LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE CIENCIAS VETERINARIAS DEPARTAMENTO DE PRODUCCIÓN E INDUSTRIA ANIMAL CÁTEDRA DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA DE LA LECHE

DETERMINACIÓN DE GRASA Y SÓLIDOS TOTALES EN LECHE Y DERIVADOS GUÍA PRÁCTICA

MARACAIBO, 2004

Objetivos Específico: •

Aplicar las técnicas de análisis para la determinación de Sólidos Totales, Sólidos No Grasos y Grasa en leche y derivados lácteos.

•

Interpretar los resultados del análisis físico químico de la leche para establecer si esta cumple con los requisitos legales o esta adulterada.

•

Reconocer diferentes causas en que una muestra de leche pueda presentar valores de sólidos totales, sólidos no grasos y grasa fuera de lo normal.

I PARTE DETERMINACIÓN

DE GRASA

Introducción. El contenido de grasa en la leche puede variar de menos de 3 % a más de 6 %, dependiendo de la raza, la alimentación, etc. Esta se encuentra emulsificada en forma de glóbulos grasos de un tamaño de 0,1 a 6 micras. Los glóbulos se encuentran rodeados de una membrana de fosfolípidos y proteínas que le imparten estabilidad y evitan su coalescencia. La estabilidad de la emulsión se rompe con el batido, la congelación o la acción de agentes químicos (ácidos, detergentes, etc.), y es aumentada por la homogeneización que reduce el tamaño de los glóbulos a 2 micras o menos de diámetro. En Venezuela se ha reportado un promedio de 4,1 % de grasa para la leche producida en el Estado Zulia. Las Normas COVENIN 0903-93 y 0798:1994 exigen un mínimo de 3,2 % para las leches cruda y pasteurizada. La determinación del contenido graso es de gran importancia ya que: •

Este parámetro influye en el precio a pagar por litro de leche.

•

Permite determinar si una muestra de leche cumple con los valores legales establecidos.

•

Es necesario conocer su valor para estandarizar la leche a los parámetros requeridos para la elaboración de derivados.

•

Para tener valores de referencia para la selección genética de los rebaños.

Los métodos utilizados para la determinación de grasa en leche y derivados pueden clasificarse dentro de tres grupos: 1. Métodos Volumétricos: que utilizan agentes químicos (ácido sulfúrico, detergentes), para lograr la ruptura de la emulsión, la separación de la grasa y medir consecutivamente la grasa separada en botellas especiales. A este grupo pertenecen los métodos

de Babcock

(Herreid 1942), de Gerber (Gerber-

Schneider) y aquellos que emplean detergentes tales como la técnica Tesa. 2. Métodos Gravimétricos: aquellos que utilizan solventes orgánicos para extraer la grasa, que luego de la evaporación de estos, se determina mediante pesada del extracto graso seco. En este grupo se encuentra el método de Roesse-Gottlied y sus diversas modificaciones entre las cuales se encuentra la de Mojonnier (Mojonnier, Bros 1925). 3. Métodos Instrumentales: fundamentados en la determinación de una determinada propiedad de la leche proporcional en algún sentido a su contenido de grasa. por ejemplo la medición de la turbidez en condiciones controladas en instrumentos como el Milkotester, el Lactronic, etc. DETERMINACIÓN

DE

GRASA

EN

LECHE

CRUDA

O

PASTEURIZADA,

HOMOGENEIZADA O NO. MÉTODO DE GERBER. El método de Gerber perfeccionado por el químico Suizo N. Gerber, en 1892, se fundamenta al igual que el de Babcock, en el empleo del ácido sulfúrico y la fuerza centrifuga para separar la grasa de la leche o sus derivados en unas botellas especiales que permite medir directamente el porcentaje de grasa por volumen. Al mezclarse la grasa con el ácido en determinadas proporciones, el ácido primero precipita y luego disuelve las proteínas y demás constituyentes de la leche con excepción de la grasa. Al mismo tiempo el ácido digiere la membrana del glóbulo de grasa y eleva la temperatura de la muestra, lo que

