Comprensión del efecto de la temperatura sobre el punto de gelificación y la calidad del yogur
El yogur se ha convertido en uno de los productos lácteos más populares de los últimos años. Se han desarrollado una serie de sabores y texturas para satisfacer los requisitos de los clientes en relación con los yogures. En este proceso de diseño, resulta de suma importancia conocer la formación del yogur. El yogur se elabora a partir de la gelificación de la leche utilizando bacterias. Mediante la coagulación de las micelas de caseína, se forma una película de gel a temperaturas entre 42 °C y 45 °C. La temperatura desempeña una función importante en el proceso de gelificación, ya que afecta significativamente el punto de gelificación y, por lo tanto, la calidad del yogur en lo referido a la sensación en la boca, entre otras cosas. Por lo general, dicho proceso se estudia midiendo los valores de pH. Sin embargo, los mismos solo pueden brindar información limitada sobre el verdadero proceso de formación del gel.
MultiScan (MS 20) de DataPhysics Instruments es un dispositivo de medición compacto y versátil para la estabilidad óptica y los análisis de envejecimiento. Puede estudiar los procesos de gelificación fácilmente y brindar información adicional acerca de los problemas de estabilidad en la formación del yogur. En la presente nota de aplicación, analizamos los efectos de la temperatura en el proceso de gelificación y su impacto en la calidad del yogur.


Fig. 1: El yogur es un producto lácteo muy elegido.

Técnica y método
El dispositivo de medición MultiScan MS 20 (Fig. 2) de DataPhysics Instruments es capaz de medir la estabilidad óptica automática y el análisis de envejecimiento de las dispersiones líquidas, además de efectuar la caracterización integral de los mecanismos de desestabilización que dependen del tiempo y la temperatura. Se compone de una unidad base, en la que se pueden conectar hasta 6 ScanTowers con cámaras de muestra controladas por temperatura. Las ScanTowers del dispositivo MS 20 pueden controlarse individualmente y funcionar a diferentes temperaturas entre 4 °C y 80 °C.
Gracias a su software MSC integrado, el MS 20 resulta el aliado ideal para los análisis de estabilidad, dado que es posible detectar y evaluar hasta el más mínimo cambio.
Por lo tanto, el dispositivo MS 20 resulta ideal para estudiar el proceso de gelificación y otras cuestiones relacionadas con la estabilidad en la formación del yogur.

Fig. 2: Sistema de análisis de estabilidad MultiScan MS 20 de DataPhysics Instrument con 6 ScanTowers independientes.

Experimento
Para formar yogur, se colocaron 100 ml de leche entera en un frasco que se calentó a 38 °C durante 5 min. Se añadieron 2 g. de fermento para yogur con las bacterias Streptococcus Thermophilus y Lactobacillus Bulgaricus, a la leche precalentada y se revolvió suavemente con una varilla de vidrio durante 2 min. Luego se introdujo la mezcla de leche tratada en 3 viales de vidrio transparentes (de 25 ml cada uno) y se realizó la medición en las torres del MS 20 a una T = 42 °C, 45 °C (6 h.) y 48 °C cada 2 min. durante 12 h., respectivamente. La zona medida fue entre 0 mm (base del vial) y 57 mm (parte superior del vial). Cabe mencionar que las tres mediciones se realizaron simultáneamente, gracias a la posibilidad de medir hasta seis muestras con ajustes individuales utilizando un dispositivo MS 20.
En la Fig. 3 se observan los viales de muestra y su prueba de control de calidad al final de la medición a 42 °C, 45 °C y 48 °C, respectivamente.

 

Fig. 3: Los viales de muestra (izquierda) y su prueba de control de calidad (derecha) al final de la medición a 42 °C, 45 °C y 48 °C, respectivamente.

Resultados
En la Fig. 4 se observan las intensidades relativas de retrodispersión frente a la posición del proceso de gelificación durante la formación del yogur a 42 °C. La referencia de color en las curvas indica el tiempo de registro desde el inicio (en rojo, t = 0 s) hasta el final de las mediciones (en violeta). En el diagrama de retrodispersión de la Fig. 4 se muestra que la retrodispersión aumentó primero de manera global, y luego se mantuvo a una temperatura constante de 42 °C. Esto indica la realización del proceso de gelificación; luego, la mezcla se estabilizó en su estado de gel.


Fig. 4: Diagrama de intensidad de retrodispersión de la formación de yogur a 42 °C.


Fig. 5: Cinética de la floculación en el proceso de gelificación a 42 °C.

Por medio de las amplias capacidades analíticas del software MSC, es posible analizar los cambios en las intensidades de retrodispersión, que resultan en la cinética de floculación durante el proceso de gelificación de la leche (Fig. 5). Las intensidades de retrodispersión aumentan en la Fase I debido a la coagulación del sistema y al aumento del tamaño de las partículas. Además, la floculación provocada por el crecimiento bacteriano puede aumentar la fracción de volumen que, a su vez, puede incrementar aún más las intensidades de retrodispersión. En la Fase II del proceso de gelificación, se observa una leve disminución de la retrodispersión, dado que se detuvo el crecimiento bacteriano. El pico correspondiente representa el punto de gelificación. Durante la Fase III, las intensidades de retrodispersión permanecen estables, lo que sugiere que finalizó la formación de la red proteica de gel.
Para entender mejor el efecto de la temperatura en el proceso de gelificación y, por ende, en la calidad del yogur, también se analizó su formación a 45 °C y 48 °C. Según lo observado en la Fig. 6, las intensidades de retrodispersión aumentan globalmente, en primer lugar, y luego disminuyen con el tiempo, en especial a una temperatura más elevada (48 °C). Esto indica la formación de una red proteica de gel, que posiblemente se dañe con el tiempo a una temperatura elevada. Esto coincide con las observaciones realizadas al final de las mediciones. Se puede observar una clara separación de fases en la capa superior de la muestra a 48 °C (Fig. 3 izquierda); y las partículas del yogur formado a 48 °C son más grandes y duras, lo que influye negativamente en su textura (Fig. 3 derecha).


Fig. 6: Diagrama de retrodispersión de la formación de yogur a 45 °C y 48 °C.


Fig. 7: Cinética de la floculación en el proceso de gelificación a diferentes temperaturas

Gracias a la función de superposición del software MSC, es posible exhibir de modo simple y directo la diferencia entre los procesos de gelificación a diferentes temperaturas. En la Fig. 7 se muestra que las micelas de caseína coagulan más rápido y el punto de gelificación ocurre antes cuando se realiza a la temperatura adecuada (45 °C), lo que resulta útil para optimizar la temperatura de los procesos de fermentación.
Además, a partir del cambio en las intensidades de retrodispersión, se pueden deducir los posibles mecanismos de desestabilización después del punto de gelificación, tal como se resume en la tabla 1. Esto es muy útil para brindarles a los diseñadores de alimentos las pautas para la optimización de los procesos productivos y las formulaciones de los productos.
Tabla 1: Fenómenos y posibles mecanismos de desestabilización después del punto de gelificación durante la formación del yogur a diferentes temperaturas.

Resumen
El sistema de análisis de estabilidad del dispositivo MS 20 y su correspondiente software MSC ofrecen un modo simple, rápido y confiable para estudiar el proceso de gelificación y los mecanismos de desestabilización en la formación del yogur. Es posible detectar los cambios de forma sensible y objetiva, lo que le permite a los diseñadores de alimentos anticipar y cuantificar los problemas de estabilidad, y facilita el desarrollo del producto de forma efectiva en cuanto al tiempo y el costo.

Nota de aplicación
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