UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA 301105_LECTURA Lección Evaluativa U2

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

CURSO 301105_ TECNOLOGÍA DE LACTEOS MARGARITA GOMEZ DE ILLERA (Director Nacional)

BOGOTA Julio _2013

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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 ultra pasterización? 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 5 oC 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 65 oC 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 sobre enfriamiento. 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 stearothermophilus (temperatura óptima de crecimiento 65 –75oC) y el B. Coagulus (máximo 55 a 60 oC). 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 301105_LECTURA Lección Evaluativa U2 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

Vitamina inicial ui/l

A

Vitamina 15 días ui/l

A

5.571

4.653

% de pérdida especto a la vitamina inicial 17%

1.625

389

76%

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 (durante varias meses incluso en climas tropicales), es absolutamente segura para el consumidor y puede almacenarse sin necesidad de refrigerarse.”1 . 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 1

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

HOMOGENIZACIÓN

ESTABILIZACIÓN

O

65 C – 22 S- 5 MPa

CON Na2 HPO4

ENFRIAMIENTO ESTERILIZACIÓN O

A 10 C

O

15 S a 140 C ESTABILIZACIÓN

HOMOGENIZACIÓN

CON Na2 HPO4

45 MPa

ENVASADO

ENFRIAMIENTO A 10 OC

ESTERILIZACIÓN

ENVASADO

15 MIN A 120 OC

ASÉPTICO

ETIQUETADO Y EMBALAJE

Fuente: WALSTRA. Ciencia de la leche y tecnología de productos lácteos. 2005

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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.G 2 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

G S - G2 =

M2

G1 - G S

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Problema: Sea el contenido graso de una cantidad de nata M 1 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:

4.0 – 2.0

M1 = 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 130 oC 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. 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

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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. 

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.

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

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 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.

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Figura 12. Diagrama de flujo para la elaboración de leche condensada y azucarada Agua LECHE Azúcar

Estandarizac.

Envasado

Precalentamient 135oC /5s

Refrigeración 18 oC

Latas

Dilución en caliente Homogenizac. 70 oC/4MPa

Siembra

Evaporación

Refrigeración 50 oC

Cristales de lactosa

0.05%

Fuente. AMIOTT. Ciencia y tecnología de la leche. 2005

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.

 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.

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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.  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

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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:

 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.

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 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 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

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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.

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

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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. 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

de la leche en polvo

Leche entera

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Recepción de la leche

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. 2005. Editorial Acribia.

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

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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.

 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.

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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:



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.

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

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.

 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

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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. 

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.

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 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.

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 62.5 oC 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:

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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.

 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.

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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. 

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

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Lección 27. Características de las bacterias lácticas Lección 28. Tipos de cultivos Lección 29. Clasificación de los productos fermentados Lección 30. El yogurt.

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.

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 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, 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

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 Reducida actividad proteolítica  Fermentan los azúcares a diferentes condiciones 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 Heterofermentativos 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 CO 2., 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 Heterofermentativos, 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 de conservación

o

-20 C o

-40 a – 45 C o

-196 C

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. , 2005,

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. LECCION 29. Clasificación de los productos fermentados Teniendo en cuenta el carácter ácido o alcohólico, pueden clasificarse en leches ácidas y leches ácido – alcohólicas.

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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 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

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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 20 oC. 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. 

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.

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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. 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”

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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. 

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 130 oN y la leche no

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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 45 oC 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 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 5 min 85 oC

Refrigeración

Refrigeración

45 oC Inoculación

30 -32 oC estárte r

Inoculación estárter

2.5%

0.025%

Envasado

Incubación 16 – 20 horas

Incubación

Agitación 2.5 horas Refrigeración Envasado 6 oC Yogurt firme

Refrigeración 6 oC

Refrigeración

Envasado

6 oC Yogurt batido

Fuente. Walstra. Ciencia del la leche y tecnología de los productos lácteos. 2005

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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. 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

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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 10 4 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. 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, además de las que usted mismo se proponga para descubrir otros conocimientos acerca del tema.

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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.

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  En donde, Q = velocidad de flujo del líquido (m3. s-1); cp = calor específico del líquido cal /g oC o Julios / Kg oC  = densidad del líquido T2 = temperatura final o de salida del líquido T1 = temperatura inicial o de entrada del líquido

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Por ejemplo, en el calentamiento de la leche desde 10 hasta 74 oC 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  o

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

 0.57

 1.79 3.45

0.45

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

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

80 C

 1.00 1.68 1.93 3.1 6.3 4.2 13.5 71

 0.66 0.63 0.61 0.56 0.53

 0.36 0.56

Fuente: Ciencia y Tecnología de leche. Walstra. Editorial Acribia. 1997.

 De la leche concentrada depende mucho del precalentamiento. A título comparativo se indica el  del aire y de dos metales..  = w. m-1/ oC  = 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

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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 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: CP. = calor específico en Julios / Kg oC 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 0 oC, 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. KA (T1 – T2 ) Q=

A (T1 – T2 ) =

L

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. A (T1 – T2) Q= 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. 2006

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: 2  L (T1 – T2) Q= 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/m 2 oC TS = temperatura en la superficie del sólido Tm = temperatura media del fluído

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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 3. Las paredes están construidas por los siguientes materiales:

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-

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: 208.27 x 0.85 – 15.38 T=

= 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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CIBERGRAFIA

LECHES EVAPORADAS O CONCENTRADAS U.A.M.2009. Industrialización de la leche, parte III. Extraído el 24 de julio de 2010, desde, http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mariamc/lacteos/programa.htm

LECHES FERMENTADAS Rev Cubana Aliment Nutr 1998; 12(1):55-7. Extraído el 24 de julio de 2010 desde, http://www.bvs.sld.cu/revistas/ali/vol12_1_98/ali11198.htm

LECHE EN POLVO Extraído de http://es.wikipedia.org/wiki/Productos_l%C3%A1cteos en 2010