UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL Facultad de Oceanografía, Pesquería y Ciencias Alimentarias Escuela Profesional de Ingeniería Alimentaria ” MODELIZACION DE LA CONSISTENCIA DEL YOGURT AFLANADO (CINÉTICA DE ACIDIFICACIÓN, ESTABILIZACIÓN DEL COÁGULO, REOMETRÍA, EVALUACIÓN SENSORIAL DE LA CONSISTENCIA) Y PÉRDIDA DE SU CALIDAD.” Presentado por el Bachiller Rubén Gustavo Castro Morales Tesis Para Optar al Titulo Profesional de Ingeniero Alimentario LIMA – PERU 2005
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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL
Facultad de Oceanografía, Pesquería y Ciencias Alimentarias
Escuela Profesional de Ingeniería Alimentaria
” MODELIZACION DE LA CONSISTENCIA DEL YOGURT
AFLANADO (CINÉTICA DE ACIDIFICACIÓN, ESTABILIZACIÓN DEL COÁGULO, REOMETRÍA,
EVALUACIÓN SENSORIAL DE LA CONSISTENCIA) Y PÉRDIDA DE SU CALIDAD.”
Presentado por el Bachiller
Rubén Gustavo Castro Morales
Tesis
Para Optar al Titulo Profesional de
Ingeniero Alimentario
LIMA – PERU 2005
Así está escrito: Destruiré la sabiduría de los sabios, y desecharé la prudencia de los prudentes (1aCarta de Pablo a los Corintios, 1, 19). ¿En dónde están los sabios?, ¿En dónde los escribas o doctores de la Ley?, ¿En dónde esos espíritus curiosos de las ciencias de este mundo?, ¿No es verdad que Dios ha convencido de fatua la sabiduría de este mundo? (1aCarta de Pablo a los Corintios, 1, 20). Porque ya que el mundo a vista de las obras de la sabiduría divina no conoció a Dios por medio de la ciencia humana, plugo a Dios salvar a los que creyesen en él por medio de la locura o simplicidad de la predicación de un Dios crucificado (1aCarta de Pablo a los Corintios, 1,21).
DEDICATORIA A Dios, por mostrarme su gran amor
A mi familia, Carla Ana, mi esposa, y mis hijos, Karla Jimena, Gabriel Gonzalo (mi angelito) y Mateo Rafael Gonzalo. A mis padres, Carlos Alberto y Gloria Victoria. A mis hermanos, Alejandro Ignacio, Carlos Felipe, Gloria Patricia y Víctor Omar
Por estar siempre a mi lado.
AGRADECIMIENTO:
A mi UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL, por acogerme
en sus aulas y brindarme la educación profesional.
A mi Facultad (FOPCA), por darme la oportunidad y depositar su confianza
para ejecutar este trabajo de investigación.
Al Dr. Nestor Teves Rivas, Decano de la Facultad, por su solidaridad y apoyo.
A todos mis profesores que contribuyeron en mi formación profesional y
especialmente al Ing. Olegario Marín Machuca y al Ing. Javier Chi Yong.
Al Ing. Víctor Terry Calderón, por su apoyo como Director del presente trabajo.
A mis compañeras y más amigas, las Ingenieras, Roxana Pinedo Torres, Lidia
Barriga Sandoval y Clorinda Tirado, por su colaboración y sobre todo su
amistad.
Y a todos los miembros del Jurado, con los cuales comparto mi investigación.
Índice
Introducción........................................................................................................ 12 Resumen.............................................................................................................. 14 Abstract…………………………………………………………………………. 17 1. Capitulo I.- Marco Teórico Conceptual……………………………… 18 1.1. Definición De Conceptos……………………………………………… 18 1.1.1. Teoría Básica En La Elaboración Del Yogurt……………………….. 18 1.1.2. Definición De Yogurt………………………………………………….. 20 1.1.3. Clasificación Del Yogurt……………………………………………..... 21 1.1.4 Composición Química Del Yogurt Natural………………………..... 22 1.1.5. Fundamentos Del Proceso De Elaboración Del Yogurt…………..... 23 1.1.6. Descripción De La Materia Prima, Ingredientes Y Aditivos……..... 49 1.1.7. Propiedades Gelificantes De Algunas Proteínas Alimenticias……. 67 1.1.8. Coagulación De La Leche……………………………………………... 69 1.1.9. Formación Del Coagulo Por Acidificación…………………………... 71 1.1.10. Formación Del Coágulo Del Yogurt………………………………….. 75 1.1.11. Papel de Los M.O. Productores de Sust. Viscosas en la Estructura
de las Leches Fermentadas……………………………………………. 80 1.1.12. Factores que Determinan o Influencian la Estabilidad del Coagulo
Isoelectrico……………………………………………………………… 81 1.1.13. Acidez, pH y Métodos De Valoración………………………………. 112 1.1.14. Viscosidad De Leche y Yogurt……………………………………….. 120 1.1.15. Viscosidad De Los Fluidos Proteicos…………………………........... 126 1.1.16. Fundamentos De Reología…………………………………………… 129 1.1.17. Reología En Alimentos………………..... 134 1.1.18. Factores que Influyen en el Comportamiento Reológico y Geometría ………………………………………………………………………… 150 2.- Capitulo II.- Metodología…………………………………………… 160 2.1. Método Empleado…………………………………………………… 160 2.2. Hipótesis Central……………………………………………………. 160 2.3. Métodos De Análisis…………………………………………………. 162 2.4. Tipo De Investigación……………………………………………….. 162 2.5. Población……………………………………………………………… 163 2.6. Muestras………………………………………………………………. 163 2.7. Variables De Estudio………………………………………………… 163 2.8. Diseño de la Investigación………………………………………….. 163 2.8.1. Preparación de La Muestra………………………. 164 2.8.2. Cinética de Acidificación 2.8.3 Estabilidad Del Coagulo Formado En La Fermentación…………. 166 2.8.4 Viscosidad VNE Del Yogurt Aflanado En Función Del Agregado De
Concentraciones Variables De Ingredientes Funcional………….. 166
2.8.5. Reometría Del Yogurt Aflanado 2.8.6. Pérdida De La Calidad Del Yogurt Aflanado…………………….. 170 2.8.7. Prueba Sensorial……………………………………………………... 171 2.8.8 Hipótesis De Trabajo………………………………………………… 171 3.- Capitulo III.- Resultados……………………………………………. 172 3.1. Resultados……………………………………………………………. 172 3.2. Determinando los Modelos Matemáticos Empíricos……………. 175 3.3 Determinando La Cinética De Acidificación…………………….. 181 3.4 Determinación De La Razón De Cambio Instantánea Del Modelo Cinético
De Acidificación……………………………………………………. 181 3.5 Análisis De La Varianza De Los Modelos De La Cinética De Acidificación 3.6 Determinación De Los Predictores Cinéticos……………………. 185 3.7 Análisis De La Variancia Del Tiempo De Fermentación Hasta La Fase
Estacionaria………………………………………………………….. 189 3.8 Resultados De La Viscosidad Del Yogurt Elaborado Con Los Factores
Considerados……………………………………………………….. 193 3.9 Análisis de La Varianza Para La VNE…………………………… 194 3.10 Determinación del Grado de Sinéresis…………………………... 196 3.11 Análisis de La Varianza Para El Grado De Sinéresis…………… 199 3.12 Estabilización del Yogurt Elaborado Con Los Parámetros Óptimos de La
Fermentación………………………………………………………. 201 3.13 Determinación del Grado de Sinéresis En Función del Estabilizante
“Supergelact”……………………………………………………… 204 3.14 Modelo Matemático Empírico Para Las Variables de Grado De Sinéresis En
Función del Porcentaje de Estabilizante………………………… 205 3.15 Determinación de la Consistencia del Yogurt Aflanado en Función del
Estabilizante “Supergelact”………………………………………. 207 3.16 Modelo Matemático Empírico de la VNE………………………. 208 3.17 Caracterización Reológica del Yogurt Aflanado………………. 212 3.18 Comportamiento Reológico del Yogurt Aflanado A 12°C……. 212 3.19 Comportamiento Reológico del Yogurt Aflanado A 15°C……. 224 3.20 Comportamiento Reológico del Yogurt Aflanado A 22°C…… 232 3.21 Dependencia con la Temperatura del Coeficiente De Consistencia 242 3.22 Coeficientes Reológicos del Yogurt Aflanado………………….. 244 3.23 Medida del ºSatisfacción de la Consistencia del Yogurt Aflanado 245 3.24. Perdida de La Calidad del Yogurt Aflanado…………………… 248 4.- Capitulo IV.- Discusión de Resultados…………………………. 253 5.- Capitulo V.- Conclusiones……………………………………….. 261 6.- Capitulo VI.- Recomendaciones……………………………….... 266 7.- Referencias Bibliografícas……………………………………….. 267
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Composición Media del Yogurt Natural………………………… 22
Tabla2 : Efecto de la homogenización y del tratamiento térmico sobre la
consistencia y viscosidad del yogurt…………………………….. 27
Tabla 3: Efecto de la temperatura sobre la leche en la pasteurización…. 28
Tabla 4: Concentraciones de los carbohidratos de las frutas más usadas.. 38
Tabla 5: Colorantes autorizados, procedentes exclusivamente de los
ingredientes añadidos como aromatizantes…………………… 42
Tabla 6: Composición típica de una leche entera en polvo secada por
atomización………………………………………………………. 56
Tabla 7: Efecto Del Tratamiento Térmico De La Leche Sobre
La Actividad De Los Cultivos Estárter Del Yogurt………….. 105
Tabla 8: Variaciones De Las Fracciones Nitrogenadas De La
Leche De Distintas Especies Tras El Tratamiento Térmico…… 106
Tabla 9: Efecto Del Tratamiento Térmico Sobre El Proceso
De Coagulación Durante La Fabricación De Yogurt………….. 108
Tabla 10: Características De Flujo De Alimentos Líquidos……………… 138
INTRODUCCIÓN
La fermentación láctica o fermentación anoxidativa realizada por
bacterias quimiotróficas (bacterias acido lácticas) obtiene su
energía a partir de la lactosa para su metabolismo.
La lactosa de la leche es transformada por vía oxidativa EMBDER-
MEYERHOF-PARNAS a partir de su hidrólisis éxoenzimática, es
decir, fuera de la pared celular hasta glucosa y galactosa.
En la leche la velocidad con que se produce esta transformación
genera una reordenación y reconfiguración de las micelas de
proteínas formando un coágulo de características diferenciadas.
Esta cinética de consumo de la lactosa (fermentación) se ve
influenciada por factores externos como la temperatura, la
concentración de sustratos y la concentración inicial de las
bacterias fermentativas ácido-lácticas, etc.
Por ello, controlando estos factores podremos optimizar la
coagulación de la leche, por ejemplo en la elaboración del yogurt
aflanado.
La estabilidad del coágulo formado por fermentación ácido láctica
sé vera influenciado por la temperatura y la concentración del
cultivo iniciador, determinando una cinética de la acidificación, que
resuelve la estabilidad y la viscosidad del coagulo formado en la
elaboración del yogurt aflanado.
Esta característica podrá ser evaluada determinando los valores de
grado de sineresis y viscosidad para cada combinación de
temperatura y concentración de cultivo iniciador ensayado.
Se conseguirá estabilizar y aumentar el valor de la viscosidad del
coágulo formado en la fermentación láctica con la adición de una
mezcla de ingredientes funcionales. La optimización de esta
mezcla de ingredientes, se traduce en mayor viscosidad y menor
grado de sineresis.
RESUMEN
La presente investigación de tesis es de carácter tecnológico y
centra todo su estudio en la operación de fermentación. El objetivo
es elaborar un yogurt aflanado que presente un coágulo estable es
decir de buena consistencia y bajo grado de sinéresis.
El estudio plantea una investigación de efectos fijos y con dos
factores (temperatura de fermentación y concentración del inoculo),
cada uno con tres subniveles (30°C, 41°C, 43°C y 1%, 2%, 3%,
respectivamente)
Para ello se realizarón nueve fermentaciones a partir de una leche
reconstituida con 14% de EST (extracto seco total). Y con un
inóculo preparado de un cultivo super concentrado liofilizado con
una relación de cepas de 9:1, S.Thermophillus y L. bulgariccus,
respectivamente.
Se encontrarón diferencias significativas para todas las
fermentaciones, influenciadas marcadamente por el factor de
concentración del inóculo, determinando cada una un efecto
diferenciado sobre la estabilidad del coágulo formado del yogurt
aflanado.
Las fermentaciones que produjeron la mayor estabilidad del
coágulo fueron:
o A 39°C y todas las concentraciones de inoculo consideradas en
la presente tesis.
o A 41°C con 1% de concentración del inoculo.
Se encontraron las mas altas viscosidades (VNE, viscosidad
newtoniana equivalente) para las fermentaciones realizadas a
39°C, como también para la fermentación a 41°C con 1% de
inóculo.
Se determinó que las fermentaciones realizadas a 39°C con todas
las concentraciones del inóculo presentarón el menor grado de
sinéresis, lo mismo sucedió con la fermentación a 41°C con 1% de
inóculo.
Se logró la estabilización con la adición de un estabilizante
elaborado a partir de una mezcla constituida por colágeno, pectina
de bajo metoxilo y goma arabiga. La adición de 0,8% (p/v, peso
sobre volumen) de este estabilizante denominado
“SUPERGELACT” determinó una buena coagulación, es decir alta
viscosidad y muy bajo grado de sinéresis.
El yogurt aflanado elaborado a una temperatura de fermentación de
41°C con una concentración de inóculo de 1% al que se agregó
0,8% de “SUPERGELACT”, al ser sometido a las pruebas de
deformación de flujo independientemente del tiempo, para las
temperaturas de 12°C, 15°C y 22°C, consideradas en la presente
investigación, reveló un comportamiento de fluido plástico (Modelo
Herschel-Bulkley).
Se determinó que la temperatura tenia una gran influencia sobre la
viscosidad aparente y el coeficiente de consistencia, porque
obtuvimos un valor alto de energia de activacion (Ea) igual a
82,5057 KJ / mol.
En la evaluación sensorial de la consistencia en escala hedónica, el
100% de los encuestados calificó en el rango de satisfacción y 70%
calificó que le era muy agradable.
En relación a la perdida de la calidad del yogurt determinamos que
obedecía a una relacion básica para el deterioro de los alimentos de
primer orden. Se estableció para la perdida de la calidad por dia,
una cinética de 0.023 μ% Calidad Residual/día.
Abstract:
The present investigation is exclusively technological and centers all its interest in
the operation of fermentation. The target is to elaborate a yogurt “aflanado” (sort
of crème caramel) that presents an stable coagulate, that is to say, of good
consistency and low syneresis grade.
The study outlines an investigation of fixed effects, with two factors (temperature
of fermentation and concentration of inoculate), each factor with three sublevels
(30°C, 41°C, 43°C and 1%, 2%, 3%, respectively).
For they were carried out it 9 fermentations starting from a milk reconstituted with
14% of EST (total dry extract). And with an inoculate prepared of a freeze-dried
superconcentrated culture with a relation of stocks of 9:1, S. Thermophilus and L.
Bulgaricus, respectively. Were significant differences for all the fermentations.
Noticeably influenced these fermentations by the factor of concentration of the
inoculate, determining each one an effect differentiated on the stability from
formed coagulate of yogurt.
The fermentations that produced the greater stability of coagulate were:
- To 39°C and all its concentrations of inoculate considered in the
present thesis.
- To 41°C with 1% of concentration of inoculate.
Were highest viscosities (equivalent Newtonian viscosity) in all the fermentations
made to 39°C. Also in the fermentation to 41°C with 1% of the inoculate.
It was determined that the fermentations made to 39°C with all the concentrations
of inoculate displayed the smaller degree of syneresis, the same happened to the
fermentation to 41°C with 1% of inoculate.
It was obtained the vegetable stabilization with the addition of to stabilizer
elaborated from to it mixes constituted by collagen, dextrins and rubbers. The
addition of 0.8% (p/v, weight on volume) of this stabilizer (it called
"SUPERGELACT") determined the stability, is to very say the high viscosity and
under syneresis degree.
Our Yogurt elaborated to a temperature of fermentation of 41°C with a
concentration of the inoculate of 1% to which 0.8% of "SUPERGELACT" were
added, to the being put under the tests of deformation of flow independently of
the time, for the temperatures of 12°C, 15°C and 22°C, considered in the present
investigation, revealed a behavior of plastic fluid (Herschel-Bulkley Model).
One determined that the temperature tapeworm a great influence on apparent
viscosity and the consistency coefficient, because we obtained a high value of
energy of activation (Ea) equal to 82,5057 KJ/mol.
In the sensorial evaluation of the consistency in hedonistic scale, the 100% of
those polled described in the satisfaction rank and 70% described very pleasant.
In relation to the lost one of the quality of yogurt we determined that it obeyed to a
basic relation for the deterioration of foods of first order. One settled down for the
lost one of the quality per day, a kinetic one of 0,023 µ% Residual Quality/day.
CAPITULO I.- MARCO TEORICO CONCEPTUAL
1.1. DEFINICION DE CONCEPTOS 1.1.1. Teoría del yogurt:
El yogurt tiene como base 2 especies bacterianas que viven en él;
ellos son: el Streptococcus thermophilus y el Lactobacillus
bulgaricus cuya relación cuantitativa es de 1:1 a 2:3
aproximadamente (Madrid, 1994).
Esto varía durante el curso de acidificación, la causa de la variación
estriba sobre todo en que el Lactobacillus bulgaricus desdobla
fácilmente las proteínas, favoreciendo el desarrollo del
Streptococcus thermophilus, hasta el punto de llegar a ser 5 a 6
veces mayor que el bacilo, a un índice determinado de acidez (90ºD
o 0.9% expresado en ácido láctico). Los cocos tienen un poder de
acidificación menor que los bacilos, en cambio se desarrollan mejor
cuando el índice de acidez es elevado (105ºD). Todo esto hace que
la relación vuelva a equilibrarse o que predomine el número de los
últimos (Madrid, 1994).
La proporción entre ambos microorganismos influye también de
manera especial en la aromatización del yogurt, siendo el
L. bulgaricus el principal productor del aroma (Madrid, 1994).
La temperatura más favorable para el desarrollo del S. thermophilus
varía entre 38ºC a 44ºC, y del L. bulgariccus que oscila entre los
41ºC a 45ºC; influye así mismo la temperatura de incubación sobre
la proporción entre estas 2 especies bacterianas. (Madrid, 1994).
1.1.2. Definición: Según la F.A.O./O.M.S. (1997) el yogurt es una leche coagulada
obtenida por fermentación láctica ácida, producida por Lactobacillus
bulgaricus y Streptococcus thermophilus, de la leche pasteurizada
con o sin adición de leche en polvo. Los microorganismos del
producto final deben ser viables y abundantes.
Según el Club Internacional de fabricantes de yogurt lo define como
leche fermentada obtenida por multiplicación en ella de 2 bacterias
lácticas específicas asociadas: Streptococcus thermophilus y
Lactobacillus bulgaricus. Estas bacterias lácticas se cultivan en
leche previamente pasteurizada, con el fin de eliminar total o
parcialmente la flora microbiana preexistente. Después de la
fermentación el yogurt se enfría a una temperatura comprendida
entre 1ºC y 10ºC, excluyendo cualquier otro tratamiento térmico y
listo para su consumo.
Según el Reglamento Sanitario de Alimentos en su art. 301 y 308
define el yogurt, como leche entera o semidescremada, acidificada
con agregado de ácido láctico o por fermentación láctica, para
facilitar la digestibilidad de la leche en el niño. Esta leche se
considera alimento de uso médico y por lo tanto sujeta en su
producción y expendio a las regulaciones del presente reglamento.
De acuerdo a la Norma Técnica Peruana (INDECOPI) (202.092-
1990) define al yogurt como el producto obtenido por la coagulación
de la leche y la acidificación biológica, mediante la acción de
fermentos lácticos de las especies Lactobacillus bulgaricus y
Streptococcus thermophilus, a partir de la leche entera,
parcialmente descremada, reconstituida, recombinada, con un
tratamiento térmico antes de la fermentación.
1.1.3. Clasificación del yogurt: (Tamime& Robinson, 1991).
1.1.3.1. Por el método de elaboración
• Yogurt batido Es el producto en el que la inoculación de la leche pasteurizada, se
realiza en tanques de incubación, produciéndose en ellos la
coagulación, luego se bate y se envasa, pudiéndose presentar en
estado líquido o semisólido.
• Yogurt coagulado o aflanado Es el producto en el que la leche pasteurizada, es envasada
inmediatamente después de la inoculación, produciéndose la
coagulación en el envase.
1.1.3.2 Por el contenido de grasa
• Yogurt entero El contenido de grasa es igual o mayor al 3% en la leche destinada
para elaborar el yogurt. Los sólidos totales no grasos de la leche
estarán como mínimo en un 8,2%.
• Yogurt parcialmente descremado El contenido de grasa en la leche se encuentra entre el 1% y 2,9%.