a su vez disminuye la tensión interfacial (grasa-fase acuosa ácida) y la viscosidad. En estas condiciones la grasa funde, se aglomera y tiende a separarse favorecidos por la diferencia de su densidad (0.93) y la densidad de la mezcla ácida (1.43). A diferencia del método de Babcock, el método de Gerber utiliza alcohol isoamílico, el cual ayuda a disminuir la tensión interfacial favoreciendo la ruptura de la emulsión, la separación de la grasa, además de prevenir la sulfonación y carbonización de la misma. El método de Gerber tiene las siguientes ventajas sobre el de Babcock: es más rápido, requiere menor cantidad de ácido y sus resultados no son afectados por la homogenización. Sin embargo tiene la desventaja de necesitar otro reactivo, tapones especiales que deben ser reemplazados con el uso y es más peligroso. Los resultados obtenidos con este método son ligeramente superiores que los obtenidos por el de Babcock. Materiales: 9 Butirómetros de Gerber 9 Centrifuga de Gerber calentada a 55 °C 9 Baño de agua a 55 – 60 °C 9 Pipetas volumétricas de 11 mL Reactivos: 9 Ácido Sulfúrico (p.e. 1,82 - 1,83). 9 Alcohol Isoamílico (p.e. 0,810 – 0,812), Muestras: 9 Leche Cruda 9 Leche Pasteurizada. Procedimiento: Hacer dos determinaciones en paralelo 1. Transferir 10 ± 0,2 mL de ácido sulfúrico enfriado entre 15,5 y 21,1 °C a un butirómetro de Gerber.

2. Adicionar cuidadosamente 11 mL de leche a no más de 23,9 °C (lentamente al principio para evitar la mezcla) y 1 mL de alcohol isoamílico. Nunca debe adicionarse el alcohol directamente sobre el ácido. 3. Insertar el tapón y sujetando el butirómetro por los extremos agitar los líquidos totalmente evitando quemarse con proyecciones de la mezcla ácida. Cuando la cuajada se halla disuelto por completo continuar la agitación por 10 a 15 segundos para asegurar la total digestión. En caso de leche homogeneizada la agitación debe ser un 50% más prolongada. 4. Invertir el butirómetro varias veces para mezclar el ácido remanente en el cuello. 5. Llevar los butirómetros invertidos a la centrifugadora a 1000 r.p.m. por cinco minutos. La centrifuga debe estar calentada a no menos de 55°C. 6. Remover los butirómetros y leer inmediatamente el porcentaje de grasa, haciendo coincidir la base de la columna con el cero, por medio del ajuste del tapón. 7. Si el número de butirómetros es grande, se pueden colocar en baño María a 5560°C hasta el momento de efectuar la lectura. De resultar difícil la separación de la grasa se recomienda calentar los butirómetros a 65°C y repetir la centrifugación. Resultados Problemáticos: La columna de grasa separada debe observarse de un color amarillo translúcida sin partículas suspendidas y el liquido bajo la columna debe estar perfectamente claro. A veces se forman unos depósitos entre la capa de la materia grasa y la solución atacada, las causas pueden ser que la leche no se haya mezclado completamente con el ácido, que sean impurezas provenientes del ácido o partículas de sucio de los tapones. En todo caso es recomendable repetir la prueba. Si la materia de grasa no se separa bien, puede ser que los butirómetros se hayan enfriados o que la cantidad de ácido sea insuficiente. En el primer caso basta con volver a calentar los butirómetros y en el segundo se debe repetir el análisis. Algunos otros defectos se presentan en el siguiente cuadro:

Defectos de la Columna Muy oscura y/o conteniendo partículas carbonosas

Posible Causa Exceso de ácido o ácido muy fuerte. Temperatura de la leche y/o del ácido muy alta. Adición del ácido violentamente. Mezcla incompleta o retardada.

Cantidad insuficiente de ácido. Ácido débil. Muy clara y/o conteniendo partículas de Temperaturas bajas de la leche y/o cuajada ácido. Agitación insuficiente o inadecuada que produce disolución incompleta de las proteínas. Con apariencia turbia (lechosa)

Butirómetros sucios. Agua dura.

