Quimica del Yogur. Elaborar un yogur de manera artesanal.

Objetivos de la investigación

Objetivo general

Elaborar un yogur de manera artesanal.

Objetivos específicos

1. Identificar las propiedades químicas de las sustancias reaccionantes en la elaboración de un yogur artesanal.
2. Demostrar la elaboración de un yogur artesanal.

Marco teórico

Dado que la mira central de esta investigación estará puesta en la elaboración del yogur casero mediante la fermentación láctica, será necesario plantear algunos parámetros que sirvan de ejes conceptuales sobre los que apoyar el proyecto. Para empezar, entenderemos el concepto de yogur, que es nuestro principal objetivo de investigación, también el concepto de cada sustancia presente en la elaboración del yogur, y temas primordiales como la definición de química organica y sus áreas de estudio debido a que la glucosa es un compuesto que se encuentra presente en el proceso de  la fermentación láctica.

• Yogur: El yogur es un producto lácteo obtenido mediante la fermentación bacteriana de la leche. Si bien se puede emplear cualquier tipo de leche, la producción actual usa predominantemente la leche de vaca. La fermentación de la lactosa (el azúcar de la leche) en ácido láctico es lo que da al yogur esa textura y sabor tan distintivo. A menudo, se le añade chocolate, fruta, vainilla y otros saborizantes, pero también puede elaborarse sin añadirlos. La vida comercial del yogur estando en refrigeración es de tres semanas. Con la finalidad de mejorar la capacidad de conservación del mismo se crea el yogur pasteurizado o de larga duración, que tiene un periodo de conservación de meses y no necesita refrigeración. En el proceso de fermentación, los microorganismos producen vitaminas del grupo B necesarias para su metabolismo, aunque reducen el contenido de algunas ya presentes en la leche como la vitamina B12 y vitamina C. Contiene minerales esenciales, de los que destaca el calcio, como en cualquier producto lácteo.
• Leche: La leche es una secreción nutritiva de color blanquecino opaco producida por las células secretoras de las glándulas mamarias o mamas de las hembras de los mamíferos, incluidos los monotremas. La principal función de la leche es la de nutrir a las crías hasta que son capaces de digerir otros alimentos, además de proteger su tracto gastrointestinal contra patógenos, toxinas e inflamación y contribuir a su salud metabólica regulando los procesos de obtención de energía, en especial el metabolismo de la glucosa y la insulina. Esta capacidad es una de las características que definen a los mamíferos. Es el único fluido que ingieren las crías de los mamíferos (del niño de pecho en el caso de los seres humanos) hasta el destete. La secreción láctea de una hembra en los días anteriores y posteriores al parto se llama calostro. Las leches de algunos de los mamíferos domésticos (de vaca, principalmente, pero también de búfala, oveja, cabra, yegua, camella, alce, cerda y otros) forman parte de la alimentación humana corriente en algunas culturas, base de numerosos productos lácteos, como la mantequilla, el queso y el yogur, entre otros. Es muy frecuente el empleo de derivados de la leche en las industrias agroalimentarias, químicas y farmacéuticas, como la leche condensada, la leche en polvo, la caseína o la lactosa.

• Bacterias que se utilizan para elaborar el yogur:

• Lactobacilos búlgaros, nombre común con el que se conoce a las colonias de las bacterias Lactobacillus bulgaricus, las cuales son conglomerados de bacterias lácticas y levaduras de asociación simbiótica estable embebidas en una matriz de polisacáridos, cuyo tamaño varía de entre 5mm y 2.5 mm; de consistencia elástica y de color blanco-amarillento (Ulloa- Lappe, 1993). A pesar de que fueron descubiertas por el búlgaro Dr. Stamen Grigorov en 1905 (1878 -1945), siendo aún estudiante de medicina, las bacterias Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, las responsables de la fermentación de la leche, ya eran conocidas por los antiguos tracios que vivían en el territorio de la Bulgaria moderna desde 6000-7000 a. C. Las utilizaron para inducir la fermentación de la leche de oveja para obtener yogur, queso, entre otros, y que serían los primeros alimentos pro-bióticos en el mundo. Los lactobacilos búlgaros presentan tres formas estructurales diferentes: laminar, enrollada y convoluta; los microorganismos que las constituyen presentan una disposición de estratos definida. La forma laminar presenta dos superficies, una lisa, colonizada por lactobacilos cortos y una rugosa, en la que predominan las levaduras; entre ambas se encuentra una porción intermedia, donde existe una sustitución de bacilos cortos por levaduras. La forma de convoluta presenta tres capas: la externa, con predominancia de lactobacilos cortos, la media con lactobacilos largos rectos, lactobacilos largos curvos y algunas levaduras y la interna con lactobacilos excrementus y abundantes levaduras embebidos en una matriz cavernosa (Aguilar, 1997). Se utiliza en la tecnología tradicional de la fermentación de la leche empleando estas bacterias como cultivo iniciador, que puede recuperarse por filtración y usarse infinitamente, siempre y cuando se observen algunas medidas mínimas de higiene. Estos productos han sido importantes en la historia del hombre, las fermentaciones han sido utilizadas por siglos en muchos países y su origen se pierde en los albores del tiempo. Se cree que aparecieron como resultado del crecimiento espontáneo de microorganismos bajo condiciones adecuadas para efectuar la fermentación y así evitar la descomposición.
• Streptococcus thermophilus (antiguamente Streptococcus salivarius subsp. thermophilus) es una especie de bacteriaGram-positiva anaerobia facultativa. Es un organismo citocromo, oxidasa y catalasanegativo, inmóvil, no formador de esporas y homofermentativo. Streptococcus thermophilus es una especie alfa-hemolítica del grupo viridans. También clasifica como una bacteria ácido láctico (acrónimo en inglés: LAB). Streptococcus thermophilus se halla en productos fermentados lácticos. Es un probiótico (sobrevive en el estómago) y generalmente se usa en la producción de yogurt. El Streptococcus thermophilus es una bacteria gram positiva anaerobia facultativa. Esto último quiere decir que puede desarrollarse tanto en presencia como en ausencia de oxígeno, por lo que pueden llevar a cabo tanto respiración convencional como procesos fermentativos, en los que entra en juego la elaboración del yogur. Por el tipo de fermentación que realiza es considerada una bacteria ácido láctica y por su capacidad para formar parte de la flora bacteriana del estómago se encuentra dentro del grupo de las bacterias probióticas.

