Coordinador y Autor - Instituto Tomás Pascual Sanz

Coordinador y Autor:
Dr. Salvio Jiménez Pérez
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ISBN: 978-84-693-9277-5
Obtención de la leche para su tratamiento industrial . . . . . . . . . . Pág. 5
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
Refrigeración de leche. Química de la leche
. . . . . . . . . . . . . . . . Pág. 21
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización . . . . . . . . . . . . . Pág. 35
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos . Pág. 47
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
Controles analíticos de leches en la industria
. . . . . . . . . . . . . . . Pág. 63
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
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Obtención de la leche
para su tratamiento industrial
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
La leche procede de las hembras de abasto productoras, que son principalmente la vaca, la oveja y la cabra; existe también leche producida por otras
especies, pero es en cantidades insignificantes.
La leche se produce en la ubre o mama, está constituida por glándulas,
cuartos o cuarterones, que varían según la especie; son cuatro en la vaca y
dos en la oveja o en la cabra. Cada glándula está constituida por un tejido
formado por numerosos acinis o alveolos, agrupados en racimos y tapizados interiormente por células que segregan la leche. Estos acinis comunican con unos finos conductos (canales excretores) de los cuales la leche
pasa a los canales colectores, más importantes, llamados canales galactóforos o conductos galactóforos, los cuales desembocan en una cisterna
que puede llegar a contener 300 o 400 ml de leche, denominado “seno
galactóforo”, que a su vez se prolonga por la cisterna del pezón o tetilla,
ésta se abre al exterior por un pequeño conducto o canal, cuyo orificio se
cierra por un poderoso esfínter.
Factores hormonales que regulan la producción láctea
La secreción láctea está estrechamente ligada a la actividad sexual del animal
lechero. El desarrollo de la mama tiene lugar durante la pubertad del animal
y se acentúa durante la gestación; el parto desencadena la secreción láctea.
Se sabe que todas las manifestaciones fisiológicas dependen de hormonas
presentes en la circulación sanguínea. El aumento del tamaño de la mama
debido al particular crecimiento de los acinis está en relación con la existencia de la hormona foliculina, que procede del ovario y de la placenta, así como
Obtención de la leche para su tratamiento industrial
la progesterona, hormona elaborada en el cuerpo amarillo o cuerpo lúteo. En
el curso de esta fase, que constituye el preludio de la secreción láctea, la foliculina desempeña un papel muy importante: prepara la hipófisis para la secreción de una hormona galactógena, la prolactina. La instauración de la secreción láctea se debe a la desaparición de la foliculina en el momento de la
expulsión de la placenta en el parto.
La presencia de esta hormona, la foliculina, inhibe la secreción de prolactina por
parte de la hipófisis (la foliculina “prepara” pero “inhibe” la secreción láctea).
Tabla 1. Composición comparada de la leche y el calostro (en gramos
por litro).
Sustancias nitrogenadas
Densidad Materia seca Grasas Totales Caseínas Albúminas Globulinas Lactosa Minerales
Calostro
(primer
ordeño). 1,060
252
50
160
30
40
80
30
12
Leche.
130
39
35
27
4,5
0,7
49
7,5
1,032
El mantenimiento de la producción láctea está asegurada por la elaboración
continuada de prolactina, sin embargo, la elaboración de prolactina va disminuyendo gradualmente después del parto, lo que explica la disminución progresiva de producción de leche en el curso del periodo de lactación. Los factores hormonales juegan un papel fundamental en la aparición y mantenimiento de la
secreción láctea, ligados al individuo, raza, alimentación y estado de salud.
También se conoce el mecanismo de evacuación de leche, se trata de un acto
reflejo neuro-hormonal. La excitación nerviosa producida a nivel de la mama por
el masaje y la manipulación de la ubre, para la preparación del ordeño, llega a la
hipófisis, que segrega la hormona oxitocina. Esta hormona transportada por vía
sanguínea produce la contracción de los acinis provocando la eyaculación de la
leche; esta acción es breve, pues cesa al cabo de 10 minutos. Por esto es importante efectuar el ordeño con rapidez, mientras dura el efecto de la oxitocina.
El entorno de las vacas lecheras durante el ordeño debe carecer de estímulos
inhibidores de esta función, como ruidos, vibraciones, malos olores, etc., pues
entorpecen la liberación de oxitocina o la ralentizan y detienen. Por tanto, la
tranquilidad en las salas de ordeño debe ser máxima.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
También es necesario insistir en una buena conformación de la ubre y pezones, que faciliten la adecuada evacuación de la leche por su adaptación a las
máquinas de ordeño y pezoneras. Por ello, el ganadero debe elegir bien los
animales adecuados para esta función. Estos factores gobiernan la facilidad
de ordeño y la buena calidad de la leche.
Mecanismo de elaboración de la leche en la mama
Los componentes de la leche no proceden de la sangre o de la linfa por simple filtración a través de las células que tapizan la superficie interna de los acinis, pues la sangre tiene algunos componentes, como son la urea y las sales
minerales, que no existen en la leche, y otros, como la caseína, la lactosa y el
ácido cítrico, existentes en la leche que no están en la sangre.
Tabla 2. Composición comparada del plasma sanguíneo y de la leche
de vaca (en gramos por kilogramo).
Elementos
Agua.
Glúcidos.
Prótidos totales.
Holoproteínas.
Caseína.
Plasma sanguíneo
910
0,5
Leche
880
48
76
33,5
76
6,5
–
27
4,5
38,5
Triglicéridos.
0,5
38
Colestéridos.
1,7
Trazas
Fosfolípidos.
2,3
0,4
Cenizas.
9
7
Fósforo.
0,1
1
Cálcio.
0,1
1,2
Sodio.
3,4
1
Potasio.
0,3
1,5
Cloro.
3,5
1
Trazas
2
Lípidos totales.
Materias minerales.
Ácido cítrico.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Por esto es necesario admitir una síntesis de estos elementos específicos producidos en la mama, a partir de los materiales extraídos de la circulación sanguínea. Además, de 400 litros de sangre que circulan a través de la mama sólo
producen 1 litro de leche.
Tabla 3. Composición de las principales leches (en gramos por litro).
Materias grasas
Origen
Extracto
seco total
Materia
grasa
Azúcares
Caseína
Albumina
y globulina
Sales
Mujer.
117-120
32-35
65-70
10-12
5-6
2-3
Vaca.
125-130
35-40
47-52
27-30
4-5
9-9,5
Yegua.
95-100
9-15
60-65
10-12
7-8
3-4
Asna.
95-105
10-12
60-70
8-12
7-9
4-5
Cabra.
125-145
35-50
40-50
30-32
5-7
7-9
Oveja.
170-175
55-70
43-50
45-50
8-10
9-10
165-175
68-75
48-50
32-34
7-9
10-10,5
Esta síntesis que tiene lugar en la ubre no se conoce todavía en su totalidad,
pero sí el aspecto histológico del proceso.
Figura 1. Esquema simplificado del reflejo neurohormonal que provoca
la eyección de leche.
Médula espinal
Nervios transmisores de la
información al cerebro
Hipotálamo
Hipófisis
Oxitocina
hacia la mama
La emisión
de oxitocina
provoca la
eyección de leche
Oxitocina en la sangre
Corazón
Estimulación de la
ubre por el ordeño
Cuando la ubre es estimulada, la información es transmitida por vía nerviosa al hipotálamo, que a
su vez la envía a la hipófisis, glándula situada en la base del cerebro. Ésta responde segregando
oxitocina, que es vertida al torrente circulatorio y alcanza la mama 20 segundos más tarde (según
Whittlestone, 1968).
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
En el curso de la secreción láctea, las células epiteliales de los acinis aumentan de tamaño, alargándose por los materiales extraídos de la sangre y de la
linfa, que riegan el tejido mamario. Estos materiales son escogidos por las
células, algunos aparecen en la leche pero en dosis diferentes a la sangre.
Otros, por el contrario, desaparecen después de haber participado en la síntesis de los constituyentes específicos de la leche. Así, por ejemplo, la lactosa procede de la trasformación de la glucosa de la sangre (procedente del
glucógeno), precursora de dos “osas”, glucosa y galactosa, que intervienen
en la constitución del disacárido lactosa.
Los prótidos, principalmente la caseína, son elaborados a partir de los aminoácidos libres del plasma o de aminoácidos procedentes de la degradación de
proteínas plasmáticas.
La grasa de la leche se sintetiza por dos procedimientos distintos, el primero
lleva consigo la absorción por la mama de los triglicéridos del plasma, acompañado de una redistribución o por una sustitución de los ácidos grasos en las
moléculas de los glicéridos. Así se sintetiza el 20% de la grasa de la leche.
El segundo procedimiento es más importante, consiste en la formación de triglicéridos a partir de ácidos grasos libres y de la glicerina sintetizada en la
propia glándula mamaria.
Hay que mencionar en particular el papel del ácido acético formado en el aparato digestivo de los rumiantes por acción de la microflora del rumen; a partir del
acetato, por condensación, es como se elaboran en la mama los ácidos grasos
saturados de 4 a 16 átomos de carbono constitutivos de la grasa de la leche.
Figura 2. Esquema de una ubre.
Alveolo
Leche
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Figura 3. Estructura esquemática de la mama.
Canales excretores
unidos a los acinis
Canales
galactóforos
Seno galactóforo
o cisterna de la
glándula mamaria
Tejido
Seno o cisterna del pezón
Canal del pezón
Tras haber acumulado las materias precursoras de los constituyentes de la
leche, las células de los acinis hinchados sufren una degradación. Su parte
apical se rompe y cae, y esta parte, acompañada del agua en la cavidad de
los acinis, forma la leche.
Este mecanismo de elaboración, sin duda muy original, ha hecho decir que la
leche no es el resultado de una verdadera secreción, sino más bien se trata de
un producto “de regeneración”, pues procede de la lisis de un epitelio abundante cuyas células grasas mueren y son eliminadas.
Figura 4. Esquemas de la estructura de una célula mamaria y de la
evolución de un acinis (según Porcher).
Porción apical que
pasa a la cavidad
del acinis para
formar la leche
Cuerpos grasos
Núcleo degenerado
Zona de ruptura
de la célula
Núcleo
Mitocondrias
Estructura de una célula
mamaria en vía de desarrollo
Membrana basal
Cavidad
Evolución funcional
de un acinis
Células
mamarias
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Siempre se ha creído que la secreción láctea se producía durante el ordeño, esto no es exacto, la leche se acumula en la mama en el curso del tiempo que separa dos ordeños. Cuando la presión de la mama alcanza cierto
valor, la secreción se detiene y rápidamente empieza la reabsorción de los
constituyentes precedentemente elaborados, disminuyen la lactosa, la
caseína y la grasa, y se produce aumento de los cloruros destinados a restablecer el equilibrio osmótico entre la secreción modificada, “leche retenida”, y el suero sanguíneo. Esto es lo que justifica por qué debe realizarse un ordeño completo.