GRASA EN LECHE, LECHE DESCREMADA Y SUERO DE MANTEQUILLA. MÉTODO DE ROSSE-GOTTLIER (MOJONNIER) Es el método de determinación de grasa en leche y productos lácteos más exacto que se conoce, encontrando especial aplicación en aquellos casos en los cuales las determinaciones volumétricas no son lo suficientemente exactas, tal como en el análisis de helados, quesos, leche evaporadas, condensada y en polvo. Este método se fundamenta en la extracción de la grasa con una mezcla de éter etílico y de petróleo en presencia de amoniaco y etanol. El amoniaco reduce la acidez y disuelve las proteínas, disminuyendo así la viscosidad lo que a su vez facilita la disolución de la grasa, además ayuda a disolver las partículas de compuestos fosfatados. El alcohol evita la formación de una mezcla gelatinosa que tiende a formarse cuando se agita la leche con los demás reactivos. El éter etílico actúa como solvente de la grasa, pero cuando se utiliza solo, disuelve además una pequeña cantidad de la fase acuosa que contiene lactosa y otros sólidos no grasos; para corregir este defecto se utiliza éter de petróleo que además de

actuar como solvente de la grasa disminuye la solubilidad de la fase acuosa en el éter etílico, eliminando así de la mezcla etérea cualquier componente no graso. La extracción se realiza por agitación de la muestra con los reactivos en un frasco especial que facilita la decantación del extracto etéreo superior, el cual se separa arrastrando la grasa disuelta. El extracto etéreo se coloca en un plato de aluminio previamente pesado y tarado, donde por calentamiento en una plancha eléctrica se evapora la mezcla de solventes, seguidamente el residuo se somete a desecación al vacío, se enfría en un desecador y se pesa. El porcentaje de grasa en la mezcla se calcula por diferencia de peso. Materiales: 9 Tubos de extracción de grasa. 9 Platos de aluminios. 9 Aparato de Mojonnier 9 Desecador de vidrio. Reactivos: 9 Amoniaco concentrado. 9 Etanol de 95º 9 Éter etílico 9 Éter de petróleo. 9 Agua destilada Muestras: 1. Leche Cruda 2. Leche Pasteurizada Procedimiento: 1. Ajustar la temperatura de la muestra a 20ºC y transferir 10 g con pipeta gravimétrica a un tubo de extracción rotulado. 2. Adicionar 1,5 mL de amoniaco (2 mL si la muestra esta ácida) y mezclar bien.

3. Adicionar 10 mL de etanol. Mezclar bien. 4. Agregar 25 mL de éter etílico tapar con un tapón de caucho sintético y agitar vigorosamente durante un minuto. 5. Adicionar 25 mL de éter de petróleo y repetir la agitación vigorosa. Puede adicionarse unas gotas de solución de fenoltaleina si se desea para visualizar fácilmente la separación de las capas liquidas. 6. Dejar en reposo hasta que el liquido superior se presente claro o centrifugar. 7. Decantar la fase etérea en un plato de aluminio. 8. Repetir la extracción de la fase acuosa remanente en el tubo por dos veces consecutivas, utilizando solamente 5 mL de etanol y 15 mL de cada solvente orgánico y decantando siempre la capa etérea, la cual se deja caer sobre el plato de aluminio conteniendo el primer extracto. 9. Evaporar los extractos obtenidos sobre una placa de aluminio a una temperatura que no provoque proyección de la grasa. 10. Desecar en el horno a 135°C durante 5 minutos aplicando no menos de 20 pulgadas de vacío. 11. Enfriar el residuo desecado en un desecador hasta que alcance la temperatura ambiente y pesar rápidamente. 12. Calcular el porcentaje de grasa contenido en la muestra por diferencia de peso entre el plato de aluminio vacío y con el extracto graso.

II PARTE DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS TOTALES Y SÓLIDOS NO GRASOS EN LECHE Y DERIVADOS

La determinación de sólidos totales (ST) y sólidos no grasos (SNG) es de importancia para: •

Determinar si una muestra cumple con los requisitos legales establecidos.

•

Dicho valores combinados con la información lactométrica y otras pruebas complementarias permite establecer si una leche se encuentra adulterada.

•

Establecer el rendimiento de la leche para la elaboración de productos lácteos (queso, yogurt, leche en polvo, etc.)

•

Tener valores de referencia para la selección genética de los rebaños.