• Yogurt descremado La materia grasa de la leche es menor al 1%. Sólidos totales no
grasos de la leche debe corresponder como mínimo a un 8,6%.
1.1.3.3 Por el Sabor
• Yogurt natural Es aquel sin adición alguna de saborizantes, azúcares y colorantes,
permitiéndose solo la adición de estabilizadores y conservadores.
• Yogurt frutado Es aquel al que se le ha agregado fruta procesada en trozos y
aditivos permitido por la autoridad sanitaria.
• Yogurt saborizado Es aquel que tiene saborizantes naturales y/o artificiales y otros
aditivos permitidos por la autoridad sanitaria.
1.1.4. Composición química del yogurt natural La tabla 1, muestra la composición media del yogurt natural donde
se observa que el extracto seco presenta mayor porcentaje a
diferencia de los demás componentes.
Tabla 1: Composición Media del Yogurt
Fuente: Walstra (1984).
1.1.5 FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL
YOGURT 1.1.5.1 Producción y conservación de cultivos estárter
Los cultivos de yogurt contienen 2 especies microbianas, S.
thermophillus y L. Bulgariccus y, puesto que casi siempre se
cultivan y resiembran juntos, se denominan cepas mixtas de
estárter. Los cultivos microbianos se guardan en pequeñas
cantidades conocidas como cultivos de reserva. Cuando estos
Composición Media del Yogurt Natural
(g) Extracto Seco
Grasa
Proteína bruta
Carbohidrato
Ceniza
Lactosa
Proteína de Suero
Caseína
Acido Láctico
Acido Cítrico
Energía (Kj)
12,00 – 13,00
3,00 – 3,75
3,10 – 3,60
3,50 – 4,00
0,70 – 0,80
2,50 – 3,00
0,60 – 0,70
2,30 – 2,80
0,80 – 1,10
0,15 – 0,20
255
cultivos se reactivan para su utilización en las industrias lácteas, se
recurre a sistemas de siembra a gran escala con objeto de obtener
el volumen necesario. Por ejemplo, para una producción de 25.000
litros de yogurt al día partiendo de un inoculo del 2% se necesitan
500 litros de estárter. Las etapas del proceso de siembra son:
2% 2% 2% 2%
Reserva Madre Intermedio Final Tanque de elaboración
4ml 200 ml 10 L 500 L
Los cultivos de reserva y madre se siembran en el laboratorio pero
el intermedio y el final o definitivo se preparan en la sala de cultivos
estárter de la industria.
Un cultivo estárter definitivo debe reunir las siguientes
características:
o Debe contener el máximo número de células viables;
o Debe estar libre de contaminantes, como coliformes, mohos o
levaduras;
o Debe presentar actividad en las condiciones de procesado,
por lo que el mantenimiento de los cultivos intermedios es
Los principales objetos de estos sistemas de concentración son:
primero, reducir el trabajo que implica el mantenimiento de los
cultivos líquidos; segundo, mejorar la viabilidad de los cultivos
conservados y, tercero, facilitar el envío de los cultivos por correo
sin que se produzca una pérdida importante de su actividad.
(Tamime & Robinson, 1991)
1.1.5.1.2. Cultivos de Yogurt liofilizados
Los cultivos de yogurt liofilizados se obtienen mediante
deshidratación de los cultivos previamente congelados. Este
método de conservación de los cultivos estárter goza de gran
popularidad y permite aumentar la seguridad de los cultivos
conservados, garantizado un elevado número de microorganismos
viables y un máximo porcentaje de supervivencia durante su
almacenamiento, en comparación con los cultivos deshidratados a
vacío o por pulverización. La tasa de supervivencia de los cultivos
liofilizados es elevada, siendo necesaria una pequeña cantidad
para inocular el cultivo madre. (Tamime & Robinson, 1991)
1.1.5.2. Estandarización del Extracto seco
El aumento del extracto seco de la mezcla destinada a la
elaboración de yogurt se puede lograr por diversos métodos entre
los que se incluyen: ((Tamime & Robinson, 1991)
• Método tradicional El método de concentración de la leche más utilizado
tradicionalmente ha sido el calentamiento de la misma. Este
consiste en mantener la leche en ebullición hasta reducir el
volumen a 2/3 del valor inicial y, aunque el objetivo principal es el
aumento del extracto seco total de la leche, determina otras
muchas modificaciones físico-químicas. El grado de concentración
conseguido mediante el mantenimiento de la ebullición no se puede
calcular con precisión, pero sí aproximadamente. Por ejemplo,
partiendo de una leche con un extracto seco del 13%, una
concentración hasta un volumen equivalente a 2/3 del inicial
supone un incremento del extracto seco total hasta un 19 - 20%
aprox. Este método de enriquecimiento continúa siendo utilizado en
comunidades rurales que producen yogurt a pequeña escala.
• Adición de leche en polvo En la industria es muy frecuente la utilización de leche en polvo,
entera o desnatada, para el enriquecimiento de la leche destinada a
la elaboración de yogurt de consistencia espesa y suave. En Reino
Unido, el ingrediente más empleado es posiblemente la leche en
polvo desnatada, ya que la mayoría del yogurt que se comercializa
es desnatado. La proporción de leche en polvo añadida a la mezcla
base puede oscilar de un 1 a un 6%, recomendándose por lo
general valores del 3 - 4%, ya que si se añade porcentajes
superiores ello puede conferir al yogurt “sabor a polvo”.
• Adición de mazada en Polvo (de mantequilla)
• Adición del suero de leche en polvo
• Adición de caseína en polvo
• Concentración por evaporación
• Concentración por filtración por membranas
1.1.5.3. Tratamiento Térmico Aunque el calentamiento de la leche por ebullición ha sido utilizado
en el proceso de elaboración de Yogurt como método para
conseguir incrementar la concentración de extracto seco lácteo en
la mezcla base, los efectos del tratamiento térmico se pueden
resumir fundamentalmente en los siguientes:
(a) Destrucción y/o eliminación de microorganismos patógenos y
otros microorganismos indeseables.
(b) Protección de factores estimulantes o inhibidores de los cultivos
estárter del yogurt.
(c) Cambios en las propiedades físico-químicas de los
componentes de la leche. (Tamime & Robinson, 1991)
Tabla 2: Efecto de la homogenización y del tratamiento térmico sobre la consistencia viscosidad del yogurt
Tratamiento térmico de la leche 30 minutos a
70ºC
78ºC
86ºC
95ºC
Determinación de la
consistencia/viscosid
ad del yogurt A B A B A B A B
Viscosímetro de bola
(profundidad en cm)
3,0 >15,
0
1,5 10,5 1,2 6,0 1,2 2,7
Embudo de
Posthumus (tiempo
en segundos)
9,0 5,0 14,0 7,5 17,0 8,5 18,7 9,0
Por el método del “viscosímetro de bola”, cuanto mayor es la profundidad
menos espeso es el producto.
Con el método del embudo de Posthumus cuanto mayor es el tiempo
necesario para que el yogurt pase por el embudo, más viscoso es el
producto.
A – Leche homogenizada.
B – Leche no homogenizada. (Tamime & Robinson, 1991)
Tabla 3: Efecto de la temperatura sobre la leche en la pasteurización Combinaciones de temperatura-tiempo utilizados para el tratamiento de la leche y la
mezcla base para la elaboración de yogurt
Tiempo T (ºC) Tratamiento Observaciones
30 minutos 65 Baja temperatura-
tiempo prolongado
(mantenimiento)
Permiten la destrucción de
aprox. el 99% de las
formas vegetativas
15
segundos
72
Past
euriz
ació
n
Alta temperatura,
tiempo breve (HTST)
*30
segundos
85 Alta temperatura,
tiempo prolongado
(HTLT)
*5 minutos 90-95 Temperatura muy alta,
tiempo breve (VHTST)
20 minutos
(+)
110-
115
Esterilización
convencional en
botellas
Destruye todas las formas
vegetativas y
probablemente algunos
esporos.
Igual que el anterior, pero
permite la destrucción de
casi todos los esporos.
*3 segundos 115 UHT a baja
temperatura
*16
segundos
135 UHT tiempo prolongado
1-2
segundos
140 UHT
0,8
segundos
150
Tem
pera
tura
ultr
a-al
ta
Tratamiento UHT
francés (ATAD)
Destruyen todos los
microorganismos,
incluyendo los esporos,
excepto los tratamientos
UHT de baja temperatura.
* Tratamiento térmicos frecuentemente utilizados en la industria del yogurt
(+) Suponen un mantenimiento más prolongado
Adaptado de Davis (1968), Ged y Alais (1976), Lyster (1979); citado Tamine (1991)
1.1.5.4. Operación de Fermentación
Durante la elaboración del yogur la leche, una vez sometida al
tratamiento térmico, se enfría hasta la temperatura de incubación
del cultivo estárter (S. thermophilus y L. bulgaricus) y la
fermentación tiene lugar por lo general a temperaturas de 40 -
45ºC, es decir, en las condiciones óptimas de crecimiento del
cultivo mixto (método de incubación corto). En algunos casos el
período de incubación puede ser de sólo dos horas y media, para
cultivos estárter activos (3%) con una relación bacilos/cocos
adecuada. No obstante, también puede recurrirse a métodos de
incubación largos, a 30ºC durante toda una noche (18 horas) o
hasta alcanzar la acidez deseada.
La fase de fermentación propiamente dicha puede tener lugar en
los envases de comercialización, en el caso de la elaboración de
yogurt tradicional, o en tanques, para la elaboración de yogurt
batido. No obstante, independientemente del tipo de yogurt
elaborado, las reacciones bioquímicas responsables de la
formación del gel/coágulo son exactamente las mismas.
La única diferencia real entre el yogurt tradicional y el yogurt batido
estriba en las propiedades reológicas del coágulo, ya que en el
primer tipo la leche se deja en reposo durante el período de
incubación, lo que determina la formación de un gel contínuo
semisólido, mientras que el yogurt batido resulta de la ruptura de la
estructura del gel al final del período de incubación, antes del
enfriamiento y tratamiento posterior.
En resumen, la formación del gel que constituye el yogurt es el
resultado de las siguientes modificaciones físicas y químicas de la
leche: (Tamime & Robinson, 1991)
(a) Los estárters del yogurt metabolizan la lactosa presente
en la leche para cubrir sus necesidades energéticas, dando
lugar a la formación de ácido láctico y de otros compuestos
importantes.
(b) La producción gradual de ácido láctico comienza a
desestabilizar los complejos de caseína-proteínas del
lactosuero desnaturalizadas, por solubilización del fosfato
cálcico y de los citratos.
o (c) Los agregados de micelas de caseína y/o las micelas
aisladas se van asociando y coalescen parcialmente a
medida que el pH se aproxima a su punto isoeléctrico, es
decir, 4,6 - 4,7. (Tamime & Robinson, 1991)
Es probable que la interacción de la α-La/β-Lg con la k-caseína a
través de los grupos SH con la formación de puentes disulfuro
proteja parcialmente a las micelas frente a una compleja
desestabilización o ruptura, por lo que la red del gel o matriz queda
formada por una estructura regular que atrapa en su interior al resto
de los componentes de la mezcla base, incluyendo la fase acuosa.
(Tamine & Robinson, 1991)
1.1.5.5. Enfriamiento Post-fermentación
• Enfriamiento en una sola fase En este proceso el coágulo se enfría directamente desde la
temperatura de incubación hasta temperaturas inferiores a 10ºC
antes de proceder a la adición de los agentes aromatizantes y al
envasado del producto. El fundamento de este método es que el
coágulo es más estable a bajas temperaturas que a temperaturas
superiores a 20ºC, por lo que tienen lugar menos alteraciones
durante las etapas posteriores, es decir, durante las
manipulaciones necesarias para la adición de frutas y aromas o
durante el envasado para la posterior comercialización.
• Enfriamiento de dos fases Durante la primera fase del proceso se reduce la temperatura del
coágulo de 30 - 45ºC a 15 - 20ºC, antes de la adición de los
aromatizantes y del envasado. La segunda fase de enfriamiento se
realiza en cámaras de refrigeración en las que el yogurt se enfría
hasta temperaturas inferiores a 10ºC. El enfriamiento final tiene
lugar por tanto en el envase de comercialización, mejorando
notablemente la viscosidad del producto tras 1-2 días de
almacenamiento en reposo.
Estos dos tipos de refrigeración son muy utilizados en la industria
para la elaboración de yogurt de características y viscosidad
apropiadas, siendo difícil la elección de uno u otro. No obstante, la
influencia de la velocidad de enfriamiento sobre las propiedades
físicas del yogurt batido ha sido recientemente evaluada en el
“Danish Dairy Research Institute” (Anon. 1977) y de este estudio se
han publicado las siguientes conclusiones y recomendaciones:
(a) La calidad del yogurt batido puede mejorar notablemente
envasando el yogurt a 24ºC y refrigerando a continuación el
producto envasado.
(b) Para lograr un yogurt de máxima calidad, la segunda fase
de enfriamiento debe llevarse a cabo tan lentamente como
sea posible, durante un período de unas 12 horas.
(c) La concentración de la leche para la elaboración de
yogurt, por ejemplo por evaporación, eliminando un 10% del
agua aproximadamente, es el factor que más mejora la
calidad del yogurt.
(d) El procedimiento de refrigeración recomendado es el
siguiente:
- Agitar el yogurt en el tanque de incubación hasta
lograr una mezcla homogénea antes de proceder a su
refrigeración.
- Enfriar el yogurt hasta temperaturas de unos 24ºC
(1ºfase) y envasar el producto.
- Refrigerar el yogurt envasado (2ºfase) en una
cámara de refrigeración controlada por un termostato
de 2 etapas, que permita mantener la temperatura del
aire a 7-10ºC durante las primeras 5-6 horas y a 1-2ºC
el resto del tiempo.
- Para conseguir un enfriamiento uniforme del
producto es aconsejable forzar la circulación del aire
en las cámaras de refrigeración.
- El diseño y construcción de los embalajes y de los
materiales de envasado puede condicionar la
velocidad de enfriamiento del yogurt envasado.
Debe señalarse que el enfriamiento del yogurt comienza a valores
de pH relativamente altos y que por tanto la velocidad de
enfriamiento (lenta o rápida) condiciona la acidez final del producto.
1.1.5.6. Adición de Emulsionantes y Estabilizantes Se emplean emulsionantes y estabilizantes cuya utilización está
regulada por la legislación vigente de la mayoría de los países. En
el ámbito internacional la FAO/WHO (1976) han elaborado una lista
de componentes y de concentraciones que pueden ser adicionados
al yogurt.
En el cuadro 1 se muestran algunos estabilizantes autorizados por
la FAO/WHO (1976) y la Food and Drugs Acta (1975/1980). La
finalidad es mejorar y mantener las características deseables del
yogurt, textura, viscosidad, consistencia, aspecto y cuerpo.
Cuadro 1 Clasificación y Función de los distintos tipos de gomas que pueden utilizarse en la fabricación de Yogurt
Tiempo de coagulación 2,43 2,01 2,34 2,04 2,29 2,04
Acidez en el momento de la
Coagulación 0,63 0,49 0,63 0,50 0,63 0,50
PH en el momento de la
coagulación 4,70 5,16 4,78 5,12 4,80 5,08
Adaptado de Grigorov (1966b).
Los agregados formados son de dos tamaños dependiendo de los
grupos reactivos involucrados: agregados pequeños β-Lg (3,75) con
grupos – SH libre y agregados de β-Lg de mayor tamaño (295) en
los que hay un importante número de puentes disulfuro (S-S)
(Tamime & Robinson, 1991).
Los datos publicados sobre la desnaturalización de la β-
lactoglobulina por el calor reconocen la interacción entre la β-Lg y la
k-caseína. No obstante, las últimas investigaciones sugieren que
la α-La también está implicada. La reacción puede esquematizarse
del modo siguiente: (Varnam & Sutherland, 1995).
β-Lg β-Lg +α-La α-La (β-Lg)
(agregados (agregados + α-caseína
pequeños) grandes)
α-La (β-Lg) α-caseína – (micelas de caseína)
c) Estudios realizados por microscopía electrónica del barrido de los
geles obtenidos a partir de leche sometida y no sometida a
tratamiento térmico demuestran algunas importantes diferencias en
las características de las micelas de caseína. En el caso de la
leche sometida a calentamiento los geles se forman a medida que
las micelas aumentan de tamaño y forman una matriz reticular.
Este comportamiento determina una distribución continua de la
proteína en toda la masa del yogurt, quedando la fracción acuosa
retenida en la red formada. El coágulo resultante es firme y menos
susceptible a la sinéresis. Por el contrario, las micelas de caseína
en leche no tratada térmicamente forman agregados o racimos,
quedando la proteína distribuida de modo heterogéneo. Esta
heterogeneidad empeora la inmovilización del agua, lo que hace
que el coágulo sea mucho más débil, aproximadamente un 50% en
comparación con el anterior.
d) Un estudio realizado con leche sometida a un tratamiento de
95ºC durante 10 minutos demostró la existencia de apéndices
filamentosos formados por β-Lg/k-caseína. En esta interacción
parecen participar enlaces disulfuro y puentes de calcio formados,
por ejemplo, por fosfato cálcico y citratos. Estos tienden a hacerse
más difusos después de la fermentación, pero su presencia en el
coágulo formado por la leche calentada inhibe la cohalescencia de
las micelas, dando lugar a coágulos más firmes con menos
tendencia a la sinéresis.
e) Estudios realizados por microscopía electrónica de barrido
demuestran que S.thermophilus y L.bulgaricus forman “bolsillos” en
la matriz proteica del coágulo del yogurt. Algunos autores han
considerado estos “bolsillos” como artefactos causados por la
liofilización de la muestra, pero tanto la microscopía electrónica de
transmisión (MET) como la “criofractura” del yogurt, es decir, la
sección del mismo cuando aún está presente la fase acuosa,
confirman la existencia de estos “bolsillos”. Además las
mircrografías electrónicas de barrido demuestran la existencia de
filamento de polisacáridos producidos por cepas mucosas o
viscosas de estárteres del yogurt.
f) Las dimensiones de las partículas de caseína en el yogurt
dependen de la concentración de extracto seco total en la mezcla
base. Se observó que el tamaño de las partículas de caseína
disminuye a medida que aumenta la concentración de extracto seco
total de la leche no habiendo sido explicada la razón de este
fenómeno. (Tamime & Robinson, 1991)
g) La separación de la grasa en a leche fría está influenciada por la
acción de las globulinas que favorecen la agrupación de los
glóbulos grasos, los cuales ascienden hacia la superficie (Mulder &
Walstra, 1974). Por esta razón, la desnaturalización de las
globulinas de la leche como resultado del tratamiento térmico
determina una disminución del espesor de la capa de crema
formada (Jenness & Patton, 1959).
Esta acción puede resultar muy positiva para los pequeños
fabricantes de yogurt, cuyas líneas de procesado no incluyen la
etapa de homogenización. Además la leche sometida a tratamiento
térmico se vuelve más blanca, fenómeno previo a un ligero
pardeamiento de la misma. De acuerdo con Burton (1954) esto
podría atribuirse a:
(i) floculación de las proteínas del suero;
(ii) modificación de los agregados de caseína;
(iii) paso del calcio soluble a un estado coloidal o
insoluble.
1.1.12.6.3. Enfriamiento
El enfriamiento del coágulo comienza inmediatamente después de
alcanzar la acidez óptima del producto, es decir, a un valor de pH
aproximadamente de 4,6 o una concentración de ácido láctico del
0,9%, dependiendo del tipo de yogurt producido, el método de
refrigeración empleado y/o la eficacia de la transmisión de calor. El
objetivo básico del enfriamiento es disminuir la temperatura del
coágulo de 30-45ºC a menos de 10ºC tan rápidamente como sea
posible, para así controlar la acidez del producto final (actividad de
las bacterias acidolácticas mínima a temperaturas inferiores a los
10ºC). El coágulo es más estable a bajas temperaturas que a
temperaturas superiores a 20ºC. El enfriado debe realizarse en dos
etapas la primera hasta los 24ºC, para ser envasado y almacenado
durante un período mínimo de 12 horas hasta lograr que el
producto disminuya su temperatura hasta los 5ºC, permitiéndole
obtener así, una máxima viscosidad. Debe señalarse que el
enfriamiento del yogurt comienza a valores de pH relativamente
altos y que por lo tanto la velocidad de enfriamiento (lenta o rápida)
condiciona la acidez del producto final (Tamime & Robinson, 1991).
Cuando la acidificación alcanza un cierto valor (70-80ºD en el caso
de yogures tradicionales, 100-120ºD en los yogures batidos), hay
que bloquear el proceso inhibiendo el desarrollo de las bacterias
lácticas, para lo que se debe disminuir considerablemente la
temperatura; a esta fase se le llama enfriamiento, y se lleva a cabo
de formas diferentes, dependiendo del tipo de producto. Los
yogures tradicionales, una vez sacados de la estufa, se enfrían en
camisas frían muy ventilado, cada vez con más frecuencia, en
túneles de enfriamiento, antes de ser almacenados en cámaras
frías a 2 a 4ºC.