• Historia del yogur: El origen del yogur se sitúa en Turquía aunque también hay quien lo ubica en los Balcanes, Bulgaria o Asia Central. Su nombre tiene el origen en un término búlgaro: “jaurt“. Se cree que su consumo es anterior al comienzo de la agricultura. Los pueblos nómadas transportaban la leche fresca que obtenían de los animales en sacos generalmente de piel de cabra. El calor y el contacto de la leche con la piel de cabra propiciaba la multiplicación de las bacterias ácidas que fermentaban la leche. La leche se convertía en una masa semisólida y coagulada. Una vez consumido el fermento lácteo contenido en aquellas bolsas, éstas se volvían a llenar de leche fresca que se transformaba nuevamente en leche fermentada gracias a los residuos precedentes. El yogur se convirtió en el alimento básico de los pueblos nómadas por su facilidad de transporte y conservación. Sus saludables virtudes eran ya conocidas en la Antigüedad. Unos siglos más tarde se descubriría su efecto calmante y regulador intestinal.Metchnikoff, que recibió el premio Nobel en 1908, fue el primer científico en intuir los efectos del yogur en la flora intestinal. Demostró que el yogur contenía bacterias capaces de convertir el azúcar de la leche -lactosa- en ácido láctico y que este ácido hacía imposible el desarrollo de bacterias dañinas en el intestino derivadas de la descomposición de los alimentos. También descubrió la enorme cantidad de vitaminas del grupo B que contiene el yogur. Las bacterias Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, responsables de la fermentación de la leche, ya eran utilizadas, hacia el 6000 o 7000 a. C., por los tracios que vivían en la actual Bulgaria. Fueron ellos quienes las utilizaron para inducir la fermentación de la leche de oveja y de esa forma obtener yogur, queso, etc. Dichos productos son los primeros alimentos prebióticos en el mundo. La bacteria que contiene éste, ataca, bloquea y neutraliza las toxinas, depurando el organismo. La bacteria causante de la fermentación láctica fue descubierta en 1903 por el doctor búlgaro Stamen Grigoroff, quien publicó y presentó su trabajo científico dedicado al yogur ante el Instituto Pasteur de París, Francia. En su honor, la nueva bacteria descubierta fue llamada inicialmente Bacterium bulgaricum Grigoroff, aunque después pasó a denominarse Lactobacillus bulgaricus.
• Alimentos prebióticos: Los prebióticos son una clase de alimentos funcionales, definidos como: "Ingredientes no digeribles que benefician al organismo, mediante el crecimiento y/o actividad de varias bacterias en el colon, mejorando la salud".1 La definición de prebiótico es literalmente como "promotores de vida" (contrario a antibiótico).
• Composición del yogur: La elaboración de yogur requiere la introducción de bacterias ‘benignas’ específicas en la leche bajo una temperatura y condiciones ambientales controladas (muy cuidadosamente en el entorno industrial). El yogur natural o de sabores de textura firme, requiere de una temperatura de envasado de aproximadamente 43 °C. Y pasar por un proceso de fermentación en cámaras calientes a 43 °C. Para obtener el grado óptimo de acidez; este proceso puede llegar a durar aproximadamente cuatro horas. Una vez obtenida, debe enfriarse hasta los 5 grados para detener la fermentación. En los yogures batidos, los de textura cremosa, con o sin frutas, el proceso es diferente, en cuanto la fermentación se realiza en depósitos, previo al proceso de envasado, que se realiza en frío, por lo que no necesita de fermentación posterior. Las bacterias utilizan como fuente de energía la lactosa o azúcar de la leche, y liberan ácido láctico como producto de desecho; este provoca un incremento de la acidez que hace a su vez que las proteínas de la leche precipiten, formando un gel. La mayor acidez (ph 4-5) también evita la proliferación de otras bacterias potencialmente patógenas. El primer estudio bacteriológico acerca del yogur fue realizado por Grigoroff, quien detectó la presencia de tres distintos microorganismos, "diplostreptococcus".

• Procesor químicos utilizados en la producción del yogur:

• Pasteurización: La pasteurización o pasterización, es el proceso térmico realizado en líquidos (generalmente alimentos) con el objetivo de reducir la presencia de agentes patógenos (como por ejemplo ciertas bacterias, protozoos, mohos, levaduras, etc.) que puedan contener. Este proceso de calentamiento recibe el nombre del que lo llevó a cabo por primera vez, el científico-químico francés Louis Pasteur (1822-1895). La primera pasteurización fue realizada el 20 de abril de 1864 por el propio Pasteur y su colega Claude Bernard. Uno de los objetivos del tratamiento térmico es una "esterilización parcial" de los alimentos líquidos, alterando lo menos posible su estructura física, sus componentes químicos y sus propiedades organolépticas. Tras la operación de pasteurización, los productos tratados se enfrían rápidamente y se sellan herméticamente con fines de seguridad alimentaria; por esta razón, es básico en la pasteurización el conocimiento del mecanismo de la transferencia de calor en los alimentos. A diferencia de la esterilización, la pasteurización no destruye totalmente las esporas de los microorganismos, ni elimina todas las células de microorganismos termofílicos.
• Fermentación láctica: es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en la matriz citoplásmica de la célula, en la cual se fermenta la glucosa (se oxida parcialmente) para obtener energía metabólica y un producto de desecho que principalmente es el ácido láctico(fermentación homoláctica), además de otros ácidos (fermentación heteroláctica). Se trata de un proceso biológico en el que los azúcares presentes en el medio (generalmente azúcares de seis carbonos como son la glucosa, galactosa y fructosa) se transforman en ácido láctico. La presencia de ácido láctico como metabolito en los alimentos provoca la desactivación de los procesos de descomposición, y por lo tanto la fermentación láctica es tradicionalmente empleada como un método de conserva de alimentos. Las bacterias capaces de promover este proceso biológico se denominan bacterias lácticas.