El porcentaje promedio de sólidos totales es de 12,7% representados por la grasa en emulsión, las proteínas en suspensión coloidal, lactosa, vitaminas, sales y otros componentes orgánicos e inorgánicos en solución. Los componentes sólidos no grasos representan en promedio 8,7%. En Venezuela se ha reportado un promedio de 13,7% de sólidos totales para la leche producida en el Estado Zulia (Boscán 1973). Las Normas COVENIN para leche cruda (0903-93) y leche pasteurizada (0798:1994), exige un mínimo de 12 % para sólidos totales y 8,8 % de sólidos no grasos. La determinación de los sólidos totales se puede realizar por diferentes métodos: 1. Métodos Gravimétricos: Fundamentos en la evaporación del agua de una muestra de peso conocido y la pesada del residuo seco. La evaporación puede hacerse por diferentes técnicas como son: 1.1. Calentamiento preliminar en baño de vapor, seguido de desecación a 98-100ºC, en estufa hasta peso constante; método oficial de la Association of Official Analytical Chemists (A.O.A.C.).

1.2. Evaporación preliminar sobre una placa termoeléctrica hasta la aparición de las primeras trazas de color marrón, seguido de desecación al vació a 100ºC; método de Mojonnier, 1925. 1.3. Calentamiento con una lámpara de rayos infrarrojos o por el calor irradiado de una resistencia eléctrica, técnicas aplicadas en las Balanzas de Ohaus, Cenco, y similares (Newlander and Atherton, 1964). 2. Métodos Volumétricos: permiten la determinación del agua contenida en una muestra, por técnicas volumétricas tal como la destilación y subsiguiente medición del agua destilada en un tubo colector graduado, como en el método de destilación con tolueno aplicado en el análisis de leche en polvo (Newlander-Atherton,1964). 3. Métodos basados en la medición de una determinada propiedad: Proporcional en cierto sentido al contenido de sólidos totales. En este grupo encontramos los siguientes métodos: 3.1. La determinación de peso específico, cuyo valor conocido el porcentaje de grasa, permite calcular, mediante formulas especiales tanto el porcentaje de sólidos totales como el de sólidos no grasos. Esta determinación puede hacerse utilizando diversas técnicas como aquellas que emplean la balanza de MohrWestphal, el picnómetro, el lactómetro o las técnicas de la esfera plásticas (Golding, - 1959 ). 3.2. La medición de la absorbancia en el infrarrojo, como en el Milko-Scan de N. Foss Electric.

SÓLIDOS TOTALES Y CENIZAS EN LECHE, LECHE DESCREMADA O SUERO. MÉTODO A.O.A.C. En este método, una cantidad exactamente conocida de la muestra preparada se evapora en baño de María para eliminar la mayor parte del agua y luego se somete a

desecación en una estufa hasta peso constante. La muestra desecada puede utilizarse para determinar el porcentaje de cenizas totales por incineración a no más de 550°C realizando el cálculo por diferencia de peso. Materiales y aparatos: 9 Cápsula de porcelana o platino (diámetro no menos de 5 mm y 20-25 mm alto) 9 Pinzas 9 Baño de vapor 9 Estufa de desecación (AOAC:98-100ºC) (100±2ºC según COVENIN 932) 9 Mufla (550ºC) 9 Desecador de vidrio 9 Balanza analítica Muestra: 9 Leche Procedimiento: Hacer dos determinaciones en paralelo de acuerdo con el siguiente procedimiento: Determinación de sólidos totales: (COVENIN 932-76) 1. Pesar 5 g de muestra preparada (20ºC) en cápsulas de porcelana previamente taradas. Si se van a determinar las cenizas, emplear crisoles tapados. 2. Evaporar sobre un baño de vapor por 30 minutos, exponiendo la mayor parte de la superficie externa del crisol al vapor. 3. Llevar los crisoles a la estufa de desecación calentada a 100ºC ± 2ºC. 4. Después de 3 horas de desecación, enfriar los crisoles en un desecador 5. Pesar los crisoles rápidamente. Repetir hasta que la diferencia no sea mayor de 0,5 mg (Periodos de 30 min) 6. Calcular el porcentaje de sólidos totales de cada muestra y tomar el promedio. Expresar los resultados en peso/volumen.