Tipos de leche
Existen tres tipos de leche:
• Leche cisternal.
• Leche alveolar.
• Leche residual.
Leche cisternal: es la leche obtenida si se introduce una cánula en el pezón
antes del ordeño; se puede comprobar cómo una cantidad de leche se evacua espontáneamente, simplemente por la acción de la gravedad. La leche
así obtenida se denomina “leche cisternal” y su contenido en grasa es bajo y
representa el 20-35% del total del volumen de leche.
Leche alveolar: tras la extracción de la leche cisternal, si se estimula la ubre
mediante un masaje, aparece, de 15 a 20 segundos más tarde, un chorro cuyo
caudal aumenta rápidamente, esta es la leche alveolar, que es la contenida en
los acinis. Representa el 50-70% de la leche, con una tasa butírica más elevada que la media de la composición normal de la leche.
Leche residual: es la leche que se obtiene tras inyectar intravenosamente la
hormona “oxitocina”, entonces se observa que, transcurridos de 20 a 30
segundos de la inyección, aparece una nueva evacuación de leche que cesa
rápidamente; esta operación se puede repetir de dos a tres veces con sucesivas inyecciones. Esta leche se denomina residual y representa de un 10 a un
15% del total de la leche. Este tipo de leche no se obtiene con prácticas de
ordeño habituales de uso y su tasa butírica es muy elevada.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Figura 5. Alveolo glandular antes y después.
Recogida de la leche
La forma de recoger la leche es mediante el ordeño, éste no debe repercutir
en la salud del animal y debe obtenerse la leche con la máxima calidad.
El ordeño debe ser: rápido, completo e indoloro.
El operario u ordeñador debe mantener unas condiciones higiénicas adecuadas; debe tener las manos recién lavadas y secadas correctamente y la ropa
de faena debe estar limpia, así como los recipientes y los locales de trabajo.
El animal debe ser lavado y secado en flancos, piernas y ubres, se debe sujetar el rabo, y la ubre, específicamente, debe de ser lavada con un desinfectante suave.
El material de recogida (cubos, recipientes, maquinas de ordeño y pezoneras)
debe estar perfectamente limpio y seco.
Las mayores contaminaciones y, por tanto, disminución de la calidad de la
leche se debe a no estar los útiles de ordeño lo suficientemente limpios.
Clases de ordeño: manual y mecánico
Ordeño manual: se realiza mediante un masaje de la ubre por fricción con un
paño a 60 ºC, con esto se excita la secreción de “oxitocina” de la sangre a la
mama, esto coadyuva a la liberación de leche y reduce el tiempo de ordeño,
que debe ser de 5 a 7 minutos, máximo 10.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
El ordeño debe realizarse en seco para evitar grietas, heridas, rozaduras, etc.;
para favorecerlo, puede emplearse un lubricante suave: vaselina, glicerina y
alcohol, etc.
Los primeros chorros de leche deben desecharse o se pueden emplear para
toma de muestras de control o análisis.
Las clases de ordeño manual son: pulgar, puño o pellizco.
Formas de ordeño:
1.º Transversal: en cuarterones derecho e izquierdo.
2.º Diagonal: en cuarterones anterior derecho y posterior izquierdo y contrarios.
3.º Lateral: en cuarterones del lado derecho y del lado izquierdo.
Al final deben apurarse las ubres para evitar restos.
Ordeño mecánico: este tipo tiende a imitar al ternero, al cordero o al cabrito
al mamar, que produce una presión con la lengua y después una aspiración.
Los elementos de una máquina de ordeño son:
• Cuatro pezoneras o manguitos de ordeño.
• Un recipiente colector.
• Una bomba de vacío.
Máquinas:
• De acción simple.
• De acción doble.
Las máquinas de ordeño u ordeñadoras de acción simple son más baratas y
constan de:
• Cuatro pezoneras de plástico o goma.
• Una serie de tubos al cántaro colector.
• Una válvula para que no se suelten durante el ordeño.
Las máquinas de doble acción producen una aspiración y una presión o masaje.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Las pezoneras son metálicas o de material rígido, con un manguito interior de
goma y con un espacio anular de la pezonera.
Características:
Deben de ser de forma que impida el agarrotamiento al final del ordeño,
tener una buena flexibilidad para una buena adaptación, dar una tensión suficiente para el masaje, ser resistentes al deterioro por las grasas y fáciles de
desmontar y limpiar.
Se llama llave de la leche el lugar donde confluyen las pezoneras al colector
y distribuyen el vacío de las pezoneras al colector.
El recipiente o colector puede ser de vidrio, de acero inoxidable o de una
aleación de aluminio.
El pulsador produce en las pezoneras presión y vacío y pueden ser de diferentes tipos y formas.
La bomba de vacío produce la depresión que permite la aspiración de la
leche y el funcionamiento del pulsador. Hace vacío y emite aire comprimido
de 3-8 kg/cm2.
Los equipos de ordeño deben ser silenciosos (motor, pistones, etc.) o no emitir excesivo ruido.
Las salas de ordeño pueden ser de diversas formas: paralelas, en forma de
espiga, redondas o radiales.
Funcionamiento de la sala de ordeño
• En primer lugar, se prepara y se limpia la sala de ordeño y todos sus componentes adecuadamente.
• Se recogen aparte los primeros chorros de leche para el control bien de
los componentes de la leche, bien para el estado de salud del animal.
• Se aprovecha el tiempo del ordeño para administrar el suplemento proteico en la alimentación del animal y, en cierto modo, condicionar el periodo
de ordeño con una sensación más agradable al animal.
• Al cabo de 6 minutos el ordeño está realizado.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
• Se debe apurar las ubres al retirar las pezoneras.
• A los 4-5 minutos se ha realizado el ordeño por ordeño, lo que supondría que 18-20 vacas puedan ser ordeñadas en 1 hora. Dos operarios
en una sala de ordeño mecanizada pueden atender a 90-100 vacas.
Una sala de ordeño bien mecanizada y funcional atendería a 150 vacas en
1 hora.
Mantenimiento
Un buen mantenimiento equivale a:
• Un funcionamiento adecuado.
• Una gran duración del equipo.
• Una buena calidad del producto obtenido.
Es muy importante la limpieza de todos y cada uno de los elementos que
entran en contacto con la leche, para esto es necesario un fácil montado y
desmontado de toda la maquinaria para su buena limpieza y su sustitución.
Ordeño de cabras y ovejas
Los procedimientos previos son los mismos que para las vacas, especialmente la limpieza y preparación. Las máquinas de ordeño tienen los mismos principios, varían únicamente los pulsadores, que en vez de ser mecánicos, son
electromagnéticos, para dar unas 178-180 pulsaciones por minuto. El ordeño
se realiza en 3-4 minutos.
Las cabras y ovejas deben ser fijadas en las celdas de ordeño; pueden ser
ordeñadas 200 ovejas o cabras en 1 hora. Se debe también repasar las ubres,
sino se perdería el 29% de la producción. Se puede hacer el repasado bien a
mano o bien cambiando la ordeñadora a una segunda colocación, en este
caso bajaría el ordeño a 130 cabras u ovejas por hora.
El objetivo de un buen ordeño es obtener leche con menos de 100.000 ufc/m
(unidades formadoras de colonias por minuto), es decir, del orden de 3.000 ó
4.000 ufc/m.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Esto se consigue con:
• Un buen estado de los manguitos de ordeño o pezoneras.
• Una limpieza adecuada de las instalaciones.
La limpieza correcta de las instalaciones se realiza desarmando los equipos y
limpiándolos. En las salas de ordeño, además, las máquinas tienen un programa automático de limpieza que combina productos químicos y vapor homologados. En la calidad de la leche también interviene el adecuado trasiego, el
agitado de la leche, la extracción de gases de la leche y un enfriamiento conveniente del producto.
En la leche se producen fenómenos de proteólisis y lipólisis, que se evitan con
el ordeño a vacío. También influyen: la raza, la predisposición al ordeño mecánico y el régimen alimenticio. Se pueden producir transmisiones de mamitis
por las pezoneras; el estado general de salud de los animales influye también
en la calidad. La retención de las últimas fracciones de la leche más ricas en
grasa influye en la calidad composicional de la leche.
La ordeñadora es la máquina de mayor uso en una granja dedicada a la producción de leche, por tanto, debe tener un periodo largo de amortización o,
lo que es lo mismo, debe ser de muy buena calidad. El control de seguimiento de la calidad en sus diferentes fases es muy importante: en el medidor de
flujo (0,2 l/m), en las fases del ordeño y en el final del apurado, tras el cual se
interrumpe el masaje y se sueltan las pezoneras.
Calidad de la raza
Es importante para la velocidad del ordeño, para la adaptación a la ordeñadora y para la metodología.
• Un ordeño al día disminuye la producción de leche en vacas.
• Las ovejas y cabras, por el contrario, sólo se ordeñan una vez al día.
• Dejar de ordeñar los domingos es perjudicial.
• Las ovejas manchegas pueden dar 1 litro de leche diario durante un periodo
de lactación de 100 días.
• Las cabras murciano-granadinas pueden llegar a dar 2 litros de leche diarios.
• La calidad de la leche influye en el rendimiento leche/queso.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Recogida de la leche
Puede realizarse en cántaras o en cisternas; el personal debe ser especializado, bien sea en cántaras, cisternas, contenedores o camiones cisterna.
Las funciones de este tipo de personal son clasificar y juzgar la calidad de la
leche, mediante la toma de muestras para análisis químicos y microbiológicos, así como de volumen. Controlar las condiciones higiénicas del ganado y
del equipo de ordeño y limpiar el camión; supervisar el estado de las cisternas, el estado de las bombas, así como del equipo analítico y de toma de
muestras.
Evaluación sensorial de la leche
• En el color y apariencia: pueden aparecer grumos de grasa, debido a agitaciones, trasvases, violencia en el manejo, etc.
• En el sabor: pueden aparecer cambios de sabor debido a la calidad bacteriana y, como consecuencia, acidez.
• En cuanto al olor y sabor: puede tener olor normal y sabor dulce.
• En el olor: puede aparecer olor a forraje u otros alimentos, por ejemplo, a
heno, Clostridium, etc. Los olores se absorben por el pulmón o aparato
digestivo con los alimentos y llegan a la leche. También el olor a establo.
Sabores de origen microbiano: éstos se pueden producir por contaminación
microbiana, por refrigeración insuficiente o por prolongados periodos de
refrigeración. Se produce una proliferación microbiana fundamentalmente de
bacterias psicrótrofas; su acción lipolítica da sabores amargos, rancios o difíciles de definir, por ejemplo, cartón o papel, etc.
