Fermentacion. Simulación de procesos fermentativos “Elaboración de yogurt”

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción

Ingeniería en Alimentos

Laboratorio de Alimentos 102

Reporte #1

Simulación de procesos fermentativos “Elaboración de yogurt”

Integrantes:

- Ricardo Ávila

- Melany Onofre

- Anthony Triviño

Profesora: Diana Coello, PhD.

INTRODUCCIÓN

La fermentación láctica tiene como resultado la producción de etanol, bacteriocinas y ácido láctico, dichos compuestos ayudan a que la leche adquiera nuevas propiedades organolépticas y prolongan su conservación. Los principales microorganismos involucrados en este tipo de fermentación son las bacterias acido lácticas (BAL), estas bacterias tienen la capacidad de producir ácido láctico como metabolito principal, a través de azucares como la lactosa encontrada en la leche (Ramírez et al., 2011).

Dentro de los productos elaborados a través de la fermentación ácido-láctica, uno de los más importantes es el Yogurt. Este alimento se forma a través de dos bacterias termófilas: L. bulgaricus y S. thermophilus. Cuando ambas bacterias actúan juntas en el yogurt, la generación de ácido-láctico es mayor y más rápida en comparación a si se desarrollaran de manera separada, esto se debe a una relación especial simbiótica que existe entre ambos microorganismos. Los lactobacilos poseen la capacidad de degradar proteínas para la generación de aminoácidos y péptidos, los cuales son necesarios para el desarrollo de los estreptococos, a su vez, los estreptococos generan ácido fórmico y a partir del ácido α-cetopropanóico, los cuales son aprovechados por los lactobacilos, estableciendo de esta manera una protocooperación entre dichas bacterias (Mestres y Romero, 2004).

El proceso de elaboración del yogurt consiste en el ajuste del contenido de solidos totales, luego se pasteuriza la mezcla, se deja enfriar a 42°C, para luego agregar el cultivo láctico e incubarlo durante 180 minutos hasta que el nivel de acidez llegue a 0.7%, finalmente, la mezcla se almacena en un cuarto frio donde la acidez aumentará a 0.90%. Dependiendo de la textura que el yogurt posea puede ser bebible o de apariencia gelatinosa. En ciertas ocasiones se puede agregar fruta en forma de jalea al producto final (Revilla, 1982).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Primera Hipótesis: Manteniendo los valores bases de los factores y solo cambiando el porcentaje de inoculación se llega a un pH final ideal para los diferentes tipos de yogurt considerando el pH inicial de la leche.

El pH final ideal después de la etapa de fermentación de los diferentes tipos de yogurt está entre un pH de 4 a 4.6 (Hanna instruments, 2019). Manteniendo un tiempo de fermentación de 200 minutos, la relación entre Lactobacillus y Streptococcus inicial 1:1 y el pH de la leche en 6.6, el porcentaje de inoculación para un pH final ideal está en un rango de 1.1 % a 3.1 %.

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Figura 1. pH final ideal a un porcentaje de inoculación de 3.1

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Figura 2. pH final ideal a un porcentaje de inoculación de 1.1

Para “set yogurt” y “stirred yogurt” el pH donde se para la fermentación es a un pH 4.6. Normalmente el tiempo de fermentación se limita de 150 a 180 minutos para “set yogurt” (Lund et al., 2000). En nuestra simulación, como se puede observar en la Figura 1 y 2, se usaron los valores base de los factores, es decir, un tiempo de fermentación de 200 minutos. Nos podemos dar cuenta que sin cambiar algún otro factor el pH final entra en el rango deseado.

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Figura 3. Condiciones para “set yogurt”

Simulando las condiciones reales para “set yogurt” con un pH inicial de la leche de 6.6, se puede observar en la Figura 3 que se llega al pH ideal con un inoculo de 2.5% pero en un tiempo menor, de 160 minutos. En nuestro caso, sin cambiar las condiciones y con un tiempo de fermentación de 200 minutos como se puede observar en la Figura 2, el inóculo necesario solo es de 1.1%. Se puede observar, que no hay necesidad de gastar un porcentaje mayor de inóculo, sin embargo, este caso donde no se varían los factores, es un caso hipotético ya que las empresas habitualmente limitan los factores a rangos específicos basados en los costos se tendrán.

Por otro lado, el pH inicial que es el pH de la leche también se debe de tomar en cuenta, ya que esto afectará el crecimiento debido a los pH óptimos de cada bacteria.

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Figura 4. pH inicial de la leche modificado con 1.1% de inóculo

Se puede observar en la Figura 4 a comparación de la Figura 2 que el pH final es más bajo, de 4.33. Nos damos cuenta de que el pH inicial afecta al final y por lo tanto el % de inóculo se tendrá que modificar para llegar en este caso a un pH de 4.6 para “set yogurt”. Es decir, que es importante estandarizar la leche que se va a utilizar para los procesos de fermentación, ya que el pH de la leche puede variar por proveedor y aunque el cambio en pH es mínimo cuando termina la fermentación y entran a almacenamiento, los procesos “post-souring” que ocurren durante este almacenamiento pueden llevar a un “over-souring” al tener un pH menor al deseado (Lund et al., 2000).

Segunda Hipótesis: La disminución del tiempo de fermentación y del porcentaje de inóculo, provoca un aumento en el pH final del yogurt 

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Figura 5. Tiempo de fermentación y porcentaje de inoculación estándar

Como se observa en la figura 5, se realizó la simulación con las condiciones óptimas de crecimiento tanto para Lactobacillus como para Streptococcus obteniendo como resultado el valor de pH de 3.82. En la gráfica podemos observar cómo mientras mayor es el tiempo de fermentación va disminuyendo el pH. Podemos ver en la gráfica que existe un tiempo de adaptación corto para el Lactobacillus, a diferencia del Streptococcus que no se observa tiempo de adaptación, sino fase exponencial hasta después 100 minutos, luego de esto se muestra su fase de latencia y para el tiempo de fermentación de 200 minutos se observa como el Lactobacillus también entra a la fase de latencia.

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