Determinación de cenizas totales: (A.O.A.C) Para la determinación de cenizas totales, continuar el procedimiento de la siguiente manera: 1. Llevar los crisoles a la mufla calentada a no más de 550ºC 2. Incinerar hasta obtener cenizas libres de carbón. 3. Enfriar en un desecador y pesar. 4. Calcular el porcentaje de cenizas totales por diferencia de peso

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS TOTALES Y SÓLIDOS NO GRASOS EN LECHE. MÉTODO LACTOMÉTRICO. El peso específico de la leche aumenta proporcionalmente con el porcentaje de sólidos no grasos y disminuye a medida que aumenta el contenido de grasa. El aguado y la adición de crema tiende a disminuir esta propiedad, mientras que la separación de la grasa láctea la aumenta. La leche descremada, por lo tanto, tiene mayor densidad que la leche integral. En base a la relaciones mencionadas, se han establecido formulas especiales que permiten calcular el porcentaje de sólidos totales y sólidos no grasos en las leche a partir de la lectura lactométrica corregida y el porcentaje de grasa. A continuación se presentan las formulas simplificadas de Babcock: % ST = (0,25*L) + (1,22*G) + 0,55

% SNG = (0,25*L) + (0,22*G) + 0,55

Donde: % ST: porcentaje de sólidos totales % SNG: porcentaje de sólidos no grasos L : lectura lactométrica corregida (15ºC) en grados Quevenne G: porcentaje de grasa Cuando el porcentaje de grasa es superior a 4 % es necesario hacer una corrección de 0,14 para ST.

Materiales y Aparatos: 9 Los mismos utilizados para la determinación de Densidad y Grasa Muestras: 9 Leche cruda y pasteurizada 9 Leche descremada Procedimiento: 1. Determinar el peso específico de la muestra en grados Quevenne (L) a la temperatura del laboratorio por el procedimiento indicado en el trabajo práctico numero uno. Paralelamente determinar el porcentaje de grasa de la muestra (G). 2. Calcular el porcentaje de sólidos totales y sólidos no grasos a partir de L Y G, aplicando la formula correspondiente. SÓLIDOS TOTALES EN LECHE. MÉTODO DE MOJONNIER Su fundamento es el mismo que el del método de la A.O.A.C. con la diferencia de que la desecación se hace en una plancha eléctrica en presencia de vacío. Los resultados obtenidos son más exactos que los arrojados por el método de la A.O.A.C., debido principalmente a las altas temperaturas alcanzadas en este ultimo, que conlleva a la formación de una película superficial que dificulta mucho la evaporación, impidiendo muchas veces la total eliminación del agua. A las temperaturas próximas a los 100 ºC, se pierden junto con el agua ciertos componentes volátiles como ácidos grasos de cadena corta. Además se desencadena diversas reacciones químicas que repercuten en variaciones de peso, así por ejemplo, reacciones de óxido reducción lipídica que dan lugar a ganancias de peso o de reacciones de Maillard que producen lo contrario. Materiales: 9 Aparatos de Mojonnier 9 Platos de aluminio 9 Pipetas para “Pesar”

Procedimiento: 1. Tomar 5 mL de muestra y transferirla en un plato de aluminio. 2. Calentar el plato en la placa de calentamiento a 180 °C hasta la aparición de las primeros trazas de color marrón. 3. Transferir los platos a la cámara de vacío y calentar por 10 minutos aproximadamente. La temperatura debe ser de 100°C y el vacío no menos de 20 pulgadas. 4. Enfriar los platos en el desecador y pesar. 5. Calcular el porcentaje de ST por diferencia de peso. Expresar los resultados en peso/peso

AUTO EVALUACIÓN 1. Explique los fundamentos de los métodos para la determinación de sólidos totales y grasa en leche cruda y pasteurizada. 2. Compare los valores obtenidos en el laboratorio con los valores establecidos por la Norma COVENIN. 3. Diga cual es la función de los diferentes reactivos utilizados en la determinación de grasa por el método de Mojonnier. 4. Tomando en cuenta los conocimientos adquiridos en los trabajos practico realizados hasta los momentos, resuelva y discuta el siguiente caso: Una muestra de leche proveniente de una finca ubicada en la zona de Perija, donde se explota ganado mestizo, se analizó en el laboratorio y arrojo los siguientes resultados: a) Lectura lactométrica: 35 ºQ a 78 ºF b) Grasa: PLV = 32,9825 g

PL + MG = 33,2325 g

c) ST:

PC + MS = 19,7489 g

PCV = 19,1836 g

d) Alcohol: positivo e) Acidez Titulable: 25 mL de NaOH 0,1 N / 100 mL de leche Determine los valores para densidad corregida, ST (tomando 5 mL como cantidad de muestra), SNG y Grasa (tomando 10 g como cantidad de muestra) Interprete los resultados tomando en cuenta los valores establecidos por la norma COVENIN. Establezca sus conclusiones.