mezcla con agitación continua y concentrar hasta los 72 Grados Brix. Tomando las lecturas cada 20 minutos desde que se observe que la mezcla presenta la textura adecuada en la medida que se acerca al punto final de cocción. Existe métodos empíricos para poder determinar la proximidad de la concentración requerida, uno de ellos es la prueba de consistencia dentro del agua. Esta consiste en tomar una muestra del producto con una cuchara y agregar gota a gota, a un vaso de agua, cuando la gota no se deslía o desbarate, esto indica que ya está en el punto final de concentración. Se corrobora determinando los grados Brix con el refractómetro. 5. Suspender la cocción cuando se llegue a una concentración de 70 grados Brix, continuando con la agitación para evitar que el producto se pegue en el fondo o se ahúme y para enfriar el producto hasta una temperatura de 60 o C. No se debe raspar las pegas que se adhieren a los lados de la marmita, pues esto deteriora la textura del arequipe dando una presentación no favorable al producto. 6. Traspasar el producto caliente (60 oC) a un recipiente plástico con pico, previamente pesado y pesar de nuevo el recipiente con el contenido. Envasar el producto en vasos pequeños de polietileno, dejando un espacio de cabeza (espacio libre entre el producto y la tapa del vaso) de 5mm, tapar en caliente e invertir los vasos para que el agua obtenida del vapor condensado no caiga sobre el producto. 7. Dejar muestras testigos del producto para control de calidad (grados Brix, humedad y análisis organolépticos, además del comportamiento del producto en anaquel o estantes de almacenamiento. Elaboración del Manjar Blanco Se realizan los cálculos igual que en el caso del arequipe, pero en este caso se agrega a la formulación un 4% de harina de arroz o en su defecto de almidón de maíz o almidón modificado. El producto final debe llegar a una concentración de 65 grados Brix. La acidez debe quedar en un 0.13 % de ácido láctico y de cuerdo a este dato se debe calcular la cantidad de bicarbonato que se debe adicionar a la mezcla.

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Elaboración del manjar blanco: El proceso para obtener manjar blanco es similar al de la obtención de arequipe, pero se omite el paso 7 y 8. La cocción se efectuará hasta llegar a una concentración de 65 grados Brix. Algunos fabricantes, añaden azúcar pulverizada en la superficie del producto, después de envasado, además pasas o brevas.

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AUTOEVALUACIÓN

Apreciado estudiante: Una vez que haya terminado el estudio de esta unidad, trate de responder con sus propias palabras, las siguientes preguntas, para que usted mismo se dé cuenta de sus logros de aprendizaje: 1. Describa brevemente el queso como fuente de: materia grasa, proteínas, carbohidratos, minerales, sales y vitaminas 2. Establezca la diferencia entre un queso fresco y un queso no fresco, teniendo en cuenta las etapas básicas en su proceso de fabricación. 3. ¿Cómo se clasifican los quesos según su contenido de humedad y contenido graso, según la FAO? 4. ¿Cómo se clasifican los principales quesos colombianos? 5. Describa brevemente las materias primas principales y secundarias que intervienen el proceso de elaboración del queso, indicando la función en cada una de ellas. 6. ¿Qué tipo de enzimas se utilizan en la fabricación del queso? ¿bajo qué parámetros o factores actúan en el proceso de coagulación de la leche? 7. ¿Cómo es la estabilidad de las enzimas obtenidas de: extracto de ternero, pepsina de cerdo, proteasa de Mucor pusillus y proteasa de mucor miehei? 8. Describa los principios tecnológicos que intervienen en el proceso de elaboración del queso como: b. Estandarización de la leche, c. Coagulación o cuajado de la leche, d. Deshidratación o desuerado, e. Corte de la cuajada, f. Agitación y calentamiento g. Extracción del suero h. Salado i. Moldeado y prensado j. Maduración k. Envasado y empacado 9. Elabore el diagrama de flujo del proceso de elaboración de los siguientes tipos de quesos colombianos: b. Cuajada c. Campesino d. Costeño e. Antioqueño f. Doble crema g. Quesillo huilense h. Pera i. Paipa

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10. Establezca las diferencias entre cada uno de los tipos de quesos colombianos con respecto a su proceso de elaboración y a sus propiedades físicas y químicas 11. ¿Cuál es el subproducto principal obtenido de la industria quesera? ¿cómo se obtiene y cuál es su uso? 12. Describa brevemente los diferentes equipos y utensilios que se utilizan en la industria quesera. 13.¿Cómo podría usted describir la mantequilla? 14. ¿Qué aspectos más importantes se deben tener en cuenta en la producción de la mantequilla? 15. ¿Cuáles son las operaciones básicas para la producción de mantequilla? Describa brevemente cada una de ellas y elabore el diagrama de flujo. 16¿Cómo se calcula el porcentaje de grasa en la nata para la obtención de la mantequilla? 17,¿Cuáles son los defectos que se pueden presentar en la mantequilla? Identifique las causas. 18.¿Cómo podría describir el helado? 19.¿Qué aspectos se deben tener en cuenta para la formulación de una mezcla de helado? 20 ¿Cuáles son los componentes principales de una mezcla de helado y cuáles son las funciones que desempeña cada uno de ellos? 21 ¿Cómo se puede calcular el tiempo de conservación de un helado? 22 ¿Cuáles son los ingredientes importantes en una mezcla de helado? Defina la función de cada uno de ellos. 22 Describa cada una de las operaciones que involucra el proceso de elaboración del helado. 23 ¿Cómo se calcula el aumento porcentual del volumen de un helado? 24 ¿Cuáles son los defectos que se pueden presentar en el helado? Identifique las causas de cada uno de estos.