Sabores producidos por reacciones químicas y enzimáticas dan sabores a oxidado producido por la acción de metales tales como cobre o hierro, o por la
acción de la luz. Otras causas dan sabores a cartón, sabor a metálico, a sebo,
a cocido o quemado. También se produce la rancidez hidrolítica causada por
lipasas. El sabor a leche rancia, sabor a jabón que aparece al final del periodo de lactación, puede producirse por aire en las tuberías de conducción de
leche, por mezcla de leche refrigerada con leche recién ordeñada.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Hay olores debidos a otros orígenes, como a pintura, gasolina, insecticidas o herbicidas, ácido carbónico, pomadas, desinfectantes, medicamentos, balsámicos,
etc.
Análisis rápidos de leche
Son:
• Determinación del extracto seco.
• Valor de la acidez y el pH.
• Determinación de la calidad microbiana:
– Prueba de la reducción de la resazurina.
– Prueba de la reducción del azul de metileno.
• Determinación de grasas:
– Método de Gerber.
– Método de Rose-Gottlieb.
– Método de Reichert-Meissl (26-30).
– Método de Polensque (1,9-3,0).
– Método de Kirschner (19,0-26,0).
• Determinación de proteína:
– Método Kjeldahl.
– Método del Negro Amido.
– Prueba del formol.
Indicadores del estado de la leche:
• Leche normal
• Leche ácida.
• Coagulación de la leche; leche calostral o leche mamítica.
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Obtención de la leche para su tratamiento industrial
Toma de muestras para determinaciones microbiológicas, en recipientes estériles, para comprobar la existencia de microorganismos: mesófilos, psicrótrofos o termorresistentes.
Además, se comprobará la ausencia de antibióticos y pesticidas, así como
el porcentaje de grasa o determinación butirométrica; también la determinación del extracto seco con picnómetro o mediante crioscopia por un
posible aguado, etc.
Bibliografía
Astiasarán Anchia I. Alimentos, composición y propiedades. McGraw-Hill. 2005.
Belitz HD, Grosch W. Química de los alimentos. Ed. Acribia. 1992.
Karlson P. Biochemie, für Mediciner und Naturwissenschaftler. Georg Thieme Verlag.
Stuttgart. 1972.
Kessler HG. Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik. Molkereitechnologie. Technische
Universität München-Weihnstephan. 1988.
Primo Yúfera E. Química de los alimentos. Ed. Acribia. 1998.
Veisseyre R. Lactología técnica. Ed. Acribia.1988.
Walstra P y col. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos. Ed. Acribia.
2001.
19
21
Refrigeración de leche.
Química de la leche
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
La leche recién ordeñada se debe refrigerar a 4 ºC, antes de 4 horas y conservarse a esta temperatura para su procesado posterior.
En la leche recién ordeñada, si se mantiene a 25 ºC, durante 2 horas, se produce una cristalización parcial de la partícula de grasa, por lo que para evitarlo es necesario, como mínimo, conservarla a 10 ºC; también es necesaria una
ligera agitación de la leche para que se mantenga la emulsión.
Figura 1.
Partícula de grasa
Partícula de grasa parcialmente
cristalizada por frío
En la leche existen diferentes tipos de caseínas y varios modelos de agrupaciones que se producen en sus micelas con sales, como fosfato cálcico y
citrato cálcico y otros componentes minoritarios, cuya estabilidad depende
de la temperatura, siendo lo más marcado del enfriamiento la separación
Refrigeración de leche. Química de la leche
de las beta-caseínas, que también son separados por proteinasas, produciéndose en este caso la desnaturalización proteica de tipo enzimático a
partir de las micelas.
Figura 2. Micela de caseína en equilibrio con la submicela de caseína.
- [Ca++]
+ [Ca++]
En este esquema se observan las diferencias producidas en las micelas de
caseína tras 2 horas de enfriamiento de la leche a la temperatura de 2 ºC; la
desnaturalización de las micelas de caseína se produce tras muchas horas de
enfriamiento (72 horas), punto útil del estudio de Kostermeyer (1974); hasta
este tiempo se produce una reacción de reversibilidad por resíntesis completa de las micelas de caseína que depende de las sales de la leche y fundamentalmente del fosfato cálcico.
Figura 3. Modelo esquemático de una micela de caseína.
Submicela
Cadena peptídica protuberante
Fosfato cálcico
50 nm
Básicamente de Schmidt DG y Payens TAJ. Surface and Colloid Science, 1976; 9:165. Slattery W,
Biophys Chem 1977; 6:59. Walstra P, Dairy J Res 1979; 46:317 e Int Dairy J (en prensa).
22
Refrigeración de leche. Química de la leche
El sistema agua/calcio/iones fosfato no es muy complicado y presenta un
estado intermedio en el sistema micelar de caseína nativa en estado de equilibrio. Este reequilibrio presenta problemas, ya que, al recalentar a 35 ºC, se
causa un crecimiento microbiano, en estudios de las temperaturas de 4, 8, 26
y 32 ºC, en función de diferentes tiempos de conservación.
Estudiando también el paso de proteína a suero, se pudo verificar como
temperatura más idónea la de 4 ºC, que ya se conocía en la práctica pero
que no se había comprobado científicamente. También se estudió el tiempo de coagulación y se pudo comprobar que se producía una prolongación
del tiempo de coagulación debido a la acción del calcio y del fósforo sobre
las micelas de caseína.
Proteínas de la leche y estado de las micelas de caseína
Parte de las micelas de caseína, tras un tiempo de la leche en refrigeración,
pasan al suero. El 90% de la caseína es hidrófoba y se encuentra en la leche
gracias a la beta-caseína, que pasa al suero por acción de una sero-proteína
procedente de las micelas.
Caseínas en la leche (porcentaje):
• Caseína alfa-S-1
=
33%.
• Caseína alfa-S-2
=
11%.
• Caseína beta
=
33%.
• Caseína kappa
=
11%.
• Caseína gamma
=
4%.
Cuando la leche ha sido enfriada, se separan la caseína beta y la gamma, por
tanto, al final de la refrigeración la determinación de caseína gamma en suero
es un parámetro que permite conocer su distribución, así como su reparto de
componentes de leche tras su conservación frigorífica.
Variaciones de estos componentes pueden ser índice del estado de las caseínas
y su contenido en sales, fundamentalmente por la intervención del calcio (en
forma de fosfato cálcico) en las micelas y la variación del valor del pH.
23
Refrigeración de leche. Química de la leche
Sales que se encuentran en la leche:
• De calcio: 2,9%.
• De magnesio: 0,2%.
• Fosfato inorgánico: 4,4%.
• Citrato: 0,5%.
Equilibrio entre micelas y submicelas de caseína
Se producen variaciones en este equilibrio con el diferente contenido en sales
y el descenso del pH.
Equilibrio cálcico: el calcio soluble está en equilibrio con el calcio micelar, pero
con el aumento de la temperatura el calcio soluble a pH alcalino pasa a iones
calcio. El descenso de la temperatura produce un paso del calcio micelar a un
pH ácido y mediante sustancias quelantes separa el calcio soluble.
La solubilidad de la beta-caseína existe en forma de dispersión que no produce variación en las micelas.
Se produce proteólisis de la beta-caseína por la enzima plasmita, con formación de gamma-caseína y proteosa-peptona, que pasan al suero.
En componentes totales no puede variar, pero sí se produce variación en las
micelas de caseína como en sus componentes minerales y esto se manifiesta al
emplear leche refrigerada en la fabricación de queso y, como consecuencia, en
su rendimiento leche/queso. Se comprueba en la variación del tiempo de coagulación, que oscila entre un 10% hasta el doble del tiempo estándar de coagulación. El aumento del tiempo de coagulación está basado en el equilibrio proteico; el aumento de proteína en suero a costa de las micelas de caseína.
Aumento de proteína en suero
Se solubiliza el calcio y el fósforo de las micelas a través de la disociación del
complejo citrato cálcico producido por el frío y forma un complejo insoluble de
fosfato cálcico y un aumento del pH; ni siquiera las micelas de caseína, desde
el punto de vista físico-químico, son estables. La causa es que el fosfato coloidal no está en su forma más estable en forma de brusita (fosfo-octa-cálcico o
24
Refrigeración de leche. Química de la leche
hidroxiapatita), según las condiciones. Estos fosfatos se asocian en forma de
caseínas o constituyendo un precipitado que se separa de las micelas.
Las micelas de caseína se modifican como consecuencia de las condiciones
externas, especialmente la temperatura y el pH. Algunas de estas alteraciones
son reversibles, pero otras no o son parcialmente reversibles.
Equilibrio dinámico
Se producen una serie de intercambios entre la molécula de caseína y su
entorno. Estos intercambios se consideran un equilibrio dinámico, aunque
son pseudo-equilibrios, más que equilibrios.
Los intercambios más rápidos se producen entre los componentes minerales.
Algunos de los componentes del fosfato coloidal, como el calcio, magnesio,
fosfato y citrato, también se intercambian muy deprisa (tiempo de relajación,
1 hora), mientras que la parte restante está fuertemente ligada. Las submicelas pueden difundir hacia fuera o hacia dentro de cada micela y la situación
de equilibrio depende de factores como la temperatura, el pH y la alfa-caseína. La distribución de tamaños es el resultado de agregación y desintegración. Las micelas de caseína pueden romperse en unidades más pequeñas
por fuerzas mecánicas, por ejemplo, una homogenización muy intensa; los
fragmentos formados se reagregan rápidamente (tiempo de relajación de
unos pocos minutos) y vuelven a la distribución original. Esto significa que un
modelo de caseína como el que representa Boeckel (1976), en un tiempo de
expansión de 10–12, las proyecciones pilosas de las micelas son las que se mueven con más rapidez; en menos de 1 segundo se producen pequeños cambios en las micelas de caseína. En una escala de 1 minuto, algunas submicelas disolvían la micela y otras se incorporaban a ella; la difusión de una submicela de una micela tardaría 1 minuto.
La leche también contiene moléculas de caseína libres, pero sólo representan una parte mínima a temperatura fisiológica, a baja temperatura se produce un notable aumento; la velocidad de cambios disminuye a baja temperatura, aunque es un fenómeno reversible y en cierto grado los componentes que han abandonado la micela vuelven al aumentar la temperatura; todavía no se ha comprobado si la estructura nativa de la micela se recupera por
completo.
25
Refrigeración de leche. Química de la leche
El tiempo de relajación es el tiempo necesario de reequilibrio de la desnaturalización proteica cuando ésta es reversible.
Baja temperatura
Se solubiliza gran parte de la beta-caseína. Es importante señalar que la betacaseína se encuentra esencialmente incluida en las submicelas, la diferenciación
experimental entre los dos estados resulta difícil; la principal causa de la disolución de la beta-caseína es que las fuerzas hidrofóbicas, que son las causas que
mantienen unidas las submicelas, son más débiles a baja temperatura. Por
tanto, no sorprende que las otras caseínas también se disuelven, aunque en
menor extensión (las alfa-S-caseínas menos); como las enzimas proteolíticas
atacan mucho más fácilmente la caseína cuando está en estado de disolución a
bajas temperaturas, la plasmita ataca más rápidamente la beta-caseína.