En los yogures batidos, el enfriamiento se lleva a cabo por medio
de cambiadores-refrigeradores de placas, tubulares o de superficie
rascada, ya que en tinas el enfriamiento sería muy lento, daría una
sobreacidificación (Luquet, 1993).
1.1.13. ACIDEZ, pH Y MÉTODOS DE VALORACIÓN 1.1.13.1. El pH.-
La figura 2 muestra las zonas de disociación de los principales
componentes ionizables que se encuentran en la leche, en relación
con tres valores característicos: pH normal de la leche, pH de
valoración en presencia de fenolftaleína y pH de precipitación de
la caseína. Estos datos ayudarán a comprender los conceptos
siguientes:
Figura 2: Escala de disociación de los ácidos y bases en la leche.
En general, la leche tiene una reacción iónica cercana a la
neutralidad. La leche de vaca tiene una reacción débilmente ácida,
con un pH comprendido entre 6,6 y 6,8, como consecuencia de la
presencia de caseína y de los aniones fosfórico y cítrico,
principalmente. El pH no es un valor constante, sino que puede
variar en el curso del ciclo de la lactación y bajo la influencia de la
alimentación. Con todo, la amplitud de las variaciones es pequeña
dentro de una misma especie. En lo que se refiere a la leche de
vaca, deben considerarse como anormales los valores de pH
inferiores a 6,5 o superiores a 6,9. El calostro de vaca tiene un pH
más bajo a causa de su elevado contenido en proteínas. El pH de
la leche cambia de una especia a otra, dadas las diferencias de su
composición química, especialmente en caseína y fosfatos.
Sustancias, ácidos o bases débiles, son tampones de pH, alrededor
del punto de semi-neutralización que corresponde al valor pK, estas
sustancias frenan las variaciones del pH. Intervienen principalmente
la caseína, por sus grupos ésteres fosfóricos, y el ácido fosfórico
por su función secundaria; en segundo lugar interviene: el ácido
cítrico que casi se neutraliza a pH 6,6, el ácido carbónico
(bicarbonato) y los grupos α–aminados libres. De hecho, la
valoración acidimétrica de la leche fresca es una medida indirecta
de su riqueza en caseína y fosfatos. La acidez desarrollada por
la fermentación láctica hace bajar el pH, entre 4 y 5. A este nivel
todos los ácidos orgánicos presentes intervienen en la valoración; y
sobre todo el ácido cítrico. (Alais, 1991; Scott, 1991).
Los cambios biológicos, bioquímicos y físicos que tienen lugar
desde el momento del ordeño hasta que termina la maduración del
queso, se controlan o vigilan, en parte, midiendo el pH
(concentración de hidrogeniones) bien sea en la leche, o en la
cuajada. La temperatura influye sobre los cambios de pH y otros
cambios que se producen como consecuencia de la presencia de
oxígeno, de la concentración de otros componentes, de reacciones
químicas y de cambios físicos. El delicado equilibrio físico existente
entre los componentes de la leche, al que contribuyen: la ionización
de sus componentes, la unión de los protones a otras sustancias y
la dispersión entre las fases de las sales y las proteínas, le
confieren a aquella cierta capacidad tampón frente a eventuales
cambios de pH. El equilibrio acidobásico de la leche o el suero
constituye una indicación muy útil para el control del proceso de la
fabricación del queso. Las medidas de pH pueden realizarse
durante todo el proceso de transformación de la leche de líquido a
sólido, pero su interpretación presenta a veces algunas dificultades.
El pH de la leche depende en mayor grado de la temperatura que,
por ejemplo, el de los tampones fosfato. Por ello, la comparación de
los valores de pH correspondientes a distintos métodos de
fabricación únicamente es válida cuando se efectúa a la misma
temperatura, ya que, así como en los tampones fosfato el pH
solamente desciende entre 20 y 30ºC 0,03 unidades, en la leche
descendería 0,10 unidades. Las sustancias responsables de que la
leche posea una capacidad tampón tan elevada y de que constituya
por tanto un sistema tan estable son principalmente las proteínas,
los fosfatos, los citratos y los carbonatos. En la leche, el calcio y el
magnesio se hallan presentes en forma libre y formando complejos
con los radicales fosfato de la caseína y con los citratos. Además,
tanto el calcio como el magnesio influyen en la valoración de la
leche, ya que pueden precipitar en forma de fosfacoloides. En estos
cambios influye también el tiempo transcurrido durante la valoración
por lo que debe llevarse a cabo con rapidez. Las sustancias neutras
y alcalinas elevan el pH. (Scott, 1991).
El pH representa la acidez actual de la leche, de él dependen
propiedades tan importantes como la estabilidad de la caseina.
(Alais, 1996).
1.1.13.2. Valoración del pH
La medición potenciométrica con el “pH-metro” es la única precisa;
el sistema de electrodos más generalmente utilizado está formado
por el par electrodo de referencia de calomelanos con cloruro
potásico saturado – electrodo de vidrio. (Alais, 1996).
Los electrodos son instrumentos muy delicados. Su vidrio puede
rayarse o arañarse con facilidad por lo que deben utilizar y
guardarse cuidadosamente. Tanto los electrodos ácidos como los
alcalinos pueden dar lugar a errores. Como las características del
electrodo dependen, en parte, de la composición del vidrio que
constituye su membrana, cada tipo de medida requiere la elección
del electrodo más apropiado.
El pH es la medida de la concentración de hidrogeniones
disociados en el medio y no una medida de acidez como la que se
obtiene por valoración. Como la disociación iónica aumenta con la
temperatura, el pH de una solución desciende al aumentar aquella
sin que la acidez varíe. Por ello, los electrodos deben
estandarizarse a una temperatura determinada dentro de un
estrecho margen de pH. (Scott, 1991).
Las medidas electrónicas de pH, aunque son muy rápidas, deben
interpretarse adecuadamente dada la elevada capacidad tampón
de la leche y la cuajada.
A pesar de todo ello en la actualidad el pH puede medirse durante
todo el proceso de elaboración desde la leche al queso, lo cual
constituye una ventaja muy importante. El pH representa la medida
de la concentración de iones en la solución y por tanto mide
también la reactividad de los componentes de la misma y es, por
tanto, al contrario de lo que sucede con la acidez de valoración,
(que indica esencialmente la capacidad tampón de la leche hasta el
pH de 8,3), un parámetro que afecta a las reacciones biológicas y
bioquímicas. No existe una correlación directa entre el pH y la
acidez de valoración, por lo que el quesero no puede hacer uso de
estas medidas indistintamente. (Scott, 1991).
1.1.13.3. Valoración de la Acidez Lo que habitualmente se conoce como acidez de la leche es el
resultado de una valoración; se añade a la leche el volumen
necesario de solución alcalina valorada para alcanzar el punto de
viraje de un indicador, generalmente la fenolftaleína que vira el
incoloro al rosado hacia pH 8,4. Se trata de un nivel arbitrario.
(Alais, 1996).
La acidez de valoración es la suma de cuatro reacciones. Las tres
primeras representan la acidez “natural” de la leche, que equivale
como término medio a 18 c.c. de solución normal (N/10) por litro de
leche.
1. Acidez debida a la caseína; alrededor de 2/5 de la acidez natural.
2. Acidez debida a las sustancias minerales y a los indicios de ácidos
orgánicos; igualmente unos 2/5 de la acidez natural.
3. Reacciones secundarias debidas a los fosfatos; sobre 1/5 de la
acidez natural. Estas reacciones se han designado con el término
“over-run”.
4. Acidez “desarrollada”, debida al ácido láctico y a otros ácidos
procedentes de la degradación microbiana de la lactosa en las
leches en vías de alteración. (Alais, 1996).
Para determinar la acidez de la leche se empleó hasta 1899 el test
de la “alcalinidad” (“soda test”), pero en esta fecha, 1996, Lloyd
propuso la utilización del acidímetro para determinar la cantidad del
ácido presente en los productos lácteos líquidos, lo que hizo posible
el establecimiento de métodos más precisos para la elaboración de
queso.
En las industrias lácteas se utiliza en la valoración de la acidez el
punto de viraje de la fenolftaleína (pH 8,3) ya que el cambio de color
de esta substancia a este pH se observa con mucha facilidad (del
blanco al rosa). (Sucede además que una solución de lactato sódico
posee un pH de 8,3 aproximadamente. Se emplea para ello una
solución de hidróxido sódico N/9, ya que de esta forma el número de
mililitros de esta solución empleados en valorar 10 ml de leche) se
puede transformar fácilmente en “ácido láctico por ciento” (por
ejem., 1,9 ml de NaOH N/9 ~ 0,19% de ácido láctico). La expresión
“ácido láctico por ciento” es una medida arbitraria ya que no todos
los ácidos que se valoran en la leche son ácido láctico. Se valoran
también las proteínas, así como, los ácidos grasos y los fosfatos,
citratos, carbonatos y sulfatos de calcio y magnesio. De hecho el
anhídrido carbónico disuelto en forma de carbonatos da cuenta del
0,02% de la acidez, ya que la leche contiene así un 4% (en
volumen) de CO2 disuelto. (Scott, 1991).
1.1.13.4. Formas de expresar la acidez
1. El “grado Dornic” (ºD), empleado en Francia, expresa el
contenido en ácido láctico; la acidez Dornic es el número de
décimas de c.c. de sosa N/9 utilizada para valorar 10 c.c. de
leche en presencia de fenolftaleína, (N/9 porque el ácido láctico
tiene un peso molecular de 90). Es evidente que:
1º D = 1 mg de ácido láctico en 10 c.c. de leche, o sea
0,1 g/litro, ó 0,01% de ácido láctico.
2. El “grado Soxhlet-Henkel” (S.H.), utilizado en Alemania y en
Suiza, no toma el ácido láctico como referencia. Equivale a 1
c.c. de sosa N/4 utilizado para valorar 100 c.c. de leche (la
valoración se hace habitualmente sobre 50 c.c.), se comprueba
que: 1º SH = 2,25º Dornic. (Alais, 1996).
En una leche ácida a punto de cuajar (pH 4,6) alrededor del 90%
del ácido formado se encuentra en estado de ion lactato; a este
nivel de pH se valoran otros aniones, fosfato, citrato, bicarbonato,
etc., debido a que la acidificación por el ácido láctico ha reducido la
ionización de estas sales.
La medición de la acidez parece ser muy fácil, pero también puede
ser de gran imprecisión, en razón de varias causas de error debidas
a la opacidad de la leche:
a. La cantidad de indicador influye mucho; se puede comprobar una
diferencia de 3ºD (0,3 c.c. de NaOH N/9) empleando una gota
solamente (19ºD) o 10 gotas (16ºD) de solución de indicador. Es
preciso utilizar siempre la misma cantidad, por ejemplo, 0,1 c.c. de
solución de fenolftaleína al 1% en alcohol de 95º (y no contar las
gotas).
b. El punto final de la valoración no es un momento preciso porque
depende de la agudeza visual del operador; se recomienda hacer
una comparación de tanteo con un mismo volumen de leche
adicionada de una cierta cantidad de solución coloreada standard:
fucsina, sulfato de cobalto, etcétera. (Alais, 1996).
Los valores de pH y de la acidez de valoración no están
estrechamente ligados. Hay variaciones sensiblemente paralelas en
ciertos casos, pero puede haber una gran divergencia entre estos
valores, por ejemplo, en el caso del suero de quesería (suero fresco,
al romper la cuajada), en el que la acidez baja, debido a la separación
de la caseína y de los fosfatos, y cuyo pH difiere poco del de la leche
de la cual procede. Los valores de acidez comprendidos entre 15 y
22ºD no dan indicaciones precisas sobre el estado de la leche. (Alais,
1996).
1.1.14. VISCOSIDAD DE LECHE Y YOGURT
La leche es mucho más viscosa que el agua. Esta mayor
viscosidad se debe, sobre todo, a la materia grasa en estado
globular y a las macromoléculas proteicas; las sustancias en
solución sólo intervienen en una pequeña parte. El lactosuero es, por lo tanto, menos viscoso que la leche
descremada, y ésta menos que la leche entera,
La viscosidad media a 20º, en centipoises es:
(Agua: 1,006) Leche entera: 2,2
Leche desnatada; 1,9 Solución de lactosa al 5%: 1,2
La viscosidad de la leche es la causa de la resistencia a la subida
de los glóbulos grasos para formar la crema. La viscosidad
disminuye con la elevación de la temperatura; a 20º no es más que
la mitad, y a 40º el tercio de la que tiene a 0º.
Toda modificación o alteración que actúe sobre la grasa o las
proteínas, tendrá un efecto sobre la viscosidad:
1. La homogeneización eleva la viscosidad de la leche; el factor de
multiplicación está comprendido entre 1,2 y 1,4.
2. Se han descrito varios procedimientos para el tratamiento térmico
de la crema (recalentamiento seguido de enfriamiento) que
permiten obtenerla más viscosa (cualidad importante desde el
punto de vista comercial, porque una crema viscosa parece más
rica).
3. Los factores que producen variaciones en el estado de
hidratación de las proteínas (variación del agua ligada) también son
causa de cambios en la viscosidad.
La contaminación de ciertos microbios aumenta la viscosidad de la
leche, especialmente los estreptococos lácticos de la llamada
“leche filante” (Alais, 1996).
El yogurt se puede comercializar básicamente en tres estados
físicos distintos, yogurt tradicional, yogurt batido y yogurt líquido o
“para beber”, teniendo cada una de estas formas unas
características peculiares. La típica estructura de gel del yogurt
tradicional, por ejemplo, no puede confundirse nunca con el estado
semilíquido de la variedad batida, si bien la baja viscosidad de
algunas marcas de yogur batido sólo permite que estos sean
consumidos bebidos. Obviamente este deterioro de la imagen del
producto no es aconsejable y, aunque puede resultar inevitable la
salida al mercado de una partida de baja calidad, garantizar la
“viscosidad óptima” es algo que siempre resulta incómodo para los
fabricantes. En la práctica diaria cada fabricante adopta su propio
estándar de viscosidad (o consistencia en el caso del yogur
tradicional) y trabaja de acuerdo con estas especificaciones, de
forma que el control de rutina de estas propiedades físicas se
convierte en una fase más del control de calidad. (Tamime &
Robinson, 1991).
1.1.14.1. Viscosidad del Yogurt batido y Yogurt líquido Sherman (1970) ha estudiado los distintos métodos existentes para
la determinación de la viscosidad de los productos líquidos. En el
presente contexto el interés se centra en el establecimiento de una
comparación objetiva entre distintas muestras o entre una muestra
determinada y un valor estándar que representa a un producto de
calidad aceptable, para lo cual pueden ser utilizadas varias
técnicas.
Algunos fabricantes de yogurt recurren a técnicas
extraordinariamente sencillas, como por ejemplo:
- Tomar una muestra de yogur con la parte convexa de una
cuchara e inclinar ésta suavemente hacia abajo. La velocidad
con la que el yogur cae por la cuchara refleja directamente su
viscosidad. Con esta misma técnica se puede comprobar
también cualquier heterogeneidad o irregularidad en el coágulo;
- Introducir una cucharilla de café de plástico en un envase de
comercialización conteniendo el yogur. Cuando esta se
mantiene vertical se puede considerar que el producto presenta
una viscosidad aceptable.
Aunque estas apreciaciones son extremadamente subjetivas
pueden servir como orientación sobre la calidad del producto
acabado.
No obstante es más frecuente la utilización de técnicas más
reproducibles, existiendo varias apropiadas para estas
determinaciones. Davis (1970) ha descrito la utilización de un
cilindro giratorio que se va inclinando poco a poco el ángulo
necesario para que la muestra comience a caer, sirviendo como
medida de la viscosidad del producto el ángulo necesario para que
la muestra comience a fluir. Otra técnica consiste en la
determinación del tiempo necesario para que una esfera metálica
de tamaño estándar descienda una cierta profundidad en el seno
de un volumen dado de yogur (Tamine & Rbinson, 1991). En la
figura 3 se muestra un esquema del aparato utilizado por Peter y
Lolkema (1951) basado en este principio. Otro método aplicable es
la determinación de la velocidad con la que fluye el yogur a través
de embudos con un orificio de un determinada tamaño. Con el
embudo “simple” de Posthumus (que se esquematiza en la Fig. 3)
la viscosidad del producto se determina en función del tiempo que
tarda la superficie del yogur en pasar entre los “puntos” de partida y
la “aguja” central.
(Posthumus, 1954). En Holanda (Galesloot, 1958) y en Africa del
Sur (Ginslov, 1970) se ha utilizado una técnica semejante, mientras
que en Suecia las Asociaciones lecheras suecas jugaron un papel
esencial en el desarrollo del aparato que se muestra en la Figura 3
(Storgards, 1964). También se ha propuesto la determinación de la
viscosidad en función del tiempo que tarda una muestra de
volumen conocido en fluir por un plano inclinado con o sin estrias,
como por ejemplo el “plummet”, pero quizá el método más
aceptado es el empleo de los viscosímetros rotatorios o de los
aparatos de torsión.
El sencillo funcionamiento del viscosímetro rotatorio, como por
ejemplo el de Brookfiel Synchro-Lectric, hace de este una buena
elección y, una vez determinado el tipo de eje y su velocidad de
rotación para un producto dado, la comparación de lotes sucesivos
presenta pocos problemas. Esta simplicidad hace razonable el
intentar mantener la viscosidad del yogur batido dentro de ciertos
límites, pudiendo estudiarse de modo semejante la viscosidad del
yogur batido dentro de ciertos límites, pudiendo estudiarse de modo
semejante la naturaleza física del yogur líquido. El destino de los
lotes de yogur que no cumplan las especificaciones requeridas
depende de la política de la compañía, pero en cualquier caso el
control de este aspecto de la calidad del producto puede realizarse
como prueba de rutina. (Tamine & Robinson, 1991).
1.1.14.2. Viscosidad del Yogur Tradicional
Debido a la estructura de gel de este tipo de yogur, el control del
producto debe realizarse de modo diferente, ya que cualquier
técnica que implique la rotura del coágulo es de escaso valor.
El método de la caída de la esfera puede ser adaptado para este
tipo de producto (Pette y Lolkema, 1951) pero la técnica más
adecuada es la utilización de penetrómetros convencionales la
única exigencia especial es el eje y el cono y en los ensayos
descritos por Robinson y Tamine (1991) se utilizó un cono de
plexiglas de 2,5 cm de diámetro con un ángulo apical de 100º para
estudiar la consistencia de yogur tradicional en envase de 130 - 140
g. El cono, una vez colocado en el centro del envase cubría
aproximadamente el 50% de la superficie del yogur, con lo que se
minimizaban los “efectos de borde” debidos al rozamiento con las
paredes de los envases. El peso del eje se elige en función del
producto, por ejemplo, ligero (13,4g) para el control a 42ºC,
inmediatamente después de la incubación y más pesado (47,4 g)
para el control del coágulo firme de yogur tras el mantenimiento del
mismo a 7ºC durante 24 horas. Estas variaciones del peso del eje
son necesarias para poder distinguir, a una temperatura dada, entre
muestras con distinta fuerza de los geles y la posibilidad de
comparar los resultados obtenidos a 42ºC permite predecir la
consistencia del producto final antes de la refrigeración de este.
Figura 3: Esquema de diversos dispositivos utilizados para examinar las características físicas del yogurt, donde: a) EL PLUMMET diseñado por Hilker (1947) para la determinación del cuerpo de cremas
fermentadas, puede ser también utilizado para el yogur.
b) Esquema de un “viscosimetro de bolsa” utilizado para determinar la firmeza del yogur. La esfera
de acero es ligeramente más pesada que el contrapeso, por lo que se hunde en el yogur. La
distancia registrada en la escala es una medida de la resistencia del coágulo (Pette y Lolkeme,
loc. cit).
c) Embudo de Posthumus. (Posthumus (loc. cit.).
1.1.15. VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS PROTEICOS (Cheftel et al. , 1989)
El factor principal que influye en el comportamiento viscosimétrico de
los fluidos proteicos, es el diámetro aparente de las moléculas o
partículas dispersas. Este diámetro depende de los siguientes
parámetros:
1. Características intrínsecas de la molécula proteica, tales como
Barbosa-Cánovas et al., 1993). De modo general, la mayoría de los
autores, coinciden al hacer una primera clasificación entre
alimentos newtonianos y no newtonianos, según su
comportamiento reológico siga o no la ley de Newton de la
viscosidad. Además, existen alimentos en los que su
comportamiento depende del tiempo de actuación del esfuerzo
realizado sobre ellos. Finalmente, existe otro grupo de alimentos
que se comportan como fluidos viscosos y sólidos elásticos a la
vez, son los fluidos viscoelásticos.
Así, la clasificación de los fluidos alimentarios según su
comportamiento reológico puede establecerse de la siguiente
forma:
- Fluidos newtonianos.
- Fluidos no newtonianos.
- Independientes del tiempo
- Plásticos de Bingham
- Seudoplásticos
- Dilatantes
- Dependientes del tiempo
- Fluidos tixotrópicos
- Fluidos reopécticos o reopexicos.