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BIBLIOGRAFÍA y CIBERGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Gómez de Illera, M. Módulo de Tecnología de Lácteos, 2005,actualizado 2009.UNAD Almanza F. y Barrera Eduardo, Tecnología de Leches y Derivados. 1995, UNISUR. ICTA Universidad Nacional de Colombia, 1994. Guía para producir quesos colombianos. Amiott J, 1995, Ciencia y Tecnología de la leche. Principios y aplicaciones. Editorial Acribia Zaragoza (España)

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA Para la ciencia de la leche: P.Walstra and R. Genes, Dairy Chemistri and Phisics, Wiley , New York, 1984. Editada en español (Química y Física Lactológica, Acribia, Zaragoza, 1987). R. Genes, in: B.L.Larson and V.R. Smith, eds., Lactation: A comprehensive Treatise, vol 3 Academic Press, New York, 1974, Chapter 1. R.G.Jensen, ed., Handbook of milk Composition, Academic Press, San Diego, 1995 P. Walstra , in: O:R: Fennena, ed., Food Chemistry, 3rd ed., Marcek Dekker, New York, 1996 Flavour empairment of milk and milk products due Federation, Documente 118, Brussels, 1980.

to lipolysis, International Dairy

R.K.Robinson, ed. Dairy Microbiology, vol I, Microbiology of milk, and vol 2 Microbiology of milk productos, 2nd ed., Elsevier. London 1990Para Tecnología de la leche y Calidad en la industria lechera. R:K. Robinson, ed., Modern Dairy Technology, Vol 1 Advances in Milk Processing, and Vol 2, Advances in Milk Products, 2dn ed., ed., Elsevier, London 1993. M.D. Pearson and D.A. Gorlett, HACCP: Principles and Applications, avi, New York, 1992. S. Leaper, ed., HACCP: A Practical Guide, Technical Manual 38, Cambden Food and Drink Research Association, Camden, 1992.

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CIBERGRAFIA

CIENCIA DE LA LECHE Y CALIDAD DE LA LECHE Y SUS PRODUCTOS Sierra Rodríguez P.A, 2009. Los Factores inmunológicos y los otros componentes de la leche materna, extraído el 24 de Julio de 2009 desde, http://www.encolombia.com/pediatria35300factores.htm

El Consejo Europeo de Información sobre Alimentación, EUFIC, 2009. Alergias e intolerancias Alimentarias, Alergia a la proteína de la leche de vaca, Extraído el 24 de julio de 2009 desde, http://www.eufic.org/sp/food/pag/food18/food184.htm

Magariños H, 2000. Producción higiénica para la leche cruda, una guía para la pequeña y mediana empresa, extraído el 24 de julio de 2009, desde, http://www.science.oas.org/OEA_GTZ/LIBROS/LA_LECHE/le_html/cap11_leche.htm

Madrid A, y otros, 2001. Normas de Calidad de Alimentos y bebidas, extraído el 24 de julio de 2009 desde, http://www.amvediciones.com/nca.htm

FAO, 2004. Nuevas normas aseguran la trazabilidad y calidad de la leche cruda. Extraído el 24 de julio de 2009, desde, http://www.consumaseguridad.com/web/es/normativa_legal/2004/02/09/10754.php

LECHES EVAPORADAS O CONCENTRADAS U.A.M.2009. Industrialización de la leche, parte III. Extraído el 24 de julio de 2009, desde, http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mariamc/lacteos/programa.htm

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LECHES FERMENTADAS Rev Cubana Aliment Nutr 1998; 12(1):55-7. Extraído el 24 de julio de 2009 desde, http://www.bvs.sld.cu/revistas/ali/vol12_1_98/ali11198.htm

LECHE EN POLVO http://es.wikipedia.org/wiki/Productos_l%C3%A1cteos

TECNOLOGIA DEL QUESO Lácteos, Wikipedia, enciclopedia libre. Extraído el 24 de julio de 2009 desde, http://es.wikipedia.org/wiki/Productos_l%C3%A1cteos

Sánchez C, Investigadora FONAIAP Centro de Investigaciones Agropecuarias del estado Lara, El Cují. Elaboración de quesos: fallas y posibles soluciones. Extraído el 24 de julio desde, http://www.ceniap.gov.ve/publica/divulga/fd52/quesos.htm