El volumen de las micelas aumenta notablemente a baja temperatura; este
aumento se debe a la formación de otro tipo de pilosidades en las micelas; además, hay moléculas de beta-caseína que se disuelven, otras que pueden desprenderse y las cadenas de beta-caseína quedan entonces como proyecciones
desde la superficie de las micelas; también puede aumentar el corazón de las
micelas, así mismo se produce una desintegración limitada de micelas en otras
más pequeñas, lo que contribuye al aumento del tamaño medio.
La desintegración de las micelas por el frío puede también deberse a la disolución de una parte del fosfato cálcico coloidal.
La asociación de iones calcio 2+ con la alfa-S-1-caseína disminuye al descender la temperatura, igual que con las otras caseínas. La pérdida de fosfato cálcico coloidal reduce probablemente la atracción de las submicelas y debilita
la unión de moléculas individuales de caseína en una submicela; todos los
cambios que se producen en las micelas modifican las propiedades de la
leche, por ejemplo, la viscosidad aumenta significativamente con la refrigeración, la estabilidad coloidal de las micelas es mucho mayor y, por tanto, la
leche coagula con dificultad. Para que estos cambios se realicen debe conservarse un mínimo de 24 horas a 4 ºC, con un calentamiento posterior, la betacaseína vuelve a las micelas y la cantidad de fosfato cálcico coloidal aumenta
de nuevo; calentando y enfriando (terminación) vuelve a sus propiedades originales, pero no se sabe si las micelas vuelven a ser idénticas a las originales.
26
Refrigeración de leche. Química de la leche
Termización de leche
Debe ser necesario o sustancial para todo tipo de leche conservada en refrigeración que se va a procesar industrialmente. Es un calentamiento a 35-60 ºC,
también puede ser una pasteurización baja a 72 ºC, durante 15 segundos, o
también a 60 ºC, durante 30 segundos.
Adición de sales
La adición de cloruro cálcico acorta el tiempo de coagulación de la leche enfriada hasta un 66%. Con un tiempo de enfriamiento de 24 horas, desde un 23%, y
a partir del primer día, un 4%. La adición de 75 mg de cloruro cálcico por litro
acorta el tiempo de coagulación, pero no mejora la elasticidad del coágulo. Si
el calcio se añade en forma de hidróxido cálcico se mejora la elasticidad del
coágulo. La adición de calcio en forma de cloruro cálcico e hidróxido cálcico
mejora las propiedades del coágulo y el rendimiento leche/queso.
Premaduración, corrección del pH
Si se almacena leche en frío, es decir, a 4 ºC, se produce una ligera subida del
pH. Si se conserva la leche con un 0,1% de acidificador y se conserva una
noche a 10 ºC, puede tener un efecto positivo. El pH en la leche está entre
valores de 6,5 y 6,7 y por encima, si se trata de leche calostral, y aún mas elevado si se trata de la leche de animales enfermos.
Influencia del pH, la temperatura y el tiempo
En un almacenamiento de leche a 4-8 ºC, puede haber una variación entre
0,20 y 0,25% de diferencia de pH.
Sales en la leche: el calcio y el fósforo se encuentran en la leche en equilibrio;
a baja temperatura aumenta la solubilidad de las sales de procedencia calostral, para cuantificar estas sales se han hecho determinaciones en el suero y
en el permeato de leche ultrafiltrado.
El cambio en el equilibrio en las sales se produce en las primeras horas de
enfriamiento, en la práctica, se da este mismo hecho, tanto en el calcio como
en el citrato o fosfato; el calcio procedente de la molécula de caseína, como
el procedente del citrato, se solubilizan.
27
Refrigeración de leche. Química de la leche
Después de 3 días de conservación de la leche a 4 ºC, se pierde un 5% de calcio.
El fósforo permanece constante en las primeras horas de enfriamiento, después pasa al suero, al principio sólo un 4%, después un 9% (en leche no
enfriada sólo pasa un 4%), el fósforo restante, en forma de fosfato cálcico,
se mantiene unido a la molécula de caseína con un peso molecular de
150.000 Daltons.
Proteínas de leche/moléculas de caseína
A través del enfriamiento una parte de las caseínas hidrófobas pasan al suero;
todas las fracciones de caseína, con el descenso de temperatura, pasan al
suero, dependiendo del tiempo de conservación.
• La beta-caseína, después de 72 horas a 4 ºC, se solubiliza el 40%.
• La alfa-S-caseína pasa al suero sólo en un 4% y la kappa-caseína todavía
menos.
A temperaturas de 8 y 12 ºC la solubilización es menor, a 25 ºC es aún menor,
y si se mantiene a 30 ºC no hay forma de determinar ningún tipo de solubilización de caseínas.
El nitrógeno en suero en la leche es de un 0,12%, por encima de esta cantidad
se produce una coagulación débil un coágulo blando y una fuerte proteólisis en
la leche (Jiménez Pérez, 1976).
Tecnología de la leche
Rara vez se consume la leche recién obtenida. La leche ordeñada tiene una
temperatura de 38 ºC. En verano se recoge a 37 ºC y en invierno a 35 ºC, aproximadamente. La leche tiene unos componentes antimicrobianos (lacteninas
etc.), que frenan la evolución de los microorganismos, pero al cabo de poco
tiempo y a estas temperaturas los microorganismos proliferan rápidamente,
por tanto, la leche necesita su refrigeración nada más obtenida para una conservación adecuada.
La leche es una mezcla equilibrada de proteínas, carbohidratos, grasa, sales y
otros componentes menores dispersos en agua, como emulsiones, suspensiones coloidales y soluciones verdaderas.
28
Refrigeración de leche. Química de la leche
Figura 4. Esquema de componentes de la leche en equilibrio.
FASE DE EMULSIÓN
Membrana
Lípido
Gr
as
a/
a
Si Visc
m
G
e
ste o
t
ra
s
i
sa
S
m sid
a ad
Lactalbúmina Sis /Pr
te ote
Lactoglobulina
m ín
a
a
FASE
SOLUCIÓN
PURA
n
ió a
es tic
Pr mó
os
H2O
Lactosa
Lactosa/Cloruro
Equilibrio
Ca++/P-Sistema
Na Mg K Ca
Ca3 (PO4)2
Caseína/Agua/Sistema
(Hidratación)
Caseína/Agua/Sistema
(Concentración)
Lactalbúmina
Lactoglobulina
Caseína
Caseína
Ca3 (PO4)2
Sistema
{
Cl P Clr
Na++/K+
Sistema
FASE
COLOIDAL
pH
(Ácido/Base/Equilibrio)
Liofilo Protein
Ca++/Caseína
(Sistema)
Caseína/pH
(Sistema)
Ballarin, 1951.
En el estado de las soluciones verdaderas se encuentra la lactosa e iones calcio y minerales.
En las soluciones coloidales hay dos tipos de coloides: moléculas relativamente estables, como las albúminas y globulinas, y un coloide micelar muy inestable formado por Ca3 (PO4)2 asociado a un complejo de caseinato cálcico. La
micela fosfocálcica es un agregado macromolecular de forma y masa variada;
en la leche recién obtenida está cargada negativamente, lo que asegura su
estabilidad por repulsión electrostática.
La fase de emulsión está formada por glóbulos de grasa rodeados por una
membrana de lipoproteína que mantiene la emulsión.
Modificaciones de la leche después de la recogida
La microflora láctea puede aumentar después de la obtención, bien por contaminación medioambiental, bien por una inadecuada manipulación. Si la
temperatura no es adecuada, la multiplicación es extraordinaria y conduce a
una acidificación rápida, modificándose su adecuación para procesos industriales posteriores.
29
Refrigeración de leche. Química de la leche
La leche recién ordeñada debe enfriarse para su conservación y para obtener
un grado óptimo para los procesos industriales posteriores. La leche recién
ordeñada se enfría a 4 ºC, y así se puede mantener durante varios días.
Los sistemas de enfriamiento dependen del tipo de explotación ganadera, la
zona de recogida y el grado de industrialización de la misma. En granjas
pequeñas se sigue utilizando el sistema de inmersión de cántaras en agua
helada. También es un medio muy frecuente el empleo de tanques de enfriamiento, donde se mantiene la leche hasta la recogida en camiones cisterna,
de aquí pasa a centros de recogida instalados por las propias industrias o
directamente a las centrales lecheras, donde unos enfriadores de “placas”
alcanzan la temperatura de conservación, y de aquí a los “silos”, donde permanecen hasta su procesado.
Efectos de la refrigeración de la leche sobre la fase coloidal
La fase coloidal de la leche está compuesta por micelas de 100-200 micras, en
las que la mayor parte son caseínas (alfa, beta y kappa), asociadas a cantidades importantes de calcio y fosfato cálcico y, en menor cantidad, aunque con
un papel importante de cohesión, magnesio y citratos. Existe una relación
entre la carga mineral y el tamaño de la micela. Las micelas con mayor contenido en sales minerales presentan mayor tamaño, son inestables y la coagulación es más rápida y la cuajada más firme.
La refrigeración afecta a las caseínas en el equilibrio micelar y, por tanto, a la
micela.
Las interacciones hidrófobas juegan un papel importante en la asociación de
caseínas que participan en la formación de las submicelas. Estas interacciones, cuando baja la temperatura, se traducen en una solubilización de las
caseínas, particularmente la beta-caseína.
El contenido de caseína soluble en una leche conservada 48 horas a 4 ºC es del
15-16%, de la cual el 60% es beta-caseína. En la conservación de leche en refrigeración se produce un aumento de la gamma-caseína y de las proteosaspeptonas, debido al paso de la plasmina (proteasa nativa) de la fase micelar a
la fase soluble, lo que da lugar a una activación de la enzima y a la solubilización de la beta-caseína. Este efecto es irreversible, no teniendo incidencia tecnológica si la leche se conserva en refrigeración menos de 48 horas; a tempe-
30
Refrigeración de leche. Química de la leche
ratura ambiente el equilibrio mineral está a saturación. La refrigeración provoca un aumento de los contenidos en calcio y fosfato inorgánico solubles procedentes de las proteínas y de las micelas. Esto está ligado al aumento del fosfato cálcico soluble a baja temperatura, entonces, en la leche conservada 48
horas a 4 ºC, el aumento de calcio soluble es del 10-20% y del fosfato del 8-10%.
El paso de la fase soluble de la beta-caseína y fosfato cálcico da lugar a una disminución del tamaño de la micela y al aumento de su grado de hidratación en
un 35% (después de 48 horas a 4 ºC), siendo la fase coloidal más estable; estos
efectos son reversibles mediante termización.
Efectos de la leche refrigerada en la coagulación
La aptitud de la leche a la coagulación está influida por el contenido en fosfato
cálcico coloidal y el tamaño de las micelas. La refrigeración alarga el tiempo de
coagulación, los geles formados son menos firmes, más frágiles y más friables,
y el rendimiento leche/queso es menor. Hay que trabajar más la cuajada para
conseguir un queso normalizado.