- Fluidos viscoelásticos
- Fluidos newtonianos.- Los fluidos newtonianos son llamados así
después de que Isaac Newton describiera el flujo viscoso. El fluido
newtoniano no posee propiedades elásticas, es incompresible,
isotrópico y carente de estructura y, como el sólido de Hooke, no
existe en la realidad. Sin embargo, muchos líquidos reales
muestran un comportamiento newtoniano en un amplio rango de
esfuerzos cortantes. Estos líquidos son a los que los reólogos se
refieren como "líquidos newtonianos" (Muller, 1973).
El comportamiento reológico de los fluidos ideales o newtonianos
puede describirse mediante la ley de Newton de la viscosidad, que
viene expresada por la ecuación:
τ = η. γ ó μ = σ / γ que indica que cuando un fluido es sometido a un esfuerzo
cortante, τ ó σ, existe una proporcionalidad directa entre al
velocidad de deformación o gradiente de velocidad, γ, que sufre el
fluido y dicho esfuerzo cortante. Esta constante de
proporcionalidad, η ó μ, es el llamado coeficiente de viscosidad,
viscosidad dinámica o simplemente viscosidad (Charm, 1960). Los
fluidos newtonianos por definición presentan una línea recta cuando
se relaciona los esfuerzos cortantes y el gradiente de velocidad,
con intercepto cero y pendiente igual a la viscosidad absoluta.
En este tipo de fluidos la viscosidad sólo depende de la
temperatura y composición, siendo independiente del tiempo, de la
velocidad de deformación y de la historia previa del fluido (Rao,
1977b).
Un número limitado de alimentos muestran características de flujo
ideal, entre los que se encuentran algunos tan importantes
fisiológicamente como el agua, nutritivamente como la leche y
económicamente como las bebidas refrescantes.
Son muchos los autores que, como resultado de sus
investigaciones, atribuyen un comportamiento casi newtoniano a
gran número de alimentos fluidos. Como ejemplo de los más
nombrados se pueden citar el agua y las disoluciones diluidas
de azúcares (Perry & Chilton, 1982); las bebidas carbónicas, las bebidas alcohólicas (si no contienen moléculas de cadena larga),
los extractos de carne; el jarabe de maíz (Rao, 1975) y ciertas mieles (Rao, 1977 a); algunos aceites ligeros de cocina y la leche cruda y homogeneizada (Steffe et al., 1986), el huevo y
algunos de sus derivados (Scalzo et al., 1970). En la bibliografía,
son también muy numerosas las citas que consideran el
comportamiento newtoniano de los zumos clarificados y despectinizados de diversas frutas en un rango amplio de
temperaturas y concentraciones de sólidos solubles (Saravacos,
1970; Rao et al., 1984; Schwartz y Costell, 1989; Ibarz et al., 1992;
Khalil et al., 1989).
- Fluidos no newtonianos .-
Son aquellos fluidos que no cumplen la ley de Newton de la
viscosidad, por lo tanto, la relación entre el esfuerzo cortante y la
velocidad de deformación deja de ser lineal. Estos fluidos se
caracterizan porque su viscosidad no permanece constante cuando
la temperatura y la composición permanecen invariables, sino que
depende del esfuerzo cortante o gradiente de velocidad y, a veces,
del tiempo de aplicación del esfuerzo y de la historia previa del
producto o muestra. Ello es debido a que la constitución física varía
al someter el producto a los efectos de rozamiento a lo largo del
tiempo. Dado que en este tipo de fluidos la viscosidad no
permanece constante, se define la viscosidad aparente, ηa,
(Jiménez et al., 1987) como la relación entre el esfuerzo cortante y
la velocidad de deformación correspondiente:
ηa = σ (Relación no constante)
γ Viscosidad Aparente
- Fluidos independientes del tiempo.- Los fluidos independientes del tiempo se han clasificado en tres
categorías o grupos: plásticos, seudoplásticos y dilatantes, y se
caracterizan por que la viscosidad aparente sólo depende de la
temperatura, de la composición del fluido y del esfuerzo cortante o
gradiente de velocidad aplicado, pero nunca del tiempo de
aplicación de éste último.
- Fluidos plásticos.- Los fluidos plásticos son aquellos que no fluyen hasta que son
sometidos a un esfuerzo cortante límite determinado, llamado esfuerzo de deformación plástica, umbral de fluencia o límite
de fluencia, σ0. En el caso de los fluidos plásticos de Bingham,
una vez que se supera el valor del umbral de fluencia, la velocidad
de deformación es proporcional al esfuerzo, como en el caso de los
fluidos newtonianos (van Wazer et al., 1963). Estos fluidos exhiben
propiedades de líquido a esfuerzos superiores al umbral de fluencia
por lo tanto pueden ser clasificados tanto como líquidos como
sólidos.
El producto plástico ideal es el descrito por el modelo de Bingham:
σ = σ0 + η γn
donde : σ0 es el umbral de fluencia y η es la viscosidad plástica.
Según Rha (1978), el umbral de fluencia puede ser consecuencia
de un entrelazado de moléculas o partículas debido a su gran
tamaño, ramificaciones o forma irregular. También puede ser
debida a la formación de redes provocadas por las interacciones
entre moléculas o entre los alimentos típicamente plásticos se
encuentran el puré de patata y la nata batida, el chocolate fundido y
algunas grasas como margarinas y mantequillas (Muller, 1973),
salsa de tomate, mayonesa, clara de huevo batida,salsa de
mostaza y pure de patatas.
El modelo de Bingham ha sido también utilizado por algunos
autores para describir el comportamiento reológico de pastas de
fécula de mandioca (Odigboh & Mohsenin, 1975b), suero de puré
de albaricoque a gradientes de deformación bajos (Costell et al.,
1982), de geles de pectina (Fiszman et al., 1984) y de algunos
zumos naturales de manzana (Ibarz & Casero, 1987).
- Los fluidos seudoplásticos.- Se caracterizan porque su viscosidad aparente decrece cuando
aumenta el gradiente de velocidad de deformación. Este
comportamiento indica una ruptura o reorganización continua de la
estructura, dando como resultado una menor resistencia al flujo, y
es debido a la presencia de sustancias de alto peso molecular así
como a la dispersión de sólidos en la fase sólida.
De los modelos utilizados para describir el comportamiento
reológico de los fluidos seudoplásticos, el más conocido y
simple de aplicar es el de Ostwald-De Waale, también conocido
como ley de la potencia (Sherman, 1970):
σ = K γn
donde:
K; es el índice de consistencia de flujo y n; es el índice de
comportamiento al flujo menor que 1 (0 < n < 1 ). K da una idea de
la consistencia del producto y n de la desviación del
comportamiento al flujo respecto al newtoniano (Carbonell et
al., 1990).
Al dividir la ecuación anterior (ley de potencia) entre la relación del
gradiente de velocidad de deformación (γ ), se obtiene la ecuación
que gobierna la viscosidad aparente en fluidos pseudoplásticos:
ηa = κ γ( n – 1 )
Esta ecuación es una de las más utilizadas para describir el flujo de
los derivados de fruta que se comportan como seudoplásticos.
El comportamiento seudoplástico es, quizá, el más frecuente en los
fluidos alimentarios. En general, se comportan de esta forma
muchos derivados de frutas y vegetales como algunos zumos y
purés de frutas (Saravacos, 1970), derivados del tomate
(Tanglertpaibul y Rao, 1987), confituras de fruta (Costell et al.,
1986); productos lácteos como la nata (Prentice, 1984) o la leche
azucarada condensada (Higgs & Norrington, 1971); algunas sopas
y salsas (Wood, 1968); la clara de huevo (Tung et al., 1970); la
yema del huevo (Ibarz & Sintes, 1989; Ibarz, 1993); el ketchup y la
mostaza francesa (Higgs & Norrington, 1971) y pure de papas.
- Fluidos dilatantes.- La principal característica de este tipo de fluidos es que al aumentar
la velocidad de deformación aumenta la viscosidad aparente.
La dilatancía puede explicarse entendiendo que cuando las
velocidades de deformación son bajas las partículas sólidas de
formas y tamaños variados, están ceñidas y estrechamente
empaquetadas y la fracción líquida está llenando los huecos y
lubricando el movimiento, por lo que la viscosidad aparente es baja.
Con el aumento de la velocidad de deformación, las partículas
largas y flexibles pueden estirarse rompiéndose el
empaquetamiento de los sólidos y la fracción de huecos entre las
partículas aumenta, no habiendo suficiente líquido para lubricar el
roce de unas partículas contra otras, aumentando por ello la
viscosidad aparente.
La dilatancia es evidencia de una formación o reorganización de la
estructura de la muestra, dando como resultado un aumento en la
resistencia al aplicar una fuerza (Rha,1978).
Los modelos reológicos que se utilizan para describir este
comportamiento son los mismos que los aplicados para describir el
comportamiento pseudoplástico, que se ha expuesto en el apartado
anterior. Pero con n mayor que 1
(1 < n < ∞ ).
Existen pocos alimentos que presenten esta característica, entre
ellos tenemos aquellos que forman suspensiones concentradas o
pastas acuosas. Algunos ejemplos son ciertos tipos de mieles de
eucalipto (Pryce-Jones, 1953), soluciones al 40% de almidon crudo.
- Fluidos no newtonianos dependientes del tiempo.-
Son aquellos fluidos en los que la viscosidad aparente depende,
además de la velocidad de deformación, del tiempo de actuación de
dicha velocidad.
Los alimentos no newtonianos con propiedades dependientes del
tiempo se subdividen en fluidos tixotrópicos y reopécticos. Para los
primeros, a una velocidad de deformación fija, la viscosidad
disminuye con el tiempo de cizallado; para los últimos, la viscosidad
aumenta con el tiempo (Rao, 1977 b; Barbosa-Cánovas, et al.,
1993).
- Fluidos tixotrópicos.- Se consideran fluidos tixotrópicos a todos aquellos que al aplicarles
una velocidad de deformación constante, muestran una disminución
del esfuerzo cortante y de la viscosidad aparente con el tiempo.
Esto es debido al cambio continuo de la estructura del material, que
puede ser en cualquier caso reversible o irreversible. La tixotropía
indica una continua ruptura o reorganización de la estructura dando
como resultado una disminución de la resistencia al flujo (Rha,
1978).
Todas las definiciones de tixotropía incluyen el concepto de
recuperación estructural.
Sin embargo, muchos alimentos tienen un comportamiento al flujo
dependiente del tiempo pero su periodo de recuperación es muy
largo o su estructura sólo es parcialmente recuperable. Por ello es
más adecuado utilizar los términos "dependencia del tiempo en el
flujo" o "destrucción estructural" para definir este tipo de
comportamiento (Gallegos et al,. 1988).
Se han utilizado distintos modelos matemáticos para cuantificar la
dependencia del tiempo de los alimentos. A continuación se
describen los más importantes.
- Modelo de WELTMANN (1943) La expresión matemática propuesta por Weltmann :
σ = σ0 - B ln t
Relaciona la viscosidad plástica con el tiempo de aplicación de un
determinado gradiente de velocidad a través del coeficiente
temporal de ruptura tixotrópica (B), el cual representa, en cierta
manera, la cantidad de estructura que se degrada durante el
cizallamiento. El parámetro σ0 indica la tensión tangencial
necesaria para que comience a degradarse la estructura que
origina la tixotropía.
- Modelo de TIU y BOGER (1974)
Este modelo permite caracterizar de forma completa el
comportamiento reológico de materiales cuyo comportamiento se
podría definir como plástico, pseudoplástico y dependiente del
tiempo (Carbonell et al,. 1990):
σ = k (σ0 + K γn)
este modelo asume que el parámetro estructural k varía con el
tiempo según una ecuación cinética de segundo orden, válida para
k > ke:
dk
------ = Kt (k - ke)2
dt
En la que la constante Kt es una constante de velocidad que es
función de la velocidad de deformación y debe ser determinada
experimentalmente.
.
El comportamiento tixotrópico ha sido encontrado en varios
alimentos. Además de la clara de huevo, el zumo de tomate, los
aderezos de ensalada y el puré de albaricoque, también se ha
observado este comportamiento en leche condensada, mayonesa
(Xu et al., 1984; Ford & Steffe, 1986; Gallegos et al., 1988), algunos
quesos blandos (Massaguer-Roig et al., 1984) y miel. Entre otras
muchas investigaciones realizadas en alimentos cabe, también,
destacar las que llevaron a cabo Kokini y Dickie (1981), quienes
observaron dependencia con el tiempo cuando estudiaron el
comportamiento reológico de muestras de mayonesa, mantequilla,
margarina, puré de manzana, ketchup y mostaza.
- Fluidos reopépticos
Los fluidos reopécticos tienen un comportamiento al flujo contrario a
los tixotrópicos, es decir, la viscosidad aparente aumenta con el
tiempo en que la muestra es sometida a un determinado gradiente
de velocidad, lo que les confiere una cierta semejanza con los
fluidos dilatantes en el sentido de que la única diferencia es si el
tiempo para la destrucción o formación de estructura es detectable
o no.
El modelo reológico aplicable a estos fluidos es el de la ley de la
potencia, siendo el valor del índice de comportamiento al flujo
mayor que la unidad. Al igual que con los otros tipos de fluidos,
para este tipo de alimentos se pueden aplicar otros modelos
distintos con mayor o menor éxito.
Finalmente indicar que, aunque se ha observado un
comportamiento reopéptico en algunos alimentos como ciertas
mieles de eucalipto, este tipo de fluidos son muy poco frecuentes
en el campo de la alimentación.
- Fluidos no newtonianos viscoelásticos
Las características de los productos viscoelásticos varían desde las
de los líquidos viscosos con propiedades elásticas (modelo de
Maxwell) a las de los sólidos con propiedades viscosas (modelo de
Kelvin-Voigt). En condiciones normales, no es apreciable la
elasticidad debida al estiramiento de los enlaces interatómicos y se
puede afirmar que la elasticidad de los alimentos viscoelásticos es
debida a la deformación elástica de las macromoléculas. En los
alimentos viscoelásticos es frecuente que sólo se dé una
recuperación parcial, porque la red tridimensional elástica se
desintegra bajo el efecto de la tensión (Muller, 1973).
Una forma de caracterizar estos fluidos es estudiando la evolución
del esfuerzo cortante con el tiempo a una velocidad de deformación
fija pudiéndose realizar un análisis comparativo de las diferentes
muestras a partir de las curvas obtenidas (Barbosa-Cánovas et al.,
1993).
Existen diversos modelos matemáticos que permiten explicar el
comportamiento de los fluidos viscoelásticos. El más simple de
todos ellos puede obtenerse combinando un sólido de Hooke con
un fluido de Newton, lo que lleva al conocido modelo de Maxwell :
σ + λ σ = η γ
donde: λ es el tiempo de relajación definido como la relación entre
la viscosidad newtoniana (η) y el módulo de elasticidad (G).
Este modelo resulta ser excesivamente simple, por lo que tiene el
defecto de ser demasiado restringido ya que solamente puede ser
aplicado cuando el comportamiento viscoelástico es lineal y, por lo
tanto, no es adecuado cuando lo que se pretende representar es un
comportamiento no lineal como el observado en los materiales
reales. Es por esto, que son necesarias expresiones más
complicadas que modelicen de forma más apropiada los
comportamientos viscoelásticos no lineales (Kokini, 1992). El
modelo de Bird-Carreau es uno de ellos, y está basado en la teoría
constitutiva de Carreau que incorpora la historia completa de
deformación del material.
Existen varios alimentos que presentan propiedades viscoelásticas.
Se trata, en general, de productos con características de geles o
semisólidos como los geles de almidóngelatina y los de leche, los
helados, las manzanas, los fideos cocidos, el queso, la masa de
harina de trigo, las espumas de proteína y los granos de maíz y
trigo (Muller, 1973). También presentan propiedades viscoelásticas
la crema de leche y la mantequilla batida (Rao, 1986).
1.1.18. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO REOLOGICO Y REOMETRIA.
• Factores que influyen en el comportamiento reológico Existen muchos factores que influyen en el comportamiento
reológico de los alimentos como son la presión, la estructura del
alimento, el gradiente de velocidad o velocidad de deformación y el
tiempo de tratamiento de la muestra. Pero son, quizás, la
temperatura de tratamiento y la concentración del alimento los más
importantes y los que más se han estudiado.
• Efecto de la temperatura Hasta el momento en que son consumidos, los alimentos están
sometidos continuamente a cambios de temperatura. Empezando
por el proceso de elaboración y pasando por los periodos de
transporte y almacenamiento las condiciones de temperatura a que
son sometidos los alimentos pueden variar notablemente. Por este
motivo es muy importante conocer sus propiedades reológicas en
función de la temperatura.
Son muchos los autores que en sus investigaciones correlacionan
el efecto que la temperatura ejerce sobre la viscosidad mediante
una ecuación de tipo Arrhenius (Vitali & Rao, 1982; Cryall et al.,
1982; Rao et al., 1984; Manohar et al., 1991; Ibarz et al., 1992).
Para los fluidos newtonianos, la expresión que correlaciona la
viscosidad con la temperatura es:
η = κ0 exp (Ea / RT)
donde κ0 es el factor de frecuencia, Ea es la energía de activación
de flujo, R es la constante universal de los gases perfectos y T es la
temperatura absoluta.
En el caso de los fluidos no newtonianos en lugar de la viscosidad
se correlaciona la viscosidad aparente a una velocidad de
deformación fijada (Vitali, et al., 1974; Rao et al., 1984; Moresi &
Spinosi, 1984):
ηa = η∞ exp (Ea /RT)
siendo ηa la viscosidad aparente y η∞ una constante denominada
viscosidad de deformación infinita.
En el caso de fluidos que obedecen el modelo de la ley de la
potencia y de Herschel- Bulkley, el efecto de la temperatura puede
correlacionarse mediante un modelo combinado de la ecuación de
Arrhenius para el índice de consistencia (Harper & El-Sahrigi, 1965;
Vitali y Rao, 1984):
σ = κ exp (Ea / RT) γn
Donde : n es un valor promedio de los índice de comportamiento de todas las temperaturas
estudiadas.
ηa = kT EXP (Ea / RT) . γ ( n – 1 )
Esta ecuación ha sido utilizada en concentrados de tomate (Harper
& El-Sahrigi, 1965; Rao et al., 1981), cremogenado de pera (Harper
& Lebermann, 1962), puré de guayaba (Vitali & Rao, 1982) y
concentrados de frambuesa (Ibarz & Pagán, 1987).
En líneas generales puede decirse que la viscosidad disminuye al
aumentar la temperatura, y lo mismo ocurre con el índice de
consistencia y el umbral de fluencia. Ibarz et al., (1995), al estudiar
el comportamiento reológico de zumos concentrados de kiwi (55,7 y
63 ºBrix), establecen una relación de tipo lineal entre el índice de
consistencia y la temperatura, que se concreta en la siguiente
expresión:
σ0 = a - bT
Donde σ0 es el umbral de fluencia, a y b son constantes y T es la
temperatura en Kelvin. La variación de la temperatura no suele
afectar al índice de comportamiento al flujo (Sáenz & Costell, 1986)
aunque algunos autores afirman que aumenta con la temperatura
(Ibarz & Pagán, 1987).
• Efecto de la concentración Se han descrito dos tipos de correlaciones o modelos matemáticos
para considerar el efecto de la concentración en la viscosidad
(Harper & El-Sahrigi, 1965; Saravacos, 1970; Rao et al., 1984), una
según un modelo potencial:
η = K1 C A1
y otra según un modelo exponencial:
η = K2 EXP (A2C)
En estas ecuaciones K1, K2, A1 y A2 son constantes y C es el
contenido en sólidos solubles del fluido expresado en ºBrix. Estas
ecuaciones también son válidas para estudiar el efecto de la
concentración en el índice de consistencia.
El modelo potencial da resultados satisfactorios en purés de frutas
y hortalizas altamente viscosos (Rao et al., 1981; Vitali & Rao,
1982). Sin embargo, los mismos autores encontraron que para
zumos de fruta concentrados el modelo exponencial proporcionaba
mejores ajustes. Esto último ha sido confirmado por otros autores
que han estudiado la reología de zumos clarificados de diversas
En el presente diagrama N° 1 se observa descriptivamente la variación
del pH hasta la mitad del proceso de fermentación, se observa que el
valor del pH alcanzado para las fermentaciones con inculo del 1%, para
todas las temperaturas de fermentaciones son relativamente similares.