• Preparación y tratamiento insustrial de la leche: El extracto seco de la leche de partida es un factor importante en la fabricación, pues condiciona la consistencia y viscosidad del producto. Las proteínas mejoran la textura y la materia grasa proporciona un sabor más suave, cremoso y un mejor aroma. La leche enriquecida se somete a la pasteurización a 90-95 grados centígrados con un tiempo de resistencia en la cámara de 3 a 5 minutos. Una pasteurización demasiado elevada (más de 5 minutos) tiene un efecto nocivo en el producto. Este tratamiento tiene por objeto la destrucción de los gérmenes patógenos, y permite también la destrucción de algunas sustancias inhibidoras naturales. Además causa un tercer efecto que produce retención del agua y mejora de la consistencia.

• Desarrollo de la fermentación: esta etapa, llamada generalmente fase de acidificación es la etapa característica de la fabricación del yogur, se caracteriza por tener dos fases, de siembra y de incubación.

• La siembra: consiste en la inoculación de los gérmenes específicos del yogur, el Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus.

• La incubación: corresponde al desarrollo de la acidez del yogur y depende de dos factores; la temperatura y el tiempo. La temperatura debe ser óptima para el desarrollo del  Streptococcus thermophilus, es decir entre los 42-45 grados centígrados, ya que es preferible que los mismos inícienla fermentación.

• La química del yogur: la composición química del yogur cambia según el tipo de leche utilizada (leche entera de vaca, de cabra, de oveja, o de otros animales) y según la adición d sustancias aromatizantes o de fruta. Los ingredientes y el modo de elaboración determinan los tipos de yogur: líquidos, cremosos, desnatados, con frutas, entre otros. Las vitaminas más importantes contenidas en el yogur son la vitamina A, B1, B2, B6, B12, C, D, I. Los principales minerales son el calcio, el fosforo, el potasio y el sodio. El yogur preparado con leche de vaca parcialmente descremada (o desnatada) contiene 88,50% de agua, 3,50% de proteínas, 1,80% de lípidos, 5,00% de glúcidos y un aporte energético de 49Kcal cada 100 gramos.

• Química Orgánica: La Química Orgánica se define como la rama de la Química que estudia la estructura, comportamiento, propiedades y usos de los compuestos que contienen carbono, tanto de origen natural como artificial. A los compuestos que contienen carbono se les llama compuestos orgánicos. Muchos compuestos orgánicos son muy famosos y conocidos, aquí tienes algunos ejemplo:
  

   - Propano: CH3CH2CH3 Usado en el Gas Doméstico.
   - Etanol: CH3CH2OH 
   - Acetona : CH3COCH3 
   - Ácido Acético : CH3COOH 
   - Glucosa : C6H12O6 
   - Urea : CO (NH2)2 

• Bioquímica de la fermentación: [pic 1]

“Hidrolisis de la lactosa”.

La galactosa se convierte en glucosa que es el substrato inicial para la fermentación. La glucosa forma el piruvato que posteriormente puede ser transformado en ácido láctico por la enzima deshidrogenasa láctica y en acetaldehído por una serie de enzimas entre las cuales se encuentra la piruvato decarboxilasa.

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