Esto se puede mejorar:
• Adicionando cloruro cálcico.
• Termizando la leche.
• Acidificando la leche.
• Madurando la leche con microorganismos.
• Fortificando la leche con leche en polvo.
Adición de finos de quesería recuperados de fabricaciones anteriores
Se ha comprobando que la adición de cloruro cálcico de 0,1-0,2 g/l permite
restablecer el tiempo normal de coagulación, y los valores de coagulación y
el rendimiento leche/queso recupera los valores originales.
Mantener la leche a 30 ºC durante 1 hora también tiene un efecto corrector.
Termizado de la leche
Calentando la leche a:
• 30 ºC durante 2 horas.
31
Refrigeración de leche. Química de la leche
• 50-60 ºC durante 30 minutos.
• 70 ºC durante 15 minutos.
Esto puede tener un efecto corrector sobre la leche refrigerada, siempre que
la leche original tenga una calidad microbiológica adecuada.
Valor del pH
Teniendo en cuenta que se favorece la coagulación al bajar el pH, acidificando ligeramente se puede conseguir normalizar la leche refrigerada, pero en la
práctica esto no es eficaz.
Aumentando el contenido en proteína coagulable, bien por medio de concentrar leche por ultrafiltración o bien añadiendo leche en polvo, se pueden
obtener mejores rendimientos leche/queso.
Efectos de la refrigeración sobre la grasa
El glóbulo graso tiene un tamaño de 2-10 micras y está compuesto por triglicéridos parcialmente cristalizados, rodeados de una membrana hidrófila que
asegura la protección del glóbulo y la estabilidad de la emulsión. La cristalización de los triglicéridos aumenta al disminuir la temperatura y hay una
retracción del coágulo y una deformación de la membrana.
Si el enfriamiento es rápido, los cristales formados son pequeños y no
dañan la estructura, sin embargo, si el enfriamiento es lento, es decir, tarda
más de 20 minutos, se producen cristales grandes que dañan la estructura
de la membrana; además de los daños en la membrana y de la cantidad de
enzimas existentes en la misma, hay mayor riesgo de lipólisis y mayor cantidad de grasa libre liberada del interior del glóbulo. Entonces se producen
pérdidas de grasa durante el batido de la misma en el proceso de fabricación de la mantequilla.
Efectos producidos por el frío en la flora microbiana
En principio, el efecto del frío detiene o frena el crecimiento y proliferación bacteriana, pero depende en gran medida de la carga microbiológica
inicial.
32
Refrigeración de leche. Química de la leche
Figura 5. Representación esquemática de la constitución de la partícula del
glóbulo graso y su membrana, según King.
(1) Molécula de triglicérido.
(2) Molécula de fosfátido.
(3) Molécula de euglobulina.
(4) Microsoma.
Membrana lipásica; (H2O), molécula de agua; (Cu++), ión de cobre absorbido; (Fe++), ión de hierro
absorbido.
Sobre todo en conservaciones prolongadas que producen una reactivación
enzimática considerable, dependiendo de la carga microbiana inicial.
Congelación de leche
Se han realizado congelaciones de leche de tipo industrial dependiendo de
ciertas circunstancias. Sobre todo cuando se trata de leches de cierta estacionalidad muy marcada, como puede ser en leches de oveja y cabra.
La leche es sometida previamente a los procesos de higienización adecuados,
como pueden ser: clarificación, bactofugación, normalización del contenido
graso y ultrafiltración de la leche.
En los estudios realizados (Jiménez Pérez, 1982), en la leche envasada en
bandejas de hasta 10 cm de altura y de una capacidad de 5 a 12 kg de leche,
33
Refrigeración de leche. Química de la leche
dependiendo de las necesidades, se produjeron congelaciones en nitrógeno líquido a –40 ºC; posteriormente, estas “pastillas” de leche congelada se
envasaron en bolsas de plástico y se conservaron durante 6 meses, periodo
de la estacionalidad, obteniendo resultados excelentes para la fabricación
de yogur, queso o helados después de conservaciones mínimas de 10-15
días a –12 ºC y máximas de 3 a 6 meses a –30 ºC.
Bibliografía
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Belitz HD, Grosch W. Química de los alimentos. Ed. Acribia. 1992.
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Walstra P y col. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos. Ed. Acribia.
2001.
34
35
Tratamientos térmicos en leche.
Pasteurización
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
Pasteur (1866-1876), en estudios sobre el vino, sin superar los 60 ºC, durante
un tiempo determinado, comprobó que se conseguía un grado de higienización adecuado para alimentos, pero hasta 1880 no se empleó en leche; los
primeros en usarlo fueron alemanes y daneses. La pasteurización no sólo elimina la flora de contaminación banal, sino también los microorganismos patógenos, si se emplea de forma determinada; se aplica no sólo como un método de “conservación”, sino también de higienización de alimentos.
Los objetivos son:
• Destruir una parte muy importante de la flora banal.
• Destruir todos los microorganismos patógenos.
• Alterar lo menos posible la estructura física y nutritiva de la leche, su composición, sus diastasas y vitaminas.
Los progresos tecnológicos realizados los últimos 50 años en nutrición y dietética permiten tratar la leche por medio del proceso de pasteurización sin
alterar ni su composición ni su estructura.
La reglamentación de centrales lecheras de los años 50, sobre tratamientos de
la leche, exige la pasteurización para la leche dedicada al consumo humano.
Condiciones de pasteurización. Intensidad del tratamiento
térmico
La temperatura debe ir acompañada de la duración del proceso. Las condiciones deben ser tales que permitan la destrucción de Mycobacterium
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
tuberculosis, Coxiella burnetti, Staphilococcus aureus, Salmonellas, Listeria
monocytogenes y Campylobacter yeyuni, principalmente, y todos los
microorganismos patógenos; también debe eliminarse una proporción
adecuada de microorganismos banales (más del 90%). La leche pasteurizada que sale de una central de tratamiento de leche no debe contener más
de 30.000 unidades formadoras de colonias por mililitro (ufc/ml) en leches
comerciales. La destrucción del bacilo tuberculoso requiere un calentamiento de 63 ºC durante 6 minutos, 71 ºC durante 6 a 8 segundos y, como
es el térmicamente más resistente, sirve de referencia. Para aumentar el
margen de seguridad:
• 63 ºC durante 30 minutos.
• 72 ºC de 15 a 20 segundos.
La temperatura y duración del tratamiento depende del contenido inicial de
gérmenes banales: si las condiciones higiénicas de la recogida de leche no es
la adecuada, subsisten en ella gran número de gérmenes, en este caso sería
necesario aumentar la temperatura y prolongar el tratamiento, o ambas a la
vez. El empleo riguroso del tratamiento térmico presenta los siguientes inconvenientes: si la mayoría de los microorganismos no son esporulados o termorresistentes 80-85 ºC durante 20 segundos sería suficiente; si la mayoría son
esporulados y termorresistentes, un tratamiento adecuado sería 90-92 ºC
durante 30 minutos, entonces se puede entrar dentro de los límites legales
del proceso de pasteurización.
¿Se puede modificar la intensidad y duración del
calentamiento en función de la calidad bacteriológica de las
leches recogidas?
Se seleccionan esporulados y termorresistentes mediante determinaciones
indirectas previas; éstos tienen enzimas proteolíticas que producen putrefacción de la leche, detectables mediante determinaciones colorimétricas.
Si la flora es acidoláctica, la que se desarrolla en la conservación de la leche,
esto hace que la leche se acidifique progresivamente, siendo los mismos gérmenes acidolácticos los que hacen de gérmenes preventivos contra los proteolíticos. La putrefacción es peligrosa en lactantes, por aparición de substancias tóxicas procedentes de la descomposición de compuestos nitrogenados.
36
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
La acidificación láctica, por el contrario, no es peligrosa; la otra razón en contra de la elevación del tratamiento más riguroso es la modificación de la
estructura y composición de la leche: cuanto más elevada es la temperatura
de tratamiento, mayores son las modificaciones y profundidad de las alteraciones físicas y físico-químicas de la leche, del equilibrio de substancias nitrogenadas, de sales y del contenido vitamínico; no todas las leches crudas pueden ser pasteurizadas, sólo las de calidad bacteriológica satisfactoria.
La pasteurización no es una panacea que permita transformar leches de baja
calidad en calidad superior, sólo permite conservar más tiempo la leche,
transportarla e higienizarla, si no tenía gérmenes patógenos. La leche con
unas condiciones idóneas de limpieza y apariencia puede ser peligrosa si
tiene gérmenes patógenos.
Temperatura de refrigeración
La leche pasteurizada contiene un número de microorganismos, “bacterias
lácticas termófilas”, capaces de desarrollarse entre 30 y 60 ºC. Conviene mantener la leche pasteurizada en esta zona de temperaturas para evitar la acidificación progresiva.
Los gérmenes termorresistentes pueden multiplicarse a temperatura ambiente, es por lo que se hace necesario conservar la leche a 4 ºC durante el almacenamiento, transporte y comercialización, y mantenerlo hasta el momento
del consumo.
La leche pasteurizada no es estable, ni siquiera en estas condiciones, ya que
los esporos subsisten a bajas temperaturas, aunque su desarrollo es bastante
lento; es suficiente para conservar en perfectas condiciones la leche durante
la vida comercial, fecha de caducidad, etc., es lo que se llama tratamiento tecnológico al consumo.
Condiciones de calentamiento y enfriamiento
Se debe modificar lo menos posible la composición y estructura de la leche, es
lo más importante al elegir condiciones de calentamiento y refrigeración; es
importante que la leche en su totalidad alcance la temperatura de pasteurización, es decir, garantizar la homogeneidad del calentamiento; una parte no tra-
37
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
tada actúa de inóculo de gérmenes, si se calienta demasiado, surgen alteraciones, como son olores, sabores a quemado, a cocido, etc., se produce pérdida de
gases por calentamiento y se altera el equilibrio mineral del alimento; el oxígeno contenido en la leche tiene actividad sobre la destrucción de vitaminas.
Tabla 1. Tiempo de calentamiento de la leche.
Tratamiento
Termización.
(sólo en fabricación de queso).
Pasteurización larga.
Calentamiento corto.
Calentamiento alto.
Calentamiento ultra-alto.
Esterilización.
ºC
68-72 ºC
62-65 ºC
71-74 ºC
85 ºC
140-150 ºC
109-112 ºC
Duración
1-40 seg.
30 min.
40 seg.
–
2-4 seg.
20-40 min.
Métodos de pasteurización
La pasteurización baja de realiza a 63 ºC durante 30 minutos. Es un método
lento y discontinuo, pero no modifica las propiedades de la leche, no se coagulan las albúminas y globulinas y el estado de emulsión de los glóbulos grasos
permanece inalterado; este método se generalizó entre los anglosajones por la
línea de nata, o anillo graso, como percepción física de calidad, el anillo de nata
que se formaba en la parte alta de la botella y estéticamente podía reflejar calidad; un posterior calentamiento impide la ascensión de la grasa. A partir de
1950 perdió interés este tipo de pasteurización, además del proceso de homogeneización de aplicación a partir de esos años. Leche de baja calidad requiere un tratamiento térmico más drástico.