Estadística Descriptiva para la Fermentación
Estadística Descriptiva Para Las Nueve Fermentaciones:
Fermentaciones N Minimum Maximum Media y Mediana Std. Deviation
pH(1% / 43°C) 12 4.84 6.30 5.64 y 5.79 .5910
pH(1% / 41°C) 13 4.79 6.32 5.63 y 5.79 .5948
pH(1% / 39°C) 11 4.77 6.29 5.63 y 5.76 .6276
pH(2% / 39°C) 10 4.76 6.29 5.57 y 5.61 .6123
pH(2% / 41°C) 11 4.77 6.28 5.55 y 5.53 .5902
pH(3% / 43°C) 11 4.80 6.16 5.49 y 5.47 .5562
pH(3% / 41°C) 12 4.79 6.21 5.47 y 5.39 .5660
pH(3% / 39°C) 10 4.72 6.22 5.47 y 5.38 .6021
pH(2% /43°C) 11 4.69 6.25 5.46 y 5.36 .6037
Valid N (listwise) 10
3.2. Determinando los Modelos Matemáticos Empíricos Para determinar la relación empírica matemática de la fermentación
para las nueve fermentaciones consideradas en la presente tesis,
se halló el modelo mediante el análisis de correlación y regresión
para relaciones estocásticas y de efectos fijos. Los modelos
encontrados fueron los siguientes:
Temperatura De
Fermentación(°C)
Inoculo (%)
Modelo matemático empírico
μpH = ƒ(t) (1)
39 1 μpH = 0.08440 t3 – 0.627246 t2 + 0.822223 t + 6.0278
39 2 μpH = 0.09282 t3 – 0.611480 t2 + 0.602004 t +6.1192
39 3 μpH = 0.07097 t3 – 0.426645 t2 + 0.167842 t + 6.2715
41 1 μpH = 0.07402 t3 – 0.545991 t2 + 0.652964 t + 6.1098
41 2 μpH = 0.10021 t3 – 0.643020 t2 + 0.614896 t + 6.1063
41 3 μpH = 0.10211 t3 – 0.643382 t2 + 0.603262 t + 6.0544
43 1 μpH = 0.06709 t3 – 0.509958 t2 + 0.637058 t + 6.0886
43 2 μpH = 0.06591 t3 – 0.396309 t2 + 0.107452 t + 6.2861
43 3 μpH = 0.07735 t3 – 0.501363 t2 + 0.411257 t + 6.0833
Todos los modelos fueron contrastados mediante el análisis de la
varianza de la regresión polinomial en conjunto donde se plantea la
hipótesis de que todos los coeficiente de regresión son igual a cero
o no, o lo que es lo mismo si el coeficiente de correlación es igual a
cero o no, de donde se desprende a partir de la prueba” F” si la
relación es significativa o no; También se realizó el contraste
individual “t” de los coeficientes de regresión.
Resultando para todos los modelos de efectos fijos significativa, es
decir que existe un ajuste significativo de la relación.
3.3. Determinando la Cinética de Acidificación Para determinar la relación de la velocidad acidificación se
determino la primera derivada de la función de la fermentación (1),
para las nueve fermentaciones:
Temperatura De
Fermentación(°C)
Inoculo (%)
Modelo cinética de acidificación
ΔμpH/h = ƒl(t) = νpH (2)
39 1 ΔμpH/h = 0.25332 t2 – 1.25449 t + 0.822223
39 2 ΔμpH/h = 0.27847 t2 – 1.22296 t + 0.602004
39 3 ΔμpH/h = 0.21290 t2 – 0.85329 t + 0.167842
41 1 ΔμpH/h = 0.22206 t2 – 1.09198 t + 0.652964
41 2 ΔμpH/h = 0.30006 t2 – 1.28604 t + 0.614896
41 3 ΔμpH/h = 0.30633 t2 –1.28676 t + 0.603262
43 1 ΔμpH/h = 0.20126 t2 – 1.01992 t + 0.637058
43 2 ΔμpH/h = 0.19774 t2 – 0.79262 t + 0.107452
43 3 ΔμpH/h = 0.23205 t2 – 1.00273 t + 0.411257
3.4. Determinación de la Razón de Cambio Instantánea del Modelo
Cinético de Acidificación
Para Determinar la razón de cambio instantánea de la velocidad o
“aceleración” de la fermentación es preciso hallar la segunda
derivada de la función de la fermentación (Modelo matemático
empírico) (1), para las nueve fermentaciones consideradas en la
presente tesis.
Temperatura De
Fermentación(°C)
Inoculo (%)
Modelo razón de cambio instantánea de la cinética de acidificación
νpH/h = ƒll(t) (3)
39 1 νpH/h = 0.506646 t – 1.25449
39 2 νpH/h = 0.556944 t – 1.22296
39 3 νpH/h = 0.425802 t – 0.85329
41 1 νpH/h = 0.444132 t – 1.09198
41 2 νpH/h = 0.601266 t – 1.28604
41 3 νpH/h = 0.612654 t –1.28676
43 1 νpH/h = 0.402528 t – 1.01992
43 2 νpH/h = 0.395478 t – 0.79262
43 3 νpH/h = 0.464106 t – 1.00273
3.5. Análisis de la Varianza de los Modelos de la Cinética de Acidificación
Mediante el análisis de la varianza de los valores promedios de la
velocidad de acidificación ocurridos en las cuatro primeras horas de
la fermentación, determinaremos las diferencias significativas del
valor promedio en cuestión, considerando para este análisis
estadístico dos factores (concentración del inoculo y temperatura de
fermentación) y de efectos fijos.
ANÁLISIS DE LA VARIANZA PARA VALORES PROMEDIOS DE LA CINÉTICA DE ACIDIFICACIÓN(μpH / h)
FUENTES DF SS MS F P
Inoculo(%) 2 0.006109 0.003055 9.74 0.029 Temp.Ferment.(°C) 2 0.001156 0.000578 1.84 0.271 Error 4 0.001255 0.000314 Total 8 0.008520 Del presente análisis se establece diferencias significativas en la variable observada de la
velocidad promedio, con alta influencia del factor de concentración de inoculo. Existiendo
poca probabilidad estadística de la influencia del factor correspondiente a la temperatura de
fermentación.
ANÁLISIS DE LA VARIANZA DE LA VELOCIDAD PARA LA PRIMERA HORA DE LA FERMENTACION
FUENTES DF SS MS F P
Inoculo(%) 2 0.08753 0.04377 9.01 0.033 Temp.Ferment.(°C) 2 0.00067 0.00033 0.07 0.935 Error 4 0.01942 0.00486 Total 8 0.10762 Del análisis estadístico realizado a la velocidad de fermentación transcurrido UNA hora de la
fermentación, podemos afirmar a un nivel de significación del 5% que existen diferencias
significativas con respecto a la concentración por ser el factor considerado que influye o
genera variabilidad en los resultados de la cinética de acidificación.
ANÁLISIS DE VARIANZA PARA VELOCIDAD TRANSCURRIDA DOS HORAS DE LA FERMENTACIÓN FUENTES DF SS MS F P IInoculo(%) 2 0.011905 0.005952 11.59 0.022 Temp.Ferment.(°C) 2 0.006689 0.003344 6.51 0.055 Error 4 0.002055 0.000514 Total 8 0.020648 Del análisis estadístico realizado a la velocidad de fermentación transcurrido a las DOS
horas de la fermentación, podemos afirmar a un nivel de significación del 5% que existén
diferencias significativas con respecto a la concentración por ser el factor considerado que
influye o genera variabilidad en los resultados de la cinética de acidificación.
ANALISIS DE VARIANZA PARA LA VELOCIDAD TRANSCURRIDA TRES HORAS DE LA FERMENTACION FUENTES DF SS MS F P Inoculo(%) 2 0.030467 0.015234 18.79 0.009 Temp.Ferment.(°C) 2 0.001309 0.000654 0.81 0.508 Error 4 0.003243 0.000811 Total 8 0.035018 Del análisis estadístico realizado a la velocidad de fermentación transcurrido TRES horas de
la fermentación, podemos afirmar a un nivel de significación del 5% que existen diferencias
significativas con respecto a la concentración por ser el factor considerado que influye o
genera variabilidad en los resultados de la cinética de acidificación.
3.6. Determinación de los Predictores Cinéticos A partir de los modelos matemáticos empíricos determinados para
las nueve fermentaciones consideradas, se hallaron los siguientes
predictores:
INOCULO (%)
T.F.(°C) tFL
(min)
tFE
(min) tFL - FE
(min) tνmax.
(min)
νmax
(μpH/min)
1 39 46.65 250.48 203.83 148.56 -0.012181
2 39 33.90 229.61 195.71 131.75 -0.012345
3 39 12.45 228.03 215.58 120.24 -0.011452
1 41 41.77 253.24 211.47 147.52 -0.011491
2 41 32.91 223.76 190.85 128.33 -0.012674
3 41 32.26 219.78 187.52 126.02 -0.012467
1 43 43.78 260.27 216.49 152.02 -0.010917
2 43 8.43 232.07 223.64 120.25 -0.011447
3 43 27.53 231.73 204.2 129.63 -0.011199
Donde:
• T.F.: Temperatura de fermentación.
• t FL: Tiempo de duración de la fase de latencia pHinicial
constante.
• t FE: Tiempo hasta la fase estacionaria, donde el pH obtiene su
mínimo valor.
• t FL – FE: Tiempo transcurrido entre la fase de latencia hasta la
fase estacionaria.
• tνmax: Tiempo necesario para llegar a la velocidad máxima.
• νmax : Máxima velocidad alcanzada durante la fermentación.
ANALISIS DE LA VARIANZA CON DOS FACTORES (TEMPERATURA E INOCULO) Analisis de la Varianza para la Velocidad Máxima Fuentes DF SS MS F P Inoculo (%) 2 1091.9 545.9 17.43 0.011 Temp.Ferment.(°C) 2 0.4 0.2 0.01 0.994
Error 4 125.3 31.3
Total 8 1217.6
El presente análisis estadístico establece al nivel de significación
del 5% que existe diferencias significativas entre los valores de la
velocidad máxima probablemente por el efecto del factor inóculo
por presentar mayor variabilidad.
Gráfica 7 En la presente grafica de barras se presentan los tiempos
transcurridos en la fermentación hasta la fase estacionaria o
máxima declinación del pH, agrupados en función de la temperatura
y sub-grupos de inóculo.
GRAFICA N° 7: TIEMPO DE FERMENTACION HASTA LA FASE ESTACIONARIA
TIEMPO HASTA LA FASE ESTACIONARIA PARA CADA TEMPERATURA POR INOCULO
TEMPERATURA DE FERMENTACION(°C)
434139
TIE
MP
O H
AS
TA F
AS
E E
STA
CIO
NA
RIA
(min
)
270
260
250
240
230
220
210
LEYENDA(%Inoculo)
INOCULO(1%)
INOCULO(2%)
INOCULO(3%)
232
220
228
232
224
230
260
253250
En la gráfica 7 se observa descriptivamente que el tiempo
transcurrido de la fermentación hasta la fase estacionaria alcanza
mayores valores para la temperatura de fermentación a 43°C.
Gráfica 8
En la presente grafica de barras se presentan los tiempos
transcurridos en la fermentación hasta la fase estacionaria o
máxima declinación del pH, agrupados en función de la
concentración del inoculo y sub-grupos de temperatura de
fermentación.
GRAFICA N° 8: TIEMPO DE FERMENTACION HASTA LA FASE ESTACIONARIA
TIEMPO DE FERMENTACION EN FUNCION DEL INOCULO
BARRAS POR GRUPOS DE INOCULO Y SUBGRUPOS DE TEMPERATURA
CONCENTRACION DE INOCULO(%)
3%2%1%
TIE
MP
O H
AS
TA F
AS
E E
STA
CIO
NA
RIA
(min
)
270
260
250
240
230
220
210
TEMPERATURAS:
FERMENTACION(39°C)
FERMENTACION(41°C)
FERMENTACION(43°C)
232232
260
220
224
253
228230
250
En la gráfica 8 se puede observar descriptivamente que el grupo
correspondiente a la concentración de 1% de inoculo se producen
los tiempos más extensos de la fermentación, hasta llegar a la fase
estacionaria, para las tres temperaturas de fermentación
considerada.
3.7. Análisis de la Variancia del Tiempo de Fermentación hasta la Fase Estacionaria Mediante el análisis de la variancia y la prueba “F” determinaremos
las diferencias significativas de los tratamientos para un nivel de
significación del 5%.
Análisis De La Varianza Para Tiempo De Fermentación Hasta Fase Estacionaria:
FUENTES DF SS MS F P
INOCULO(%) 2 1481.86 740.93 80.21 0.001
FERMENTACIÓN(°C) 2 125.30 62.65 6.78 0.052
Error 4 36.95 9.24
A partir del siguiente análisis estadístico del predictor el tiempo
transcurrido en la fermentación hasta la fase estacionaria, para las
nueve fermentaciones consideradas en la presente investigación
de tesis, determinamos que existen diferencias significativas tanto
para la temperatura de fermentación como para la concentración
del inoculo con respecto al predictor en mención.
ANÁLISIS DE LA VARIANZA PARA LOS TIEMPOS DE FASE LATENCIA T FL: ANALISIS DE LA VARIANZA PARA LA FASE DE LATENCIA (t FL) FUENTES DF SS MS F P
inoculo(%) 2 761 380 2.93 0.164 Fermentación(%) 2 123 62 0.48 0.653 Error 4 519 130 Total 8 1403 No existe evidencia estadística a un nivel de significación de 5%
para establecer diferencias significativas entre los tiempos de
latencia para los factores considerados.
3.8. Resultados de la Viscosidad del Yogurt Elaborado con los Factores Considerados
Para medir la viscosidad de los yogures producidos en las nueve
fermentaciones, se determino la misma con el uso de un
viscosímetro rotacional Brookfield RVT, en triplicado a una
temperatura de 10°C, con una velocidad de deformación de 20rpm.
Gráfica 9
A continuación se presentan en forma de gráfica de barras las
Viscosidades Newtonianas Equivalentes (VNE), para las nueve
fermentaciones consideradas, agrupadas por temperatura de
fermentación y subgrupos de concentración de inóculo.
VISCOSIDAD EQUIVALENTE NEWTONIANA(VNE) POR TEMPERATURA DE FERMENTACION
VNE POR GRUPOS DE TEMPERATURA Y SUBGRUPOS DE CULTIVO
COMPARACION DE LA CONSISTENCIA
TEMPERATURAS DE FERMENTACION(°C)
43°C41°C39°C
VIS
CO
SID
AD
NE
WTO
NIA
NA
EQ
UIV
ALE
NTE
(cp)
1200
1000
800
600
400
200
INOCULO(%)
INOCULO(%)
INOCUÑO(2%)
INOCULO(3%)
476
626
1097
588632
1110
585
896
1128
De la gráfica 9 se observa descriptivamente la tendencia de
disminución de la VNE en función de la temperatura.
Gráfica 10
A continuación se presentan en forma de grafica de barras las Viscosidad
Newtoniana Equivalente (VNE), para las nueve fermentaciones consideradas,
agrupadas por concentración de inóculo para la fermentación y subgrupos de
temperaturas.
De la presente gráfica 10 se observa descriptivamente que para todas las
concentraciones de inoculo a la temperatura de 39°C se produce la mas
alta VNE. A diferencia la temperatura de fermentación de 43°C produce
las más bajas VNE.
VISCOSIDAD NEWTONIANA EQUIVALENTE POR CONCENTRACION DE INOCULO
VISCOSIDAD POR GRUPOS DE INOCULO Y SUBGRUPOS DE TEMPERATURA
COMPARACION DE LA CONSISTENCIA DEL YOGURT
CONCENTRACION DE INOCULO(%)
3%2%1%
VIS
CO
SID
AD
NE
WTO
NIA
NA
EQ
UIV
ALE
NTE
(cp)
1200
1000
800
600
400
200
TEMPERATURA:
FERMENTACION (39°C)
FERMNETACION (41°C)
FERMENTACION (43°C)
476
588585626632
896
109711101128
3.9 Análisis de la Variancia para la VNE
A partir de la análisis de la varianza de los datos de la VNE para los
factores considerados de temperatura de fermentación y
concentración de inoculo para efectos fijos, determinamos la
diferencias significativas por efecto de los factores considerados en
la presente investigación.
ANALISIS DE LA VARIANZA PARA VNE
FUENTES DF SS MS F P
Temperatura(°C) 2 498854 249427 36.48 0.003 Inoculo(%) 2 29541 14770 2.16 0.231 Error 4 27347 6837 Del análisis estadístico de la varianza se puede establecer diferencias
significativas al 5% para la VNE por efecto de la temperatura, pero que los
valores observados se encuentran estadísticamente hablando, con muy poca
probabilidad de estar influenciados por la variación de la concentración del
inóculo.
3.10 . Determinación Del Grado De Sinéresis Para determinar el grado de sinéresis de los nueve tipos de yogures
elaborados con los diferentes parámetros de la fermentación
considerados en la presente tesis se colocó una muestra de cada
yogurt de volumén constante en un embudo filtro y se esperó por un
lapso tiempo de 25 min. La cantidad en cc. de suero producido por
efecto de la gravedad determinabá el grado de sinéresis, las
muestras se encontraban a 10°C y el ensayo se realizó por
triplicado encontrando los siguientes promedios para las nueve
fermentaciones consideradas.
Gráfica 11
En la presente grafica de barras se observa el grado de sinéresis
en función de la temperatura con subgrupos de concentración de
inoculo.
E
n
l
a
g
r
á
f
i
c
a
1
1
Se observa la influencia de la temperatura sobre el grado de
sinéresis, siendo este mayor conforme aumenta la temperatura de
fermentación.
GRADO DE SINERESIS POR TEMPERATURA DE FERMENTACION
EVALUACION DESCRIPTIVA POR TEMPERATURA PARA CADA PORCENTAJE DE INOCULO
TEMPERATURA DE FERMENTACION (°C)
43 C41 C39 C
GR
ADO
DE
SIN
ERES
IS (%
)
6.50
6.00
5.50
5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
.50
0.00
Sineresis a 1%
Sineresis a 2%
Sineresis a 3%
6.35
2.50
1.70
6.30
2.45
1.70
3.35
1.701.65
Gráfica 12
En la presente gráfica de barras se observa el grado de sinéresis en
función de la concentración del inoculo con subgrupos de temperatura de
fermentación.
La grafica nos permite describir que a la temperatura de 43°C se produce
el más alto grado de sinéresis independientemente de la concentración del
inóculo y que para una concentración del inóculo de 1% a las
temperaturas de 39°C y 41°C son muy similares y muestran el menor
grado de sinéresis.
VARIACION DEL GRADO DE SINERESIS
COMPARACION DESCRIPTIVA POR INOCULO PARA CADA TEMPERATURA FERMENTACION
CONCENTRACION DE INOCULO (%)
3%2%1%
GR
AD
O D
E S
INE
RE
SIS
(%)
6.50
6.00
5.50
5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
.50
0.00
Grado de Sineresis
Sineresis a 39 C
Sineresis a 41 C
Sineresis a 43 C
6.356.30
3.35
2.502.45
1.70 1.701.701.65
3.11. Análisis de la Varianza para el Grado de Sinéresis
Mediante el análisis estadístico de la varianza del grado de
sinéresis, para los dos factores considerados y de efectos fijos,
estableceremos las diferencias significativas para un nivel de
significación del 5% de la variable de respuesta observada.
ANALISIS DE LA VARIANZA DEL GRADO DE SINERESIS(%)
FUENTES DF SS MS F P
Inoculo(%) 2 3.211 1.605 2.08 0.241 Temperatura(°C) 2 23.321 11.660 15.07 0.014 Error 4 3.094 0.774 Total 8 29.626 Del presente análisis podemos establecer que existen diferencias significativas al
nivel de significación del 5% entre el grado de sinéresis como producto del factor
de la temperatura, pero existe muy poca evidencia estadística para establecer que
la variación se deba al factor de la concentración del inoculo, la variabilidad
aportada por el efecto del factor de concentración del inóculo es pequeña
comparada con la variabilidad de origen o error experimental.
Gráfica 13 La presente gráfica se presenta el grado de sinéresis y la viscosidad (VNE) para
las nueve fermentaciones consideradas en la presente investigación de tesis con
dos factores de efectos fijos.
GRADO DE SINERESIS VERSUS VISCOSIDADVARIACION DEL GRADO DE SINERESIS Y LA VISCOSIDAD(VNE) PARA LAS 9 FERMENTACIONES
De la gráfica 13 se puede describir la relación inversa o negativa entre el grado
de sinéresis y la viscosidad (VNE), es decir, cuanto menor es el grado de
sinéresis encontramos más alta la medida de la viscosidad. Con respecto a las
fermentaciones para parámetros menores encontramos menor el grado de
sinéresis y más alta la viscosidad.
De los análisis realizados con los dos factores y de efectos fijos,
encontramos o determinamos que los parametros óptimos de la
fermentación que produzcan un coagulo estable se refieren a las
fermentaciones realizadas a 39°C y todas sus concentraciones de
inóculos, como tambièn para la fermentación realizada a 41°C con
1% de cultivo iniciador.
Pero en el caso de las fermentacines a 39ºC corresponden a
lapsos de tiempos más largos para llegar a la fase de estacionaria.
Por lo tanto para continuar nuestra investigación consideramos que
el parámetro optimo de la fermentación es 41°C con 1% de
inoculo, por razones económicas y tecnológicas debido al costo de
rebajar la temperatura desde la operación pasteurización (85°C-
91°C) hasta la temperatura optima de la operación de fermentación.
3.12. Estabilización e Incremento de la Viscosidad del Yogurt Elaborado con los Parámetros Óptimos de la Fermentación
Para estabilizar y elevar la viscosidad del yogurt aflanado elaborado
con los parámetros óptimos de la fermentación es necesario
adicionarle una mezcla de ingredientes funcionales afines con la
leche que permitan:
Disminuir el grado de sinéresis.
Incrementar la viscosidad.
Formación de un coagulo homogéneo.
Para ello el investigador probará una mezcla de ingredientes
funcionales o estabilizantes elaborados a partir de un mezcla
“secreta”, adicionándole a la leche reconstituida antes de la
pasteurización concentraciones variables de este nuevo
estabilizante (SUPERGELACT), concentraciones en porcentaje
peso volumén (% p/v) de 0,2%; 0,4%; 0,6%; 0,8% y 1,0%.
Para probar la eficacia de las concentraciones del estabilizante
“SUPERGELACT”, se realizarón pruebas de grado de sinéresis por
centrifugación y de consistencia determinando la medida de la
viscosidad con un viscosímetro rotacional Brookfield RVT (fig. 5)
Para determinar el grado de sinéresis para las cinco
concentraciones del nuevo estabilizante para yogurt aflanado
“SUPERGELACT”, se llevarón las muestras a centrifugacion a la
temperatura de 10°C.
3.13. Determinación del Grado de Sinéresis en Función del Estabilizante “Supergelact”
A continuación se presentan en forma grafica los resultados de la
centrifugación del yogurt adicionado de cinco concentraciones en
peso/volumen del estabilizante “SUPERGELACT”, para la
estabilización del coagulo del yogurt aflanado:
Gráfica 14
D
e
l
a
g
r
á
f
i
c
a
N
Se puede observar descriptivamente que el grado de sinéresis
disminuye conforme aumenta la concentración del estabilizante
“SUPERGELACT”, hasta valores de 0% a partir de la concentración
de 0,8% del estabilizante.
GRADO DE SINERESIS CON INGREDIENTE FUNCIONAL
GRADO DE SINERESIS VERSUS CONCENTRCION VARIABLE DE INGREDIENTE FUNCIONAL
METODO CENTRIFUGACION
INGREDIENTE FUNCIONAL(%)
1.00.80.60.40.20.00
GR
AD
O D
E S
INE
RE
SIS
(%) 25
20
15
10
5
02
8
17
24
3.14. Modelo Matemático Empírico para las Variables de Grado de Sinéresis en Función del Porcentaje de Estabilizante Los datos observados de la variable de respuesta de grado de
sinéresis (%p/v) y la variable regresora concentración de
estabilizante se analizarán mediante un análisis de regresión. Tanto
como el ajuste y los coeficientes del modelo se validarán mediante
un análisis de varianza: ANÁLISIS DE CORRELACIÓN Y REGRESIÓN: VARIABLE DEPENDIENTE: SINÉRESIS(%) METODO: CUADRÁTICA COEFICIENTES DE CORRELACIÓN
Multiple R .99641 R Square .99283 Adjusted R Square .98805 Standard Error 1.10150 ANÁLISIS DE LA VARIANZA DEL MODELO: DF Sum of Squares Mean Square Regression 2 504.06835 252.03417 Residuals 3 3.63993 1.21331 F = 207.72422 Signif F = 0 .0006 EL analisis estadistico revela que el modelo es significativo es decir que el valor de
"R" es diferente de cero, a un nivel de significación del 5%.
------------ ANÁLISIS DE CONTRASTE DE LOS COEFICIENTES --------- FUENTES B SE B Beta T Sig T INGRE -53.824643 4.695257 -1.998587 -11.464 .0014 INGRE**2 28.294643 4.506898 1.094530 6.278 .0082 (Constant) 25.179286 .998323 25.222 .0001
El análisis estadístico a un nivel del 5% de significación determina
que los coeficientes de la regresión cuadrática son significativos, es
decir que se relacionan bien con la variable dependiente es decir
que existe regresión o que son diferentes de cero.
Por tanto el modelo para la relación empírica es:
Donde :
• °
G
S
: Grado de sinéresis (%v/v)
• I : Concentración del estabilizante (%p/v)
Gráfica 15
Representación grafica del modelo cuadrático para la regresión de
las variables en cuestión:
E
n
l
a
g
r
á
f
i
c
a
1
Se puede observar la tendencia cuadrática de los datos observados por la
superposición con el modelo predictivo, la relación de las variables es
negativa, es decir mayor cantidad de estabilizante menor grado de
sinéresis.
°GS = 28.294643 I2 --53.824643 I + 25.179286
CURVA DE GRADO DE SINERESIS(%) EN FUNCION DEL ESTABILIZANTE
MODELO DE REGRESION CUADRATICA
INGREDIENTE FUNCIONAL(%)
1.21.0.8.6.4.20.0
GR
AD
O D
E S
INE
RE
SIS
(%) 30
25
20
15
10
5
0
LEYENDA
Curva observada
Modelo Cuadratico
3.15. Determinación de la Consistencia del Yogurt Aflanado en Función del Estabilizante “Supergelact” Para determinar la consistencia del yogurt aflanado elaborado con
cinco concentraciones del estabilizante “SUPERGELACT”, se
determinó la medida de la viscosidad newtoniana equivalente con el
uso de un viscosímetro rotacional Brookfield RVT. Las mediciones
se realizarón a la temperatura de 10°C con spindle (aguja o husillo)
número 4 y para una velocidad de deformación de 30rpm, se
determinarón en triplicado.
Grafica 16
D
e
l
a
g
r
á
f
i
c
a
Se puede observar descriptivamente el incremento de la VNE en
función del incremento de la concentración del estabilizante
“SUPERGELACT”.
CONSISTENCIA DEL YOGURT EN FUNCION DEL ESTABILIZANTE
PORCENTAJE DE ESTABILIZANTE SUPERGELACT(%)
1.0%0.8%0.6%0.4%0.2%
VISC
OSI
DAD
NEW
TON
IAN
A EQ
UIV
ALEN
TE(c
P)
10000
8000
6000
4000
2000
0
8820
6800
3420
746459
3.16 . Modelo Matemático Empírico de la VNE: Se determinará mediante el análisis de correlación y regresión la
relación matemática empírica de las variables de respuesta (VNE) y
la variable regresora (concentración del estabilizante). El modelo
sera validado mediante el análisis de la varianza y la contrastación
de los coeficientes del modelo.
ANÁLISIS DE CORRELACIÓN Y REGRESIÓN: VARIABLE DEPENDIENTE: VNE MODELO: CÚBICO ANÁLISIS DE CORRELACIÓN Multiple R 0.99998 R Square 0.99996 Adjusted R Square 0.99984 Standard Error 46.01630 ANALISIS DE LA VARIANZA PARA EL MODELO: DF Sum of Squares Mean Square Regression 3 54521874.5 18173958.2 Residuals 1 2117.5 2117.5 F = 8582.74294 Signif F = 0 .0079 De el presente analisis estadistico para el modelo de regresion de las
variables correlacionadas se determina la significación de la relación al 5% de
significación, es decir que el coeficiente de regresión es diferente de cero. -------------------- CONTRASTE DE LOS COEFICIENTES DE REGRESIÓN -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T ESTABI -34397.5 1479.501136 -2.946206 -23.249 .0274 ESTABI**2 77706.25 2745.699763 8.140628 28.301 .0225 ESTABI**3 -39031.25 1515.795022 -4.310388 -25.750 .0247 (Constant) 4548.0 226.370272 20.091 .0317 Del presente análisis estadístico de prueba "T" a un nivel de significación del
5% para los coeficientes de regresión estos son significativos, es decir que se
encuentran relacionados con la variable o que ningún valor es igual a cero.
3.16.1. Modelo Matemático Empírico: El modelo matemático empírico de los datos observados como efectos
fijos es el siguiente:
Gráfica 17 La siguiente grafica representa el modelo predictivo o ajuste para el
rango los datos observados:
L
a
g
r
á
f
i
c
a
m
o
d
e
l
a
La realación cúbica de las variables regresoras y de respuesta,
revela una relación positiva entre las variables a mayor
concentración del estabilizante mayor viscosidad (VNE).
CURVA DE LA VISCOSIDAD NEWTONIANA EQUIVALENTE DEL YOGURT AFLANADO
VNE EN FUNCION DE LA CONCENTRACION DEL ESTABILIZANTE
VISCOSIDAD DEL YOGURT AFLANADO CON SUPERGELACT
CONCENTRACION DE ESTABILIZANTE(%)
1.00.80.60.40.20
VIS
CO
SID
AD
NE
WTO
NIA
NA
EQ
UIV
ALE
NTE
(cP
)
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
MODELOS
TENDENCIA OBSERVADA
MODELO CUBICO
Gráfica 18
La siguiente grafica describe el comportamiento del yogurt aflanado
en función del agregado de las cinco diferentes concentraciones del
estabilizante SUPERGELACT, tanto para el grado de sinéresis y la
viscosidad.
COMPARACION DESCRIPTIVA DEL GRADO DE SINERESIS Y LA VISCOSIDADGRADO DE SINERESIS(GS) Y VISCOSIDAD NEWTONIANA EQUIVALENTE(VNE)
GS Y VNE EN FUNCION DEL ESTABILIZANTE
De la presente grafica 18 se observa descriptivamente la
disminución del grado de sinéresis al incrementarse la
concentración del estabilizante, en el caso de la viscosidad, esta
aumenta al aumentar el estabilizante. Y entre el grado de sinéresis
y la viscosidad existe una relación inversa a más viscosidad menor
grado de sinéresis.
“Luego de analizar los datos de viscosidad (VNE) y el grado de
sinéresis obtenidos de elaborar el yogurt aflanado y encontrar una
relación positiva tanto para la consistencia y el grado de sinéresis
en función del incremento de la adición del estabilizante
“SUPERGELACT”, decidimos establecer que la concentración
optima del estabilizante es de 0,8%(p / v).”
3.17. Caracterización Reométrica del Yogurt Aflanado A continuación se caracterizará reometricamante el yogurt aflanado
elaborado con 1% de inoculo, 0,8% de estabilizante
“SUPERGELACT” y fermentado a 41°C.
Antes de realizar él presente análisis es importante realizar una
descripción sensorial visual del comportamiento del yogurt aflanado
elaborado a partir de los parámetros óptimos de la fermentación
con 0,8%(p/v) de estabilizante “SUPERGELACT”.
En la figura se puede observar la consistencia del yogurt:
(A) Se observa una muestra de yogurt suspendida con la parte
convexa de una cucharita plástica aún después de 10 seg.
(B) Se observa una cucharita plástica introducida en el centro del
yogurt sin que esta se recline aún después de 10 seg. a más.
Fig. 8
En la presente figura se muestra la fotografía realizada a dos tipos de
yogures elaborados con los mismos parámetros de la fermentación pero
uno (A) elaborado sin estabilizante y el otro (B) con 0,8% de estabilizante
“SUPERGELACT”, después de transcurridos 10 seg.
Fig. 9
En la presente figura 9 se muestra la misma fotografía realizada en la
figura 8 pero después de 10 segundos más, observándose que la muestra
(A) sigue fluyendo y la muestra (B) no fluye a expensas de su peso.
Fig. 10
En la presente fig.10 se observa tres muestras de yogurt aflanado de la tesis:
(A) Muestra de yogurt suspendido en cucharita invertida.
(B) Muestra de yogurt con cucharadita introducida y suspendida verticalmente.
(C) Muestra de yogurt con copa totalmente invertida.
Fig, 11
En la presente fig. 11 se observa sensorialmente que el yogurt(A) no fluye a
expensas del efecto de la gravedad o por acción de su propio peso, si no que es
necesario superar un esfuerzo mínimo necesario para poder fluir.
3.18. Comportamiento Reológico del Yogurt Aflanado a 12°C 3.18.1. Comportamiento a la Deformación de Flujo:
Para el siguiente análisis reométrico del yogurt aflanado óptimo de
la presente tesis fue sometido a su deformación (velocidades de 10,
20, 30, 50, 60 y 100rpm) en un viscosímetro rotacional Brookfield
RVT con aguja número 4 a la temperatura de 12°C.
El viscosímetro para cada velocidad de deformación (Ni) nos
entrega el valor de tres variables:
El esfuerzo cortante (Pa).
El gradiente de velocidad (1/s). Y
Viscosidad Newtoniana equivalente (cP).
3.18.2. La Ley De Potencia
Los datos de velocidad de deformación y esfuerzo cortante fueron
sometidos al análisis de regresión, para determinar si los datos
observados del yogurt aflanado se ajustan a una regresión
potencial (Ley de Potencia).
VARIABLE DEPENDIENTE: ESFUERZO CORTANTE (Pa) METODO: POTENCIAL COEFICIENTE DE REGRESIÓN R Square .99886 Adjusted R Square .99828 Standard Error .00660 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .07605243 .07605243 Residuals 2 .00008710 .00004355 F = 1746.22546 Signif F = 0,0006 El presente análisis estadístico determina a un nivel de significación del 5% que el
modelo de regresión potencial es significativo, es decir que el coeficiente de correlación
es diferente de cero.
-------------------- COEFICIENTES EN LA ECUACIÓN ------------------------------------ VARIABLES B SE B Beta T Sig T VELOCIDAD(rpm) .164149 .003928 .999428 41.788 .0006 (Constant) 48.590885 .697282 69.686 .0002
Para el contraste de los coeficientes de la regresión mediante la
prueba “t” determino para un nivel de significación del 5% que
influencia a la variable dependiente o que son diferentes de cero.
Por tanto los datos observados se ajustan a la “Ley de Potencia”. El
modelo es el siguiente:
Donde el valor de la pendiente(n) de la regresión potencial coincide
con el índice reológico del fluido, para las curvas de flujo (σ vs γ ), el
cual define para nuestro yogurt un comportamiento pseudo-plástico
(n < 1).
σ = 48.590885 Ni.164149
Gráfica 19 La siguiente grafica representa el comportamiento potencial de las
variables observadas mediante el ajuste por mínimos cuadrados
“Ley de Potencia”:
RELACION ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACION
RELACION POTENCIAL ENTRE LAS VARIABLES
LEY DE POTENCIA PARA EL YOGURT AFLANADO A 12°C
VELOCIDAD DE DEFORMACION (rpm)
100806040200
ES
FUE
RZO
CO
RTA
NTE
(Pa)
110
100
90
80
70
60
LEYENDA
CURVA OBSERVADA
CURVA POTENCIAL
3.18.3. Comportamiento al Flujo: Mediante el ajuste por mínimos cuadrados, se realiza la regresión
potencial de las variables, esfuerzo cortante (σ ) en función del
gradiente de velocidad (γ), para determinar el índice reológico (n) y
el coeficiente de consistencia (Κ). VARIABLE DEPENDIENTE: ESFUERZO CORTANTE (Pa) METODO: POTENCIAL COEFICIENTES DE CORRELACION: Multiple R .99943 R Square .99886 Adjusted R Square .99828 Standard Error .00660 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .07605243 .07605243 Residuals 2 .00008710 .00004355 F = 1746.22546 Signif F = 0.0006 El modelo es significativo al nivel de significación del 5% -------------------- COEFICIENTES EN LA ECUACIÓN ------------------- Variable B SE B Beta T Sig T GRAD.VELOCIDAD(1/s) .164149 .003928 .999428 41.788 .0006 (Constant) 48.815376 .695264 70.211 .0002
Los coeficientes influyen a la variable dependiente significativamente.
Por lo tanto el modelo potencial del comportamiento del flujo
pseudoplástico es:
Donde:
• σ : Esfuerzo cortante (Pa) • γ : Gradiente de velocidad (1/S) • Κ : coeficiente de consistencia (Pa.sn) =48.815376 • n : Índice reológico n = 0.164149.
σ = 48.815376 γ .164149
Gráfica 20
La gráfica representa la curva de flujo del yogurt aflanado a 12°C
para un comportamiento pseudoplástico.
CURVA DE FLUJO PARA EL YOGURT A 12°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FLUIDO PSEUDOPLASTICO DEL YOGURT AFLANADO
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/s)
100806040200
ES
FUE
RZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 110
100
90
80
70
60
LEYENDA
CURVA OBSERVADA
CURVA POTENCIAL
3.18.4. Comportamiento de Viscosidad Aparente del Yogurt Aflanado a
12°C:
Análisis de regresión potencial de la viscosidad aparente (ηa) en
función del gradiente de velocidad. El modelo de la viscosidad
aparente es el siguiente:
ηa = к γ n-1
MODELO: CURVA DE VISCOSIDAD VARIABLE DEPENDIENTE: VISCOSIDAD APARENTE(Pa.s) METODO: POTENCIAL COEFICIENTES DE REGRESIÓN: Multiple R .99998 R Square .99996 Adjusted R Square .99993 Standard Error .00660 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 1.9719523 1.9719523 Residuals 2 .0000870 .0000435 F = 45309.36214 Signif F = 0.0000 El análisis estadístico determina al nivel de significación del 5% que el modelo es significativo,
existe una buena correlación entre las variables. -------------------- COEFICIENTES DE REGRESIÓN --------------------------------------- Variable B SE B Beta T Sig T GRADIENTE VELC(1/S) -.835852 .003927 -.999978 -212.860 .0000 (Constant) 48.815581 .695023 70.236 .0002
El análisis estadístico determina al nivel de significación del 5% que
los coeficientes de la ecuación son significativos, existe una buena
relación entre las variables. El modelo de la viscosidad aparente es
el siguiente:
ηa = 48.815581 γ -.835852
Gráfica 21
La gráfica representa la relación potencial de la viscosidad aparente
en función del gradiente de velocidad para el yogurt aflanado a
12°C.
CURVAS DE VISCOSIDAD DEL YOGURT AFLANADO A 12°C
VISCOSIDAD APARENTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO PSEUDOPLASTICO
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
100806040200
VIS
CO
SID
AD
AP
RE
NTE
(Pa.
s) 8
7
6
5
4
3
2
1
0
LEYENDA
CURVA POTENCIAL
3.18.5. Umbral de Fluencia:
A partir de la la percepción visual del yogurt aflanado elaborado en
la presente tesis (Fig. 7 hasta Fig. 11), es presumible la presencia
de un umbral de fluencia. El cual se determinara empíricamente con
el ajuste lineal por mínimos cuadrados de la relación del esfuerzo
cortante y el gradiente de velocidad.
El umbral de fluencia es el siguiente:
σ0 = 71.548Pa,
Por tanto el modelo se ajusta a un FLUIDO PLÁSTICO (MODELO
HERSCHEL-BULKLEY), para el yogurt aflanado a 12°C es :
Gráfica 22 En la presente gráfica se puede observar el comportamiento de
Fluido Plástico del yogurt aflanado a 12°C, representando una
curva característica para los fluidos plásticos modelo Herschel-
Bulkley
CURVA DE FLUJO DEL YOGURT AFLANADO A 12°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FLUIDO PLASTICO DEL YOGURT
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
120100806040200
ESFU
ERZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 200
180
160
140
120
100
80
60
40
MODELO
HERSCHEL-BULKLEY
3.18.6. Curva de Viscosidad para el Modelo Herschel-Bulkley:
El modelo empírico para la viscosidad aparente en función del
gradiente de velocidad para el yogurt aflanado a 12°C,
comportamiento de fluido plástico es el siguiente:
σ = 71.548 + 48.815 γ0.16415
ηa = 71.548 γ -1 + 48.815 γ -0.836
Gráfica 23
En la presente gráfica se puede observar el comportamiento de
Fluido Plástico del yogurt aflanado a 12°C, representando una
curva característica para los fluidos plásticos, modelo Herschel-
Bulkley :
CURVA DE VISCOSIDAD APARENTE DEL YOGURT AFLANADO A 12°C
VISCOSIDAD APARENTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FLUIDO PLASTICO DEL YOGURT MODELO(HERSCHEL-BULKLEY)
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
120100806040200
VISC
OSI
DAD
APA
REN
TE(P
a.s) 30
25
20
15
10
5
0
MODELO
HERSCHEL-BULKLEY
3.19. Comportamiento Reológico del Yogurt Aflanado A 15°C 3.19.1. Comportamiento A La Deformación De Flujo
Para el siguiente análisis reométrico del yogurt aflanado optimo de
la presente tesis fue sometido a su deformación (velocidades de 10,
20, 30, 50, 60 y 100rpm) en un viscosímetro rotacional Brookfield
RVT con aguja número 4 a la temperatura de 15°C.
El viscosímetro para cada velocidad de deformación (Ni) nos
entregaba el valor de tres variables:
El esfuerzo cortante (Pa).
El gradiente de velocidad (1/s). Y
Viscosidad Newtoniana equivalente (cP).
3.19.2. La Ley de Potencia Los datos de velocidad de deformación y esfuerzo cortante fueron
sometidos al análisis de regresión, para determinar si los datos
observados del yogurt aflanado se ajustan a una regresión
potencial (Ley de Potencia). MODEL: CALCULO DE LA LEY DE POTENCIA VARIABLE DEPENDIENTE: ESFUERZO CORTANTE (Pa) METODO: POTENCIAL COEFICIENTES DE REGRESION: Multiple R .99716 R Square .99433 Adjusted R Square .99149 Standard Error .02072 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .15049942 .15049942 Residuals 2 .00085880 .00042940 F = 350.48701 Signif F = 0.0028
-------------------- Variables en la Ecuación -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T VELO. DEFORMACION(rpm) .230913 .012334 .997159 18.721 .0028 (Constant) 27.511298 1.239623 22.193 .0020
El presente análisis estadístico determina a un nivel de significación
del 5% que el modelo de regresión potencial es significativo, es
decir que el coeficiente de correlación es diferente de cero.
Por tanto los datos observados se ajustan a la “Ley de Potencia”. El
modelo el el siguiente:
Donde el valor de la pendiente(n) de la regresión potencial coincide
con el índice reológico del fluido, para las curvas de flujo (σ vs γ ), el
cual define para nuestro yogurt un comportamiento pseudo-plástico
(n < 1).
σ = 27.511298 Ni 0.230913
Gráfica 24 La siguiente gráfica representa el comportamiento potencial de las
variables observadas mediante el ajuste por mínimos cuadrados
“Ley de Potencia”:
CURVA DE FLUJO PARA EL YOGURT AFLANADO A 15°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACION
LEY DE POTENCIA
VELOCIDAD DE DEFORMACION(rpm)
120100806040200
ESFU
ERZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 90
80
70
60
50
40
30
LEYENDA
CURVA OBSERVADA
CURVA POTENCIAL
3.19.3. Comportamiento al Flujo Mediante el ajuste por mínimos cuadrados, se realiza la regresión
potencial de las variables, esfuerzo cortante(σ ) en función del
gradiente de velocidad(γ), para determinar el índice reológico (n) y
el coeficiente de consistencia (Κ). MODELO: CURVA DE FLUJO VARIABLE DEPENDIENTE: ESFUERZO CORTANTE (Pa) METODO:POTENCIAL COEFICIENTES DE CORRELACIÓN: Multiple R .99716 R Square .99433 Adjusted R Square .99149 Standard Error .02072 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .15049942 .15049942 Residuals 2 .00085880 .00042940 F = 350.48701 Signif F = .0028 -------------------- COEFICIENTES DE REGRESIÓN -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T GRADIENTE VELOC.(1/s) .230913 .012334 .997159 18.721 .0028 (Constant) 29.413213 1.223349 24.043 .0017
Los coeficientes influyen a la variable dependiente
significativamente.
Por lo tanto el modelo potencial del comportamiento del flujo
pseudoplástico es:
Donde:
• σ : Esfuerzo cortante (Pa) • γ : Gradiente de velocidad (1/S) • Κ : coeficiente de consistencia (Pa.sn) =29.413213 • n : Índice reológico n = 0.230913.
σ = 29.413213 γ 0.230913
Gráfica 25 La gráfica representa la curva de flujo del yogurt aflanado a 15°C
para un comportamiento pseudoplástico.
CURVAS DE FLUJO PARA EL YOGURT AFLANADO A 15°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
FLUIDO PSEUDOPLASTICO PARA EL YOGURT AFLANADO A 15°c
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
80706050403020100
ES
FUE
RZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 90
80
70
60
50
40
30
Observed
Power
3.19.4. Comportamiento de Viscosidad Aparente del Yogurt Aflanado a 15°C
Análisis de regresión potencial de la viscosidad aparente (ηa) en
función del gradiente de velocidad. El modelo de la viscosidad
aparente es el siguiente:
ηa = к γ n-1
MODELO: CURVA DE VISCOSIDAD VARIABLE DEPENDIENTE: VISCOSIDAD APARENTE (Pa.s) METODO: POTENCIAL COEFICIENTES DE REGRESION: Multiple R .99974 R Square .99949 Adjusted R Square .99923 Standard Error .02072 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 1.6695051 1.6695051 Residuals 2 .0008588 .0004294 F = 3888.05103 Signif F = .0003 El análisis estadístico determina al nivel de significación del 5% que el modelo es
significativo, existe una buena correlación entre las variables.
-------------------- COEFICIENTES DE REGRESIÓN -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T GRADIENT -.769087 .012334 -.999743 -62.354 .0003 (Constant) 29.413203 1.223339 24.043 .0017
El análisis estadístico determina al nivel de significación del 5% que
los coeficientes de la ecuación son significativos, existe una buena
relación entre las variables. El modelo de la viscosidad aparente es
el siguiente:
ηa = 29.413203 γ -0.769087
Gráfica 26 En la presente gráfica se representa el comportamiento de la ley de
potencia de la relación de la viscosidad aparente en función del
gradiente de velocidad a15ºC:
CURVA DE VISCOSIDAD DEL YOGURT AFLANADO A 15°C
VISCOSIDAD APARENTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
FLUIDO PSEUDOPLASTICO DEL YOGURT AFLANADO A 15°C
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
80706050403020100
VIS
CO
SID
AD
AP
AR
EN
TE(P
a.s) 7
6
5
4
3
2
1
0
LEYENDA
CURVA POTENCIAL
3.19.5. Umbral de Fluencia
A partir de la la percepción visual del yogurt aflanado elaborado en
la presente tesis (Fig. 7 hasta Fig. 11), es presumible la presencia
de un umbral de fluencia. El cual se determinara empíricamente con
el ajuste lineal por mínimos cuadrados de la relación del esfuerzo
cortante y el gradiente de velocidad.
El umbral de fluencia es el siguiente:
σ0 = 47.323547 Pa,
Por tanto el modelo se ajusta a un FLUIDO PLÁSTICO (MODELO
HERSCHEL-BULKLEY), para el yogurt aflanado a 15°C es :
Gráfica 27
En la presente gráfica se puede observar el comportamiento de
Fluido Plástico del yogurt aflanado a 15°C, representando una
curva característica para los fluidos plásticos modelo Herschel-
Bulkley:
CURVA DE FLUJO DEL YOGURT AFLANADO A 15°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FLUIDO PLASTICO DEL YOGURT (MODELO HERSCHEL-BULKLEY)
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
120100806040200
ES
FUE
RZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
MODELO
HERSCHEL-BULKLEY
σ = 47.323547 + 29.413213 γ0.230913
3.19.6. Curva de Viscosidad para el Modelo Herschel-Bulkley
El modelo empírico para la viscosidad aparente en función del
gradiente de velocidad para el yogurt aflanado a 15°C,
comportamiento de fluido plástico es el siguiente:
Gráfica 28
En la presente gráfica se puede observar el comportamiento de Fluido
Plástico del yogurt aflanado a 12°C, representando una curva
característica para los fluidos plásticos, modelo Herschel-Bulkley :
CURVA DE VISCOSIDAD APARENTE DEL YOGURT AFLANADO A 15°C
VISCOSIDAD APARENTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FLUIDO PLASTICO DEL YOGURT(MODELO HERSCHEL-BULKLEY)
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
120100806040200
VIS
CO
SID
AD
AP
AR
EN
TE(P
a.s) 60
50
40
30
20
10
0
MODELO
HERSCHEL-BULKLEY
ηa = 47.323547 γ -1 + 29.4132 γ –0.769087
3.20. Comportamiento Reológico del Yogurt Aflanado A 22°C 3.20.1. Comportamiento a la Deformación de Flujo
Para el siguiente análisis reométrico del yogurt aflanado optimo de
la presente tesis fue sometido a su deformación (velocidades de 10,
20, 30, 50, 60 y 100rpm) en un viscosímetro rotacional Brookfield
RVT con aguja número 4 a temperatura de 22°C.
El viscosímetro para cada velocidad de deformación (Ni) nos
entregaba el valor de tres variables:
El esfuerzo cortante (Pa).
El gradiente de velocidad (1/s). Y
Viscosidad Newtoniana equivalente (cP).
3.20.2. La Ley de Potencia
Los datos de velocidad de deformación y esfuerzo cortante fueron
sometidos al análisis de regresión, para determinar si los datos
observados del yogurt aflanado se ajustan a una regresión
potencial (Ley de Potencia).
MODELO: LEY DE POTENCIA VARIABLE DEPENDIENTE: ESFUERZO CORTANTE (Pa) METODO:POTENCIAL COEFICIENTES DE REGRESION: Multiple R .99948 R Square .99897 Adjusted R Square .99794 Standard Error .02476 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .59329778 .59329778 Residuals 1 .00061283 .00061283 F = 968.13052 Signif F = 0.0205 El modelo es significativo al nivel de significación del 5%.
-------------------- COEFICIENTES DE LA REGRESION -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T VELO.DEFORM.(rpm) .461069 .014818 .999484 31.115 .0205 (Constant) 9.946761 .550272 18.076 .0352
El presente análisis estadístico determina a un nivel de significación
del 5% que el modelo de regresión potencial es significativo, es
decir que el coeficiente de correlación es diferente de cero.
Por tanto los datos observados se ajustan a la “Ley de Potencia”. El
modelo el el siguiente:
Donde el valor de la pendiente(n) de la regresión potencial coincide
con el índice reológico del fluido, para las curvas de flujo (σ vs γ ), el
cual define para nuestro yogurt un comportamiento pseudo-plástico
(n < 1).
σ = 9.946761 Ni 0.461069
Gráfica 29 La siguiente gráfica representa el comportamiento potencial de las
variables observadas mediante el ajuste por mínimos cuadrados
“Ley de Potencia”:
CURVA DE FLUJO DEL YOGURT AFLANADO A 22°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACION
LEY DE POTENCIA
VELOCIDAD DEFORMACION(rpm)
120100806040200
ESFU
ERZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 90
80
70
60
50
40
30
20
10
Observed
Power
3.20.3. Comportamiento al Flujo
Mediante el ajuste por mínimos cuadrados, se realiza la regresión
potencial de las variables, esfuerzo cortante (σ) en función del
gradiente de velocidad (γ), para determinar el índice reológico (n) y
el coeficiente de consistencia (Κ).
MODELO: CURVA DE FLUJO VARIABLE DEPENDIENTE: ESFUERZO CORTANTE(Pa) METODO:POTENCIAL COEFICIENTES DE CORRELACIÓN: Multiple R .99948 R Square .99897 Adjusted R Square .99794 Standard Error .02476 ANÁLISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .59329778 .59329778 Residuals 1 .00061283 .00061283 F = 968.13052 Signif F = 0.0205 El presente analisis estadistico establece que el modelo regresión potencial es significativo al 5% de
nivel de significación. -------------------- COEFICIENTES DE LA REGRESION -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T GRADT.VELOC.(1/S) .461069 .014818 .999484 31.115 .0205 (Constant) 14.511588 .634267 22.879 .0278
Los coeficientes influyen a la variable dependiente
significativamente.
Por lo tanto el modelo potencial del comportamiento del flujo
pseudoplástico es:
Donde:
• σ : Esfuerzo cortante (Pa) • γ : Gradiente de velocidad (1/S) • Κ : coeficiente de consistencia (Pa.sn) =14.511588 • n : Índice reológico n = 0.461069.
σ = 14.511588 γ 0.461069
Gráfica 30 La gráfica representa la curva de flujo del yogurt aflanado a 22°C
para un comportamiento pseudoplástico.
CURVA DE FLUJO DEL YOGURT AFLANADO A 22°C
ESFUREZO CORTANTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
FLUIDO PSEUDOPLASTICO
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
50403020100
ES
FUE
RZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 90
80
70
60
50
40
30
20
10
LEYENDA
Observed
Power
3.20.4. Comportamiento de Viscosidad Aparente del Yogurt Aflanado
A 22°C
Análisis de regresión potencial de la viscosidad aparente (ηa) en
función del gradiente de velocidad. El modelo de la viscosidad
aparente es el siguiente:
ηa = к γ n-1
MODELO: CURVA DE VISCOSIDAD VARIABLE DEPENDIENTE: VISCOSIDAD APARENTE (Pa.s) METODO: POTENCIAL COEFICIENTES DE CORRELACIÓN; Multiple R .99962 R Square .99924 Adjusted R Square .99849 Standard Error .02476 ANALISIS DE LA VARIANCIA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 1 .81060206 .81060206 Residuals 1 .00061282 .00061282 F = 1322.75121 Signif F = .0175 El análisis estadístico determina al nivel de significación del 5% que el modelo es
significativo, existe una buena correlación entre las variables. -------------------- COEFICIENTES DE REGRESIÓN -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T GRAD.VELO.(1/S) -.538931 .014818 -.999622 -36.370 .0175 (Constant) 14.511583 .634260 22.880 .0278
El análisis estadístico determina al nivel de significación del 5% que
los coeficientes de la ecuación son significativos, existe una buena
relación entre las variables. El modelo de la viscosidad aparente es
el siguiente:
ηa = 14.511583 γ -0.538931
Gráfica 31 En la presente gráfica se representa el comportamiento de la ley de
potencia de la relación de la viscosidad aparente en función del
gradiente de velocidad a 22ºC:
CURVA DE VISCOSIDAD DEL YOGURT AFLANADO A 22°C
VISCOSIDAD APARENTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
FLUIDO PSEUDOPLASTICO
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
50403020100
VIS
CO
SID
AD
AP
AR
EN
TE(P
a.s) 8
7
6
5
4
3
2
1
0
LEYENDA
CURVA POTENCIAL
3.20.5. Umbral De Fluencia:
A partir de la la percepción visual del yogurt aflanado elaborado en
la presente tesis (Fig. 7 hasta Fig. 11), es presumible la presencia
de un umbral de fluencia. El cual se determinara empíricamente con
el ajuste lineal por mínimos cuadrados de la relación del esfuerzo
cortante y el gradiente de velocidad.
El umbral de fluencia es el siguiente:
σ0 = 25.531276 Pa,
Por tanto el modelo se ajusta a un FLUIDO PLÁSTICO (MODELO
HERSCHEL-BULKLEY), para el yogurt aflanado a 22°C es :
Gráfica 32
En la presente gráfica se puede observar el comportamiento de
Fluido Plástico del yogurt aflanado a 22°C, representando una
curva característica para los fluidos plásticos modelo Herschel-
Bulkley:
CURVA DE FLUJO PARA EL YOGURT AFALNADO A 22°C
ESFUERZO CORTANTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FUIDO PLASTICO DEL YOGURT(MODELO HERSCHEL-BULKLEY)
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
120100806040200
ES
FUE
RZO
CO
RTA
NTE
(Pa) 160
140
120
100
80
60
40
20
0
Observed
Power
σ = 25.531276 + 14.511588 γ0.461069
3.20.6. Curva de Viscosidad para el Modelo Herschel-Bulkley
El modelo empírico para la viscosidad aparente en función del
gradiente de velocidad para el yogurt aflanado a 22°C,
comportamiento de fluido plástico es el siguiente:
Gráfica 33
En la presente gráfica se puede observar el comportamiento de
Fluido Plástico del yogurt aflanado a 22°C, representando una
curva característica para los fluidos plásticos, modelo Herschel-
Bulkley :
CURVA DE VISCOSIDAD APARENTE DEL YOGURT AFLANADO A 22°C
VISCOSIDAD APARENTE EN FUNCION DEL GRADIENTE DE VELOCIDAD
COMPORTAMIENTO FLUIDO PLASTICO DEL YOGURT(MODELO HERSCHEL-BULKLEY)
GRADIENTE DE VELOCIDAD(1/S)
120100806040200
VIS
CO
SID
AD
AP
AR
EN
TE(P
a.s) 50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
MODELO
HERSCHEL-BULKLEY
ηa = 25.53128 γ -1 + 14.51159 γ –0.538931
3.21. Dependencia con la Temperatura del Coeficiente de
Consistencia: La temperatura ejerce una influencia sobre el coeficiente de
consistencia y la viscosidad aparente de los fluidos que se modelan
o configurán según la ley de potencia, esté efecto puede ser
descrito mediante una ecuación tipo Arrhenius:
M
ediante el ajuste por mínimos cuadrados (regresión exponencial),
del coeficiente de consistencia (Κ) en función de la inversa de la
temperatura absoluta (1/°k), podemos determinar el valor de la Ea
(Energía de activación) a partir del valor de la pendiente del modelo
exponencial.
En general puede decirse que valores altos de la Ea reflejan la
dependencia de la viscosidad aparente y el coeficiente de
consistencia o el comportamiento reologico del fluido en general por
la temperatura.
Para el yogurt aflanado determinamos la siguiente relación
exponencial:
ΚT = 3.47406*10-14 exp (9923.7082)
De donde obtenemos el valor de la Ea = 82.5057kJ /mol.
El cual revela que el comportamiento reológico del yogurt aflanado
esta influenciado pora las temperaturas observadas.
ΚT = Κ0 exp (Ea / RT)
Gráfica 34 La presente gráfica muestra el modelo exponencial ajustado (r2 = 0.98468) por el
metodo de minimos cuadrados para la relación del coeficiente reologico de
consistencia y la inversa de la temperatura absoluta.
DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA DEL COEFICIENTE DE CONSISTENCIA
COEFICIENTE DE CONSISTENCIA EN FUNCIÓN DE TEMPERATURA
COEFICIENTE REOLOGICO DEL YOGURT AFLANDO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA
INVERSA TEMPERATURA ABSOLUTA (1/°k)
.00352.00350.00348.00346.00344.00342.00340.00338
CO
EFI
CIE
NTE
DE
CO
NS
ISTE
NC
IA (P
a.s)
50
40
30
20
10
MODEL.EMPIRICO :
CURVA EXPONENCIAL
3.22. Coeficientes Reológicos del Yogurt Aflanado:
A continuación se presente un cuadro comparativo de los
coeficientes reólogicos del yogurt aflanado elaborado a 41°C, con
1% de inoculo y 0,8% estabilizante “SUPERGELACT”, para tres
temperaturas:
Tabla N° 12 T(°C) Índice Relógico
“n”
Coefct.Consistencia
“Κ”(Pa.sn)
Umbral de Fluencia
σ0
12 0.164149 48.815376 71.54800
15 0.2309913 29.413213 47.323547
22 0.461069 14.511588 25.531276
De la tabla se pueden establecer las siguientes conclusiones:
Establecemos, con respecto al indice reológico que aumenta
conforme se incrementa la temperatura.
El coeficiente de consistencia decrece conforme aumenta la
temperatura, es decir el yogurt aflanado disminuye su viscosidad en
función del incremento de la temperatura, para las tres
temperaturas consideradas en la presente investigación de tesis.
El umbral de fluencia disminuye en función del incremento de la
temperatura, para el rango de temperaturas consideradas en la
presente tesis.
3.23. Medida del Grado de Satisfacción de la Consistencia del Yogurt Aflanado
Para determinar el grado de satisfacción de 50 consumidores
regulares de yogurt, que le producía la consistencia del yogurt
aflanado se realizó una prueba de escala Hedónica adimensionada
de nueve puntos. Para llegar a establecer que nivel de placer o
satisfacción en escala hedónica con respecto a la consistencia le
producía al consumir un yogurt aflanado elaborado con los
parámetros óptimos de la presente tesis
A continuación se presentan los resultados de dicha prueba
sensorial.
La escala consideró desde la descripción número uno como
extremadamente agradable, hasta la descripción número nueve
como extremadamente desagradable.
Gráfica 35
En la presente gráfica de barras se presentan los resultados de la
prueba de escala hedónica para la consistencia del yogurt aflanado.
GRADO DE SATISFACCION DE LA CONSISTENCIA DEL YOGURT
PERCEPCION PERSONAL(escala)
987654321
NU
ME
RO
DE
OB
SE
RV
AC
ION
ES
(%) 80
70
60
50
40
30
20
10
06
20
70
4
De la gráfica presente podemos establecer que para el 70% de los
encuestados, la consistencia del yogurt lo percibían como muy
agradable, además ninguno de los encuestados describió la
sensación que le producía el yogurt aflanado para escalas mayores
de cuatro.
.
Grafica 36
En la presente grafica se representan los resultados de la escala hedónica
considerando la descripción de textual de la escala.
GRAFICA DE ESCALA HEDONICA DE LA CONSISTENCIA DEL YOGURT
GRADO DE SATISFACCION DE LA CONSISTENCIA DEL YOGURT
La presente gráfica describe claramente que al 100% de los
encuestados la consistencia del yogurt aflanado le produjo
satisfacción. Y el 70% describió que era muy agradable.
3.24. Perdida de la Calidad del Yogurt Aflanado Para determinar el deterioro del yogurt aflanado durante su
almacenamiento se consideró una temperatura de 15°C, en función
del promedio de las temperaturas de las exhibidoras de los
pequeños distribuidores. Para ello se almacenó el yogurt aflanado
durante 60 días registrando como una característica de la perdida
de calidad el descenso del pH, en envases de vidrio (500ml.) con
tapa de metal mas la adición de 0.0017% (p/v ) de un conservador
fungistático.
A continuación se presenta la relación matemática empírica del
descenso del pH en función del tiempo durante su almacenamiento
a 15°C, determinado por el método de mínimos cuadrados:
MODELO: EMPÍRICO DEL DETERIORO Variable dependiente: pH Metodo: Cuadratico Coeficiente de Correlación Multiple R .99616 R Square .99233 Adjusted R Square .98850 Standard Error .02311 ANÁLISIS DE LA VARIANZA: DF Sum of Squares Mean Square Regression 2 .27654927 .13827463 Residuals 4 .00213645 .00053411 F = 258.88704 Signif F = .0001
El presente análisis estadístico establece al nivel de significación del 5% que el modelo
de regresión es altamente significativo, es decir que el coeficiente de correlación es
diferente de cero.
-------------------- CONTRASTE DE LOS COEFICIENTES -------------------- Variable B SE B Beta T Sig T DIAS -.026090 .001693 -2.404411 -15.412 .0001 DIAS**2 .000292 2.8920E-05 1.574933 10.095 .0005 (Constant) 4.411031 .021174 208.325 .0000
El presente análisis estadístico establece al nivel de significación
del 5% que los coeficientes del modelo de regresión son altamente
significativos, es decir que los coeficientes influyen en la variable
dependiente.
Por tanto, el modelo matemático empírico es el siguiente:
μpH = 0.00292 t2 – 0.026090 t + 4.411031
Gráfica 37
CURVA DE VARIACIÓN DE LA ACIDEZ DURANTE EL ALMACENAMIENTO
upH EN FUNCION DEL TIEMPO
YOGURT AFLANADO ALMACENADO A 15°C
TIEMPO DE ALMACENAMIENTO(DIAS)
5550454035302520151050
VA
RIA
CIO
N D
E A
CID
EZ(
u pH
)
4.5
4.4
4.3
4.2
4.1
4.0
3.9
3.8
MODELOS
MODELO OBSERVADO
MODELO CUADRATICO
A partir de la relación de variación del pH en función del tiempo
determinamos la cinética de acidificación durante el
almacenamiento:
μpHl = 0.00584 t – 0.026090
De esta relación de la cinética de deterioro podemos determinar a
partir de la ecuación básica para predecir la pérdida de la calidad
de los alimentos, la función de primer orden y por el método de
mínimos cuadrados para una regresión exponencial determinamos
la constante (k) de velocidad de deterioro.
El modelo exponencial determinado a partir de la relación entre la
variación de la calidad residual (%) en función del tiempo (dias) de
La siguiente gráfica representa la relación exponencial de la calidad
residual (%) en función del tiempo (dias).
Fig. 12
Fig.13
CAPITULO IV.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La discusión de resultados se realizará por comparación de investigaciones
preliminarers afines y generales que observarón alguna característica en
determinadas condiciones que nos permiten realizar un símil desde lo general
hasta lo partícular con nuestra investigación. Aun cuando la variación de algunos
de los factores en estudio derivaría en un resultado diferente.
4.1 ¿Por qué existen diferencias en la cinética de acidificación?
La temperatura de incubación o de fermentación condiciona
la proporción de la cepas del cultivo de yogurt y por tanto las
características que se desee en el producto final (Romero, 1988).
Durante la fermentación el crecimiento del S.thermophilus es
mas rápido que el de L.bulgaricus, en lo que respecta a la
producción de ácido. (Tamime & Robinson, 1991).
El comportamiento del S.thermophilus incubada sobre una
leche desnatada con 10% de EST. Con una tasa de inoculación del
2%, con respecto a la producción de ácido es máxima cuando la
temperatura de incubación es de 40°C y menores para
temperaturas de 35°C, 30°C y 50°C respectivamente (Tamime &
Robinson, 1999).
El comportamiento del L.bulgaricus incubada sobre una
leche desnatada con 10% de EST. Con una tasa de inoculación del
2%, con respecto a la producción de ácido es máxima cuando la
temperatura de incubación es de 45°C y menor para temperaturas
de de 50°C, 40°C, 35°C y 30°C, respectivamente (Tamime &
Robinson, 1999).
El comportamiento de cepas mixtas (1:1) incubada sobre una
leche desnatada con 10% de EST. Con una tasa de inoculación del
2%, con respecto a la producción de ácido es máxima cuando la
temperatura de incubación es de 45°C y menor a temperaturas de
40°C, 50°C, 35°C y 40°C respectivamente (Tamime & Robinson,
1999).
Las tendencias observadas de la tasa de acidificación para
las cepas de cultivo de yogurt pura y mixta incubadas a diferentes
temperaturas en leche desnatada (10% de EST). Inoculadas al 2%
se observan relaciones matemáticas empíricas polinomiales para
cepas puras de S.thermophilus y cultivos mixtos y relaciones
exponenciales para cepas puras de L. bulgaricus (Tamime &
Robinson, 1999).
Un yogurt que contiene mas de 70% de ácido L.(+) láctico
ello indica que a sido inoculado con un cultivo consistente
principalmente de S.termophilus o que la fermentación de se a
desarrollado a temperaturas inferiores a los 40°C (Tamime &
Robinson, 1999).
Si el yogurt contiene más ácido D(-) Láctico que L(+) Láctico
ello indica: que ha sido incubado a una temperatura demasiado alta
es decir, de 45°C o superior, que el inoculo fue superior al 3% o
bien que el cultivo contenía mas bacilos que cocos; el producto a
alcanzado una acidez muy alta (Tamime & Robinson, 1999).
La relación en 269 muestras de yogurt comercial entre L(+) :
D (-) oscilaba de 0,34 (en los productos muy ácidos) a 8.28 (es
decir con claro predominio de la forma L(+) (Puhan, 1974, citado
por Tamime & Robinson, 1999).
Blummenhal y Helbling (1974) han propuesto que para un
yogurt “De buena calidad” el valor del cociente debería ser 2, para
la relación L(+) : D(-). Sin embargo estas aproximaciones son
validas en consideración de las características de acidez que debe
tener el yogurt, es decir, dulce o de baja acidez o acido o de
elevada acidez que el yogurt deberá presentar una relacion de L(+)
: D(-) baja y en caso contrario unas relación alta (Tamime &
Robinson, 1999).
Por tanto la temperatura de fermentación y la concentración del
inoculo determinan diferencias en la tasa de acidificación. En
nuestra investigación obtuvimos modelos matemáticos empíricos de
una relación no lineal polinomica cubica.
4.2 ESTABILIDAD DEL COÁGULO ¿Influencia la cinética de acidificación sobre la estabilidad y la consistencia del coágulo?
El acido láctico contribuye a la desetabilización de la micelas
de caseína por el paso del fosfato y del calcio de un estado coloidal
en la micelas a una forma soluble que se difunde en la fracción
acuosa de la leche lo que determina una progresiva salida del
calcio de las micela que conduce a la precipitación de las caseínas
a valores de pH de 4,6 a 4,7 dando lugar a la formacion del gel que
constituye el coagulo del yogurt (Tamime & Robinson, 1999).
A pH 5,2 el calcio y el fosfato se encuentran principalmente
en forma soluble y el tamaño de los complejos micelares aumenta a
partir de la concentración del mismo en la fraccion acuosa de la
leche, (Scott, 1991).
La acidificación de la leche provoca la destrucción de las
micelas sin fraccionar la caseínas cuya precipitación es total hacia
el pH 4,7. La caseína isoelectrica esta completamente exenta de
calcio y no contiene mas que fosforo proteico (Alais, 1996)
Si la acidificación se desarrolla progresivamente en el medio,
se forma un coagulo homogéneo a causa de la fermentación (Alais,
1996).
Los efectos de la acidez y del calor se suman. La floculación
de la caseína tiene lugar a un pH tanto más elevado cuanto más
alta es la temperatura (Alais, 1996).
La velocidad de acidificación es importante para la formación
de la red del coagulo del yogurt ya que la rapida producción de
acido da lugar a la precipitación. (Varnam & Sutherland, 1995).
La acción de las enzimas proteoliticas tiene un efecto
perjudicial sobre el coagulo del yogurt. El coagulo tiene una menor
capacidad de retención de agua y grado de hidratación (Varnam &
Sutherland, 1995).
Por tanto la cinética de acidificación determina la estabilidad y la
viscosidad del coágulo. En nuestra investigación se determinó que
se obtenía la maxima estabilidad para las fermentaciones a 39ºC y
como, también para la fermentación a 41ºC y con 1% de inóculo.
4.3 ESTABILIZACIÓN y MAYOR CONSISTENCIA DEL COÁGULO ¿Se puede estabilizar e incrementar la viscosidad del coágulo con la adición de ingredientes funcionales?
En el yogurt con una mezcla de gelatina, almidon y pectina,
se puede observar una micro estructura homogénea con poros
pequeños que facilitan la inmovilización de grandes cantidades de
agua. (Henning, 1992)
La fuerza de las cadenas entre las particulas de cseina, asi
como el estado de agregación y interaccion entre las proteinas de la
leche y los ingredientes funcionales tienen relacion con la
viscosidad, suavidad y sinéresis del yogurt. (Henning, 1922).
Los ingredientes funcionales o estabilizantes para el yogurt
estan basados en pectinas de bajo metoxilo, proteinas de leche,
gelatinas y almidones modificados, tambien se usan gomas o
hidrocoloides (Henning, Pauletti, et al.,, 2003).
Las estructuras a bases de partículas, (tales como granulos
de feculas, compuestos por la amilosa y amilopectina) o proteinas
desnaturalizadas que no forman lazos suficientemente fuertes,
contribuyen a la viscosidad del producto y a su palactibilidad
(O’Donnell, 1999).
Los granulos de fécula modificada pueden interactuar con la
gelatina. (Leatherhead, 1999).
En el caso del yogurt reforzado con leche descremada en
polvo, se puede observar una estructura formada por racimos
relativamente grande de proteínas de leche. El mismo yogurt pero
con gelatina y sin refuerzo con leche descremada, se puede
observar que la gelatina hace conexión entre los racimos de
proteina de leche y como consecuencia se obtiene una red
relativamente homogena. (Henning, 1992).
En el yogurt con pectina, se observa una estructura
compuesta de racimos de diferentes tamaños, en cambio en el
yogurt con almidon, la estructura esta formada por racimos
relativamente pequeños y compactos. Los granulos de almidon se
encuentran incrustados en la estructura de las proteinas de la
leche. (Henning, 1992).
Por tanto, los ingredientes funcionales producen diferentes
características que varian de acuerdo con el tipo de ingredientes, la
dosificación y combinación de los mismos, su interaccion entre ellos
y con los constituyentes del yogur. En nuestra investigación, la
adición de una mezcla de gelatina, pectina de bajo metoxilo y goma
arabiga (Supergelact) al yogur aflanado en un porcentaje de 0,8%
determinó maxima viscosidad y gran estabilidad.
4.4 COMPORTAMIENTO REOLOGICO
¿Existe umbral de fluencia y pseudo plasticidad en el yogurt aflanado?
Los fluidos pseudo plásticos se caracterizan porque su
viscosidad aparente decrece cuando aumenta el gradiente de
velocidad (Sherman, 1970).
Los fluidos pseudo plásticos se caracterizan porque su indice
reologico es mayor de 0 pero menor que 1. (Carbonell et al, 1990).
Los cuerpos que no se derraman bajo el efecto de su peso,
necesitan que una presion sobrepase un umbral para que comience
el flujo. (Cheftel, et al, 1983).
Los fluidos plasticos son aquellos que no fluyen hasta que
son sometidos a un esfuerzo cortante limite determinado, llamado
esfuerzo de formacion plastica o umbral de fluencia. (Van Wazer, et
al, 1963).
El umbral de fluencia puede ser consecuencia de un
entrelazado de moléculas o particulas debido a su gran tamaño,
ramificaciones o forma irregular, tambien puede ser debida ala
formación de redes, provocadas por las interacciones entre
moléculas. (Rha, 1978).
El comportamiento pseudo plastico puede explicarse por los
siguientes fenómenos:
- Orientación progresiva de las moléculas en la dirección del
deslizamiento, reduciendo asi la resistencia debido a las fuerzas
de friccion.
- Deformación de la esfera de hidratación que rodea la proteina en
la dirección de deslizamiento (si la proteina esta fuertemente
hidratada y dispersa).
- Rotura de los enlaces de hidrógeno y otros enlaces debiles
provocando asi la disociación de los agregados o de la red
proteica. En todos los casos se reduce el diámetro aparente de
las moléculas en la dirección del deslizamiento. (Cheftel, et al,
1989).
Por tanto el yogurt, por ser un coagulo de proteina presenta un
comportamiento pseudo plastico y con umbral de fluencia. Que en
nuestro yogur determino un comportamiento de fluido plástico
modelo Herschel-Bulkley.
4.5 CINÉTICA DE DETERIORO
¿Corresponde a una ecuación basica de primer orden de la perdida de la calidad alimenticia, el yogurt aflanado?
La perdida de la calidad de los alimentos durante los
primeros dias de almacenamiento es progresiva y al final se hace
lenta y constante, demostrando una relacion exponencial d ela
característica observada y el tiempo de almacenamiento. (Núñez &
Chumbiray, 1991).
Los tipos de deterioro que sirven el primer orden, es decir,
n=1, para algunos alimentos son: la rancidez, crecimiento
microbiano y mortalidad, pérdidas de vitaminas, perdidas de calidad
proteica y producción microbiana de sabores. (Nuñez & Cumbiray,
1991).
Por tanto, el deterioro del yogurt aflanado observado por la
variación del pH que depende del crecimiento microbiano
corresponde a una ecuación de deterioro de primer orden. En
nuestro caso se obtuvo una cinética de deterioro de primer orden
por el método.
CAPITULO V.- CONCLUSIONES
A la concentración de 1% del inóculo, el valor de la acidez
alcanzado hasta la mitad del proceso (valor de la mediana) para
todas las temperaturas de fermentación prefijadas en la presente
investigación son similares. Encontrandose también con respecto a
la mediana que las concentraciones al 1% del inóculo para las tres
temperaturas consideradas tienen una menor cinética de
acidificación.
Los modelos matemáticos empíricos determinados por el
metodo de mínimos cuadrados para las nueve fermentaciones
consideradas en la presente tesis muestran una relación polinomial
cúbica.
Los modelos matemáticos determinados para la cinética de
acidificación para las nueve fermentaciones consideradas en la
presente tesis muestran una relación polinomial cuadrática.
Los modelos matemáticos determinados para la razón de
cambio instantánea de la cinética de acificación para las nueve
fermentaciones consideradas en la presente tesis muestran una
relación lineal.
Para el predictor cinético de velocidad máxima para las
nueve fermentaciones consideradas en la presente tesis, se
deteminó diferencias al 5% de significación influenciadas por el
factor concentración de inóculo.
Para el predictor cinético del tiempo transcurrido en la
fermentación hasta la fase estacionaria para las nueve
fermentaciones consideradas en la presente tesis, se deteminó
diferencias al 5% de significación influenciadas tanto por el factor
temperatura de fermentación y como también de concentración de
inóculo.
Para el predictor cinético de fase de latencia para las nueve
fermentaciones consideradas en la presente tesis, se deteminó que
no había diferencias al 5% de significación tanto por el factor de
temperatura de fermentación y de concentración de inóculo.
Existen diferencias significativas al nivel de significación del
5% para establecer que la cinética de la acidificación para las
nueve fermentaciones, al considerarse la velocidad promedio
obtenida después de, las cuatro, tres, dos y una horas de
fermentación. Están influenciadas con alta probabilidad estadística
por la variación de la concentración de inoculo; sin dejar de
considerar que pudiesen estar influenciadas también, por el factor
de temperatura.
El tiempo transcurrido hasta alcanzar el mayor declive del pH
(fase estacionaria) muestra diferencias significativas al 5% tanto
para el factor de concentración de inoculo como para la
temperatura de fermentación siendo este un predictor consistente
para establecer las diferencias significativas entre las nueve
fermentaciones. Encontrándose los tiempos máximos para las
fermentaciones a 43°C, 41°C y 39°C., con 1% de inoculo
respectivamente.
Con respecto a la consistencia del yogurt de las nueves
fermentaciones presentadas en la presente tesis se determinó
diferencias significativas entre los valores de la viscosidad
newtoniana equivalente (VNE) por efecto del factor de temperatura
por su alta probabilidad de influenciar en las diferencias, sin dejar
de considerar que pudiesen que estas mínimas diferencias esten
también influenciadas por el factor de concentración del inoculo,
influenciando la variabilidad de la VNE.
Se encontrarón las más altas viscosidades (VNE) para las
fermentaciones realizadas a 39°C, y todas sus concentraciones de
inoculo como también para la fermentación a 41°C. con 1% de
inoculo.
Con respecto al grado de sinéresis para las nueves
fermentaciones consideradas se determinó diferencias significativas
al 5% de significación entre los valores obtenidos para el grado de
sinéresis, por efecto del factor temperatura por su alta probabilidad
estadística de influenciar en los resultados del grado de sinéresis.
Se determinó que la fermentaciones realizadas a 39°C, con
todas las concentraciones del inoculo y también que la
fermentación a 41°C con 1% de inoculo presentaron el menor grado
de sinéresis.
Determinamos que las fermentaciones que produjeron la
mejor coagulación, es decir alta viscosidad y menor grado de
sinéresis eran las de:
o A una temperatura de fermentación de 39°C. con todas
las concentraciones de inoculo consideradas en la
presente tesis;
o Y a la temperatura de fermentación de 41°C, con 1% de
concentración del inoculo.
Se determinó un modelo matemático empírico cuadrático
para relación de las varibles en estudio, concentración del
estabilizante (Supergelact) y grado de sinéresis, de pendiente
negativa, es decir, que conforme se incrementaba el porcentaje de
ingrediente añadido al yogur el grado de sinéresis disminuía.
Se determinó un modelo matemático empírico cúbico para
relación de las varibles en estudio, concentración del estabilizante
(Supergelact) y viscosidad newtoniana equivalente (VNE), de
pendiente positiva, es decir, que conforme se incrementaba el
porcentaje de ingrediente añadido al yogur el valor de la VNE se
incrementaba.
Determinamos que la concentración del 0,8% (p/v) del
estabilizante “SUPERGELACT”, para estabilizar el yogurt aflanado
elaborado a una temperatura de fermentación de 41°C. y con una
concentración de inoculo del 1%, formo un mejor coágulo en el
yogurt traduciéndose en el menor grado de sineresis (0%) y la más
alta viscosidad o lo que es lo mismo estabilidad y alta consistencia.
Con respecto a la caracterizacion reométrica del yogurt
aflanado elaborado a una temperatura de fermentación de 41°C con
una concentración de inoculo de 1% y adicionado de 0,8% de
Supergelact. Se determinó que para las tres temperaturas
observadas (12°C, 15°C y 22°C), respecto de su deformación de
flujo e independientemente del tiempo un comportamiento de “Fluido
Plastico”, modelo Herschel–Bulkley.
Que el indice reológico aumenta conforme se incrementa la
temperatura.
El coeficiente de consistencia decrece conforme aumenta la
temperatura, es decir el yogurt aflanado disminuye su viscosidad en
función del incremento de la temperatura, para las tres temperaturas
consideradas en la presente investigación de tesis.
El umbral de fluencia disminuye en función del incremento de la
temperatura, para el rango de temperaturas consideradas en la
presente tesis.
Se determinó que la temperatura tenía una gran influencia sobre la
viscosidad aparente y el coeficiente de consistencia porque
obtuvimos un valor alto en la energía de activación (Ea) igual a
82,5057 kJ / mol.
Del análisis sensorial del grado de satisfacción en escala
hedónica con respecto a la característica de consistencia del yogurt
aflanado, se determinó que al 100% de los encuestados le producía
satisfacción y que el 70% describío su satisfacción como muy
agradable.
Para le perdida de la calidad del yogurt determinamos que
seguía una relación básica para el deterioro de los alimentos de
primer orden, estableciendo para la perdida de la calidad por dia una
cinética de 0,023 μ% Calidad Residual / dia.
CAPITULO VI.- RECOMENDACIONES
Realizar la cinética de acidificación no solo para el consumo
del sustrato sino también para la reproducción celular.
Determinar el tipo de ácido láctico producido en la
fermentación L(+) o D (-).
Realizar una investigación considerando otra relación de las
cepas acido lácticas.
Realizar una prueba descriptiva de análisis sensorial con un
panel entrenado para observar la influencia de la cinética de
acidificación sobre las características sensoriales del yogurt
aflanado.
Determinar el comportamiento reológico del yogurt aflanado
con respecto al tiempo.
Realizar un ensayo para determinar la textura del yogurt en
función de la variación de las concentraciones del estabilizante
Supergelact.
Probar la estabilización del coágulo del yogurt con la adición
de otros estabilizantes (goma de algarrobo, goma de linaza, goma
tara, etc.).
Realizar un análisis estadístico no paramétrico de la
variación del pH o la acidez en función del tiempo.
Determinar el comportamiento reométrico del yogurt aflanado
durante el tiempo de la operación de fermentación.
Determinar el comportamiento reométrico del yogurt aflanado
en función del descenso del pH durante la operación de
fermentación.
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