Pasteurización alta: 72 ºC durante 15 segundos. Este es un método rápido y
se realiza en procesado continuo, pero modifica las propiedades de la leche:
albúminas y globulinas sufren coagulación parcial. Se puede aumentar a 80 ºC,
cuando la calidad de la leche lo requiere y aplicar el método HTST (High
Temperature Short Time), 72 ºC durante 15 segundos.
Equipo de pasteurización
Una instalación de pasteurización consta de un equipo de calentamiento, un
equipo de refrigeración y un cambiador/recuperador, que pueden estar uni-
38
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
dos en un bloque, pueden estar separados o ser independientes. Estos equipos de calentamiento/refrigeración constan de una pared metálica que separa el refrigerante o calefactor de la leche a tratar.
Los pasteurizadores o equipos de pasteurización se distinguen por la extensión, la forma y la disposición de la superficie a través de la cual se produce
el intercambio de calor.
La cantidad de calor transmitida por la pared está en función del coeficiente
de transmisión de calor entre la pared, superficie, y la diferencia de temperatura entre la leche y el fluido calefactor; el coeficiente de transmisión depende, además, del grado de limpieza de la instalación. Existen investigaciones
sobre tipos de limpieza, depósitos de suciedad en equipos, nivel de tolerancia y la influencia de esto sobre el producto final.
Condiciones del pasteurizador
Debe garantizar la homogeneidad e intensidad del calentamiento mediante
una acción bactericida adecuada, no producir sobrecalentamiento en determinadas zonas, respetar la estructura y composición de la leche, protegiéndola del aire, evitando el desprendimiento de gases y la oxidación de vitaminas
una vez terminada la pasteurización. La máquina debe permitir la limpieza
completa y rápida de las superficies de contacto con la leche, por lo que se
recomienda que sean de acero inoxidable u otro material de alta calidad.
Los equipos deben ser económicos, es decir, deben tener un precio razonable y un consumo bajo de energía para el volumen de leche a procesar.
El tamaño de la superficie calefactora está en función del trabajo que debe
realizar, también el rendimiento térmico satisfactorio, que depende del estado de las superficies de intercambio térmico; además, deben ser fáciles de
desmontar para su limpieza y deben tener el tamaño apropiado para el trabajo que deben realizar.
Aparatos de pasteurización baja
Están formados por una cubeta de doble pared, que calienta la leche a 63 ºC
y se mantiene durante 30 minutos, y tiene un agitador para repartir el calor
uniformemente en todo el líquido; se debe evitar la formación de espuma
para que no se protejan los microorganismos en las burbujas.
39
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
Figura 1. Cubeta de pasteurización.
4
2
5
3
1
Salida de la leche
pasteurizada
Inyección
de vapor
Purga
1. Camisa calefactora.
2. Tapadera móvil.
3. Agitador rotatorio.
4. Soporte del agitador.
5. Termómetro.
Los aparatos de pasteurización baja trabajan de manera discontinua para
pequeñas y medianas cantidades, 100, 200 y 500 litros, en volúmenes mayores
el equipo refrigerante y el calentador están separados, y el tiempo de retención
de la leche en calentamiento y de la temperatura son variables, dependiendo
del tratamiento a aplicar de acuerdo con el tipo de leche a procesar.
Ventajas: sencillez y facilidad de limpieza.
Inconvenientes: el espacio grande que ocupa, la lentitud del trabajo a realizar
y, al desprender anhídrido carbónico, se produce oxidación de las vitaminas.
Aparatos de pasteurización alta
El funcionamiento es en régimen continuo, la leche pasa por una o dos zonas
de calentamiento. Los problemas que presenta es que, para conseguir un
calentamiento homogéneo, se debe de evitar que parte de la leche escape al
calentamiento adecuado.
Pasteurizadores tubulares
Los pasteurizadores tubulares son un haz de tubos unidos por codos, boca a
boca, donde la leche es calentada por una o dos superficies.
40
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
La leche circula a contracorriente con el agua caliente a vapor; la homogeneidad del calentamiento es buena, pues la leche tiene una capa de sólo 5-6 mm
de medida. El calentamiento se produce sin contacto con el aire (en vacío), la
leche no se quema, pues la temperatura no es muy elevada, sólo unos grados
por encima de la determinada para la pasteurización.
La limpieza es cómoda y en algunos equipos, y sobre todo en los modernos,
es muy sencilla y está determinada por el fabricante de la máquina, con soluciones detergentes y antisépticas adecuadas a la misma.
Los pasteurizadores tubulares son más caros, pero su rendimiento es excelente y el ahorro de energía es importante; se han sustituido por placas en la
actualidad. En Bélgica y Holanda se utilizan tubulares de serpentín, el pasteurizador, el recuperador y el mantenimiento a temperatura se ponen concéntricos, y se ahorra espacio y energía.
Pasteurizadores de placas
Consisten en una serie de placas onduladas con nerviaciones rectangulares o
circulares dispuestas en forma vertical, unidas por juntas de goma y dispuestas en un bastidor cuyo pie es un reservorio de agua caliente. El espacio entre
Figura 2. Fundamento de un pasteurizador de placas.
Placas
onduladas
Agua caliente
Leche
Pasteurizador de placas abierto.
A la derecha, el mecanismo
de cierre.
Foto Alfa-Laval
41
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
cada dos placas, de 3 o 4 milímetros, es recorrido por leche y donde el elemento calefactor es agua o vapor a baja presión que circula a contracorriente. El espacio de dos placas se separa para hacer más lenta la circulación de
la leche; este espacio del equipo es la zona de “mantenimiento” de la temperatura de pasteurización. Los equipos de placas son los más utilizados en la
actualidad, tienen los mismos límites de temperatura que los tubulares, ocupan espacios más reducidos y la limpieza es cómoda, pudiendo trabajar hasta
20.000 litros/h.
Figura 3. Cambiador de placas de gran débito (100.000 l/h).
Foto A.P.A.
Este aparato consta de 390 placas cuando funciona a su capacidad máxima.
Material de refrigeración
Después del calentamiento, la leche se refrigera, sin entrar en contacto con el
aire, en refrigeradores tubulares o de placas, cambiando el agua caliente o
vapor por agua fría o liquido refrigerante.
Los refrigerantes tienen dos secciones: la 1.ª con agua fría a 15 ºC mínimo, y
la 2.ª con líquido refrigerante 4 ºC; estos equipos son de acero inoxidable y
llevan un sistema de limpieza programado.
Recuperadores
Los recuperadores o intercambiadores de calor sirven para el ahorro de energía
y su fundamento es que la leche pasteurizada (caliente a 74 ºC), transmite parte
42
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
de su calor a la leche cruda no procesada (fría a 14 ºC) por medio de este intercambiador. La leche pasteurizada entra en el intercambiador a 74 ºC y sale a 16 ºC
y la leche cruda entra a 14 ºC y sale también del intercambiador a 62 ºC.
Este intercambio de temperaturas se produce al pasar una leche y otra a contracorriente a lo largo del circuito del intercambiador de calor.
Recuperación =
(62 – 14) x 100
= 80%
74 – 14
De esta manera el calentamiento de la leche cruda inicial no cuesta nada y así
se ahorra tanto en pasteurización como en mantenimiento y limpieza.
Dispositivos de seguridad
Antes de emplear un equipo, además de estar limpio y prácticamente estéril,
térmicamente debe estar esterilizado, y químicamente mediante soluciones
detergentes. Se hace circular agua hirviendo o vapor en circuito cerrado
durante 15 a 30 minutos; después de la esterilización, se pasa agua fría, y después leche, sin solución de continuidad, por tanto, hay que vigilar especialmente las mezclas, agua hirviendo/agua fría, leche. La leche cruda, en el circuito de pasteurización, abandona el recuperador a 40-45 ºC y alcanza el fil-
Figura 4. Funcionamiento de un grupo de pasteurización moderno.
Caldera de
vapor
Calentamiento
Filtro
Recuperación
Enfriamiento con agua fría
Flotador
Agua
fría
Válvula de
desviación
Compresor
Hacia
control
de temperatura manda a la
válvula de desviación
Termómetro
Termómetro
registrador
registrador
de la leche
de la leche fría
caliente
Controlador
de temperatura
Descompresor
del vapor
Tubo capillar uniendo el
vástago al controlador
de temperatura
Mantenimiento
Regulador
del caudal
Depósito con
flotador
Instalación de Depósito
agua caliente
Bomba
Bomba
de la leche
Inyección de
vapor
Leyenda
Leche cruda
Agua caliente
.
Termómetro
Leche pasteurizada
Agua muy fría
++++ Vapor
Punto de control de temperatura
y del tiempo de mantenimiento
Llegada de la leche
Válvula
Del controlador de la temperatura
Flotador
Agua
muy
fría
Enfriamiento con agua muy fría
Embotellar
43
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
tro o depurador centrífugo, que, además, regula el contenido en grasa; es
enviada a la zona de pasteurización, después a la zona de mantenimiento,
luego pasa al recuperador, donde se enfría, más tarde, con agua fría o líquido refrigerante, la leche sale a 4 ºC, y se envasa o embotella. Se vuelve a rellenar el circuito con agua, se arrastran los restos de leche y se procede a la limpieza. “Todas las medidas y regulaciones se hacen automáticamente”, empleándose termómetros registradores, que miden temperatura y tiempo, así
como las interrupciones, y devuelven al circuito la leche si no se ha calentado,
para ello el termómetro está a la entrada y salida del circuito. Mediante termómetros de precisión, etc., la válvula de diafragma administra vapor o agua
según se necesite, regulando de la temperatura del agua caliente; hay que
tener en cuenta la variación y temperatura y el grado de limpieza: con una
señal luminosa y un timbre de alarma se indica la variación del circuito.
Bactofugación de la leche
Se trata de eliminar los microorganismos de la leche por la fuerza centrífuga,
aprovechando la temperatura de pasteurización. Fueron unas investigaciones
de origen belga (1992), y se emplean en Bélgica, Alemania, Países Bajos y
Rusia. Trabajando con 6.000 litros mínimo a (12.250 g) se eliminan el 90% de
las células y microorganismos; a 73-75 ºC se elimina el 99,5%; con dos centrífugas en serie se puede eliminar el 99,9 %. El bol de bact;fugación actúa como
tiempo de retención, para después ser refrigerado; puede funcionar poco
tiempo y elimina un 1,5% del volumen de leche con los gérmenes de desecho
en forma de “lodos”.
La vida comercial de la leche “bactofugada” es de 8-10 días a 15 ºC; este método, además de utilizarse para leche de consumo, sirve para la fabricación de
quesos: se modifican los rendimientos y la composición, con la aparición de
sedimento en el 1,5% de la leche tratada; también se aplica el tratamiento UHT
(Ultra High Temperature), 140 ºC durante unos segundos (entre 2 y 8); este
método se llama “bioterm”. El empleo del sedimento es problemático sobre
todo cuando se emplea en quesería o en el envasado de leche pasteurizada.
La leche pasteurizada se envasa en recipientes herméticos
Se envasa en vidrio, en envases desechables y en cartón o plástico, con un tratamiento de esterilización previo de los envases.
44
Tratamientos térmicos en leche. Pasteurización
Control de la pasteurización
Se debe controlar la pasteurización tanto en cuanto a gérmenes banales como
a patógenos; cuando la prueba de la fosfatasa alcalina da negativo, se puede
afirmar que la leche se ha calentado con un margen de seguridad grande. Se
realiza la determinación de gérmenes banales mediante un cultivo, si éstos son
muy elevados no se debe culpar siempre al equipo de pasteurización.
Leche pasteurizada de alta calidad
Es la denominada en algunos países Leche Certificada. Debe ser producida
y recogida en condiciones higiénicas certificadas, en establos exentos de
tuberculosis, menos de 500.000 ufc/ml, no reducir el azul de metileno en
menos de 5 horas, estar libre de impurezas a la lactofiltración y exenta de
antibióticos y antisépticos.
Bibliografía
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2001.
45
47
Leches esterilizadas.
Fundamentos de los tratamientos térmicos
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
Técnica utilizada por primera vez en Suiza, pero desarrollada en Francia en 1889.
Objetivo: “la destrucción completa de gérmenes presentes en la leche, tanto
en formas vegetativas como esporuladas”.
Debe ser una leche exenta de gérmenes susceptibles de desarrollarse o producir alteraciones en la leche. Durante mucho tiempo se consideró la esterilización un calentamiento a 115-120 ºC en autoclave de 15 a 30 segundos.
Alteraciones: color oscuro, gusto a cocido, desequilibrio proteico-mineral y
pérdida de vitaminas, como alteraciones más significativas.
Los métodos de esterilización mejoraron mucho a partir de 1950.
La leche estéril entera se considera una “conserva” y su preparación deberá
cumplir todas las precauciones de la industria conservera. Es decir, deben evitarse contaminaciones, debe tener envases herméticos y debe ser leche de
buena calidad para soportar el tratamiento térmico.
Homogeneización de la leche
Esta operación tiene por objeto estabilizar la emulsión de la grasa pulverizando los glóbulos hasta un diámetro de 1-2 micras, la disminución del volumen
del glóbulo rebaja su fuerza de ascensión e impide que la grasa suba. Los primeros ensayos los hizo Julien, pero fue Gaulin en 1901 el que comercializó el
equipamiento para la homogeneización.
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
La leche es sometida a una presión de 150 a 350 kgf/cm2, que choca con un
tope cónico. Después vence la resistencia del tope y por laminación sale por los
laterales, disminuyendo la presión hasta 1 kgf/cm2, esto produce el estallido de
los glóbulos grasos disminuyendo e igualando su tamaño.
Figura 1. Principio de los homogeneizadores de válvula.
Leche desde la
bomba de alta
presión
Leche
homogeneizada
Válvula de muelle
La homogeneización, como otros procesos tecnológicos en alimentos, debe realizarse en dos fases. En una 1.ª fase debe someterse a una presión de 200 kgf/cm2
y en una 2.ª a una presión de 5 a 35 kgf/cm2. La homogeneización en dos fases
evita que la grasa se reaglomere, hecho que se puede producir en algunos casos
cuando pasa sólo por una de las fases.
Un homogeneizador necesita una potencia de 40 a 45 caballos de vapor de
potencia, para 5.000 l/h. Antes del tratamiento la leche, debe ser fluidificada
a 70-80 ºC y este proceso produce variaciones en la leche, con un aumento
además de temperatura de 5 a 8 ºC. Al aumentar el número de glóbulos grasos iniciales es insuficiente la membrana del glóbulo graso original y este
espacio se cubre con seroproteínas y caseínas, proteínas existentes en el
suero de la leche.
48
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
El tratamiento de homogeneización de la grasa de la leche presenta las siguientes variaciones: se ven frenados los fenómenos de oxidación, aparecen sabores
extraños (gusto a cartón, gusto producido por la “luz”, por la sensibilidad “fotoquímica” de las proteínas que recubren el glóbulo graso), se facilita la acción de
las enzimas, se enrancia más deprisa a no ser que se hayan destruido las lipasas
en el tratamiento térmico, se facilita la acción de enzimas digestivas y, por tanto,
se facilita la asimilación; también se presentan algunos inconvenientes.
Clarificación de la leche
Es una homogeneización más una depuración de la leche; es muy semejante
a una desnatadora: se separa la leche de la nata, la nata es recogida por una
turbina y es homogeneizada, y luego se vuelve a unir la nata homogeneizada
y la leche inicial; este producto nuevo se llama leche clarificada. Este proceso
se utiliza para el ajuste en grasa de leche.
Ventajas sobre la homogeneización: se necesita menor potencia, pues sólo se
trabaja un 10% del volumen, siendo sólo necesaria una potencia de 12 caballos de vapor para 5.000 l/h.
Para una homogeneización rigurosa es necesario trabajar con dos equipos en
serie.
En la clarificación de la leche, sólo se necesita una temperatura de 50 ºC; esta
técnica sólo tiene 20 años de funcionamiento y se utiliza también para leches
pasteurizadas.
Técnicas de esterilización
• Leche esterilizada en botellas.
• Leche esterilizada en continuo.
Es conveniente que la esterilización vaya precedida de una pasteurización
alta. Con este método se pretende eliminar los esporulados y la población
microbiana saprófita, cuando es excesiva.
La pre-esterilización se realiza a 130-140 ºC durante 3 a 4 segundos
Después es enfriada a 70-80 ºC y se envía al homogeneizador para completar el procesado.
49
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Esterilización en recipientes herméticos
La leche previamente pasteurizada o pre-esterilizada y envasada herméticamente se esteriliza en autoclaves, alimentados en discontinuo o en continuo.
En discontinuo para volúmenes no muy grandes y tratamiento prolongado en
laboratorios de microbiología.
El agitado de las botellas durante el procesado disminuye el oscurecimiento;
al aumentar la velocidad de calentamiento permite disminuir el tiempo de
calentamiento. Esto se realiza en autoclaves rotatorios o en bandejas móviles.
Estos equipos cada vez se usan menos. El calentamiento se realiza con vapor
y el enfriamiento con agua tibia o fría, también por aspersión.
Como normalmente se trabaja con grandes volúmenes de leche, se tiende a
trabajar en continuo, es mejor método tanto de trabajo como de medio de
calentamiento.
Figura 2. Esquema del esterilizador continuo de botellas Webster,
Breil y Martel.
Cámara de vapor
Precalentamiento
por radiadores
Vapor
Refrigeración
por aspersión
a temperaturas
decrecientes
Agua
Carga
Lavado
Descarga
Evacuación
50
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Cuando se trabaja en discontinuo se parte de temperaturas bajas y se calienta lentamente toda la masa y la duración del proceso es larga; por el contrario, en continuo se mantiene la temperatura elevada y van entrando los recipientes, que alcanzan rápidamente la temperatura deseada. El proceso es
más corto.
Los autoclaves de alimentación en continuo son aparatos a presión de agua
o esterilizadores hidrostáticos. Están compuestos por una cámara de esterilización a presión por vapor, en los que la primera columna es el precalentador.
La temperatura del agua aumenta desde arriba hasta abajo. La segunda
columna actúa como refrigerante y la temperatura disminuye desde arriba
hasta abajo.
Los recipientes (botellas) se colocan en una cinta transportadora. Pasan por
todo el circuito donde la leche es precalentada a 100 ºC, después se esteriliza a 110-118 ºC y luego es enfriada.
Existen varios modelos de los tipos descritos.
Esterilización en flujo continuo
Leche UHT (Ultra High Temperature): es un tratamiento de alta temperatura a
corto tiempo. Es un progreso decisivo en la preparación de leches de larga
duración. La temperatura de calentamiento es de 135-150 ºC durante 2 a 10
segundos. Este tratamiento sólo puede hacerse en continuo y completado
con un envasado aséptico (estéril).
Los métodos UHT son dos:
• Calentamiento indirecto: por cambiadores tubulares o placas.
• Calentamiento directo: contacto directo del vapor con la leche.
También existe otro de fricción mecánica, pero no tiene aplicación industrial.
Métodos de calentamiento indirecto
Dependen de las condiciones del flujo de la leche y las condiciones de transferencia de calor. El flujo de la leche debe ser turbulento, para asegurar una
perfecta transferencia de calor. Los cambiadores de placas son mejores que
los tubulares.
51
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Figura 3. Comparación de los tratamientos térmicos en los procedimientos
de calentamiento UHT, directo e indirecto (según Burton, 1972).
160
Tratamiento UHT directo
Temperatura (ºC)
140
120
100
80
60
40
20
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
55
60
65
70
75
80
Tiempo de tratamiento (s)
160
Tratamiento UHT indirecto
Temperatura (ºC)
140
120
100
80
60
40
20
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Tiempo de tratamiento (s)
En los tubulares conviene aumentar la velocidad.
Las condiciones de transferencia de calor dependen de la diferencia de temperatura entre el fluido calefactor y la leche.
La velocidad de transferencia de calor aumenta también por la diferencia de
temperaturas entre el fluido calefactor y la leche. Esto se dificulta con los
depósitos de leche quemada y la suciedad.
La homogeneidad del calentamiento es muy importante en el tratamiento
UHT. Se debe crear la turbulencia suficiente para que toda la leche tenga el
mismo tratamiento.
El tiempo necesario para alcanzar la temperatura deseada también es importante. Por ejemplo, en placas necesita 18 segundos para calentar de 75 hasta
140 ºC, mientras que en tubos necesita 32 segundos.
52
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Funcionamiento de una instalación de placas
La leche se precalienta a 65-75 ºC en un recuperador, pasa a un homogeneizador y a presión entra a la esterilización a 140-145 ºC; va después a un enfriador,
donde se mantiene la presión (3 bares), y sale por otro enfriador final.
Figura 4. Funcionamiento del esterilizador Laguilharre.
1
9
2
10
3
Leche
Vapor
Agua
13
Leche esterilizada fría
5
Llegada
de la leche
6
Agua
muy fría
11
Vapor vivo
8
Agua fría
12
7
4
La leche aspirada por la bomba 6 pasa al calentador tubular, 1. A unos 75 ºC es finamente
pulverizada en el recinto 2, al pasar por el tubo 9 y la tobera 10. Allí sufre la inyección de vapor,
que eleva en una fracción de segundo su temperatura a 140 ºC. La leche pasa seguidamente a la
cámara de vacío, 3, por el tubo 12 y la tobera 13. Este recinto hace de refrigerador por
expansión y la leche se enfría en una fracción de segundo hasta 75 ºC. El vapor de expansión se
condensa en el calentador 1 y cede así a éste su calor latente. La bomba de vacío 8 evacua el
agua de condensación. La leche, extraída del recinto 3 por una bomba centrífuga, 7, es lanzada
a los refrigeradores 4 y 5 y sale estéril a una temperatura de entre 5 y 8 ºC.
A veces, antes del calentamiento final pasa a un desaireador que además
sirve para preservar las vitaminas, al eliminar el oxígeno.
Con los cambiadores tubulares hay que trabajar a más velocidad, esto se consigue metiendo más presión desde el homogeneizador con dos válvulas, una
antes del precalentamiento y otra en el circuito de enfriamiento. Con todo
esto también se favorece la homogeneización.
Métodos de calentamiento directo
En este proceso la leche y el aire caliente se mezclan, esto origina un calentamiento muy rápido, pero hace que la leche se diluya un 10%, por lo que se
53
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
debe producir una vaporización que elimine el vapor añadido y permita restablecer el extracto seco inicial de la leche.
Inyección de vapor en leche
Procedimiento suizo denominado uperización o ultrapasteurización. Este
método persigue la destrucción de microorganismos tanto en formas vegetativas como esporuladas, sin modificar la estructura, composición y los caracteres organolépticos.
Consiste en inyectar vapor a alta temperatura (150 ºC) en leche precalentada
(70-80 ºC).
Figura 5. Esquema del procedimiento de uperización APV.
9
8
6
7
10
5
16
11
14
4
15
17
18
12
1
3
2
13
Leche
Vapor a baja presión
Vapor a alta presión
Vapor condensado
Agua de refrigeración
Suma el efecto ultrasónico a la temperatura. Funcionamiento
Después de calentar la leche a 40-50 ºC, se desgasifica o desodoriza, por
medio de un recipiente desaireador de vacío. Se precalienta a 80 ºC, en un
cambiador-recuperador y de aquí pasa al uperizador. La inyección de vapor a
13 atmósferas calienta instantáneamente el producto a 150-160 ºC.
54
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Después en una campana de expansión, refrigerada a presión inferior a la
atmosférica, el vapor pierde presión y se evapora, y la leche se pulveriza por
choque violento con las paredes, con lo que los glóbulos grasos tienen más
dificultades para ascender a la superficie del recipiente.
Figura 6. Uperizador APV (8.000 PM).
Foto A.P.V.
A la derecha, el precalentador de placas. A la izquerda y detrás, la cámara de expansión.
En la cámara de expansión se pierde el vapor de la leche, añadido en el calentamiento.
Para controlar la vaporización se regula la instalación, de manera que la temperatura de salida de la leche sea 2 ºC inferior al de entrada (80 ºC) en la
inyección de vapor. Así se elimina la condensación de vapor con la evaporación y la materia seca permanece constante. La refrigeración se completa con
el paso a un cambiador con agua fría.
Además, hoy día, a la salida de la cámara de expansión, la leche es comprimida en un homogeneizador a 300-350 bares, antes del cambiador de agua fría.
Pulverización de leche en vapor
La leche es pulverizada en una cámara, donde recibe la inyección de vapor.
Instantáneamente, por condensación de vapor, la leche alcanza 145-150 ºC.
55
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Tabla 1. Tipos de plantas procesadoras ultra alta temperatura.
Tipo
Fabricante
País de origen
(A) Calentamiento indirecto
(I) Tubular
(II) Placas
(III) Combinación de
placas y tubos
(IV) Superficie raspada
Cherry Burrell
EE.UU.
Nuova Frau (Sterflux)
Italia
Stork (Sterideal)
Países Bajos
Ahlborn
Alemania
Alfa-Laval (Steritherm)
Suecia
APV (Ultramatic)
Reino Unido
Sordi
Italia
APV (Ultramatic T)
Reino Unido
Cherry Burrell
EE.UU.
Schmidt
Alemania
Alfa-Laval
Suecia
Cherry Burrell
EE.UU.
Crepaco
EE.UU.
Johnson
Suecia
Alfa-Laval (VTIS)
Suecia
APV (Uperiser)
Reino Unido
Cherry Burrell
EE.UU.
Rossi & Catelli
Italia
Stork (Steritwin)
Países Bajos
Crepaco (Ultratherm)
EE.UU.
Laguiharre
Francia
Nuova Frau-Dasi
Italia/EE.UU.
Pasilac (Palarisator)
Dinamarca
Actini-France
Francia
Elecster
Finlandia
Atad
Francia
(B) Calentamiento directo
(I) Vapor-en-leche
(inyección)
(II) Leche-en-vapor
(infusión)
(C) Otros tipos
(I) Calentamiento por
resistencia eléctrica de
elementos incandescentes.
(II) Cal. de resist. eléct. de
tubos de acero inoxidable
(III) Fricción
56
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Pasa a una segunda cámara, donde se ha hecho vacío. El vapor condensado
antes, ahora se evapora al descender la temperatura a 70-75 ºC. Por último,
se refrigera mediante un cambiador con agua fría y agua helada y se envasa
asépticamente.
Condiciones del calentamiento directo
• Rápido: 140-150 ºC en 2 segundos.
• Seco y saturado (limpio y puro), “alimentario”.
• Homogeneización aséptica (sino se hacen patentes las micelas de caseína).
• Evitar el reagrupamiento de los glóbulos grasos.
Diferencias entre el método directo y el indirecto
• Directo: modificaciones mínimas, se produce la desoxigenación de la
leche y es caro.
• Indirecto: produce depósitos, la leche se altera por la transferencia de
calor y necesita un desaireador.
Tabla 2. Parámetros de medida del tratamiento UHT (Kessler).
– Parámetro B:
MICROBIOLÓGICO.
– Parámetro C:
QUÍMICO.
El valor B: es el daño causado a los microorganismos por un tratamiento a 135 ºC
durante 10,1 segundos.
El valor C: las condiciones necesarias para causar una pérdida de 3% de tiamina.
VALOR B
VALOR C
UHT indirecto
1,25
0,49
UHT directo
2,18
0,30
Envasado aséptico de leche UHT
El tratamiento a granel de la leche necesita recipientes estériles y en el llenado hay que evitar cualquier contaminación.
Los recipientes deben ser opacos, impermeables al agua o a gases, sin sabor
ni olor y resistentes a los pre-tratamientos térmicos, y además de fácil utilización, de cartón termosoldable o plásticos. Se esterilizan con peróxido de
57
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
hidrógeno, (agua oxigenada) en solución fría o caliente (80 ºC) y secado al aire
caliente (232 ºC). La esterilización se termina con óxido de etileno. El hermetismo del cierre debe ser verificado. Los sacos de plástico son poco costosos,
pero tienen soluciones caras. Los sacos de polietileno tienen una lámina de
aluminio forrada de polietileno y, por el otro lado, polipropileno.
Figura 7. Esquema del funcionamiento de una instalación de envasado
aséptico en recipientes paralelepipédicos (Tetra Brik aséptico).
H
G
B
C
D
E
F
A
A. Rollo de cartón.
B. Formación del tubo de cartón.
C. Llegada de la leche.
D. Soldadoras cruzadas.
E. Los recipientes adoptan la forma definitiva.
F. Colocación en contenedores de transporte.
G.Baño de peróxido de hidrógeno.
H. Cámara estéril.
Se esterilizan con alcohol a 70 ºC o con luz ultravioleta.
Las botellas de plástico moldeado se fabrican por extrusión-insuflado, con
aire estéril a 400 ºC y el cierre es de aluminio con moldeo del reborde.
Principalmente la leche UHT se envasa en cartón.
58
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Figura 8. Instalación de envasado aséptico que efectúa el moldeado, llenado y
cerrado de los recipientes paralelepipédicos en ambiente aséptico
(Pure-Pak aséptico).
Foto Alfa-Laval
La misma máquina puede realizar el envasado en recipientes de distinta capacidad. El cartón
utilizado está revestido de aluminio y el conjunto es esterilizado en la factoría de producción, lo
cual aumenta la seguridad del sistema.
Modificaciones de las leches conservadas
• Después de 3 días a 7 ºC pierde el gusto a cocido la leche uperizada.
• Después de 21 días, la leche uperizada no cambia de sabor, mantiene un
poco a óxido.
• En la leche estéril aparece sabor a caramelización.
• En la leche uperizada conservada a 15 ºC el sabor a óxido aparece a los 15
días.
• En la leche UHT se producen agregados de grasa y proteínas.
• La leche UHT al cabo del tiempo se vuelve más viscosa-filante.
• Se puede gelificar por reactivación de las proteasas.
Control de calidad en leche estéril
Está regulado por las normas FIL/IDF, y a partir de éstas se regula por las normas nacionales de cada país y las Directivas de la UE.
59
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Se verifica principalmente:
• La estabilidad físico-química.
• El análisis bacteriológico. Incubación a 30 ºC, 14 días (mesófilos).
Incubación a 55 ºC, 7 días (termófilos).
• El test del alcohol no debe dar floculación.
• La acidez titulable no debe superar 0,2 gramos de ácido láctico por litro.
• La enumeración de gérmenes viables no debe ser superior a 100 ufc/ml,
(inferior a 5 ufc/ml en 3 semanas a 31 ºC).
• Ausencia de coliformes.
Control rápido:
• Examen sensorial u organoléptico.
• Acidez.
• Prueba del alcohol.
• Test del enturbiamiento para verificar sobreprocesados.
• Test de Aschaffenburg. Existencia de proteínas en el suero desnaturalizadas.
Porvenir de la leche esterilizada
Es muy interesante en la vida actual por su:
• Valor nutritivo.
• Digestibilidad.
• Putrefacción.
• Facilidad de consumo.
Control del procesado industrial
Las técnicas analíticas actuales nos permiten un seguimiento muy minucioso
de procesado industrial, de tal modo que los parámetros analíticos reflejados
en las tablas 1 y 2 nos muestran hasta qué punto se puede determinar o clasificar la leche tratada industrialmente según su tratamiento térmico.
60
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Tabla 3. Determinación de la idoneidad del tratamiento térmico.
– Pasteurización.
– Esterilización.
UHT.
a) Directo.
b) Indirecto.
- Índices de calentamiento.
• Determinación de lactosa y galactosa.
• Método de agente clarificante.
• Determinación de lactulosa.
• HMF - Hidroximetil-furfural.
• Grupos S-H libres.
• Proteínas de suero desnaturalizadas.
• Oxígeno disuelto.
• Lisina total y lisinoalanina.
• Método de la fruoroescamina (proteínas libres).
• Índice de glucosilación.
• Proteínas de suero.
Un ejemplo de la caracterización de leches y la posibilidad de determinar la
idoneidad del proceso está publicado desde el año 2000 y, como ejemplo,
puede servir este estudio hecho en el laboratorio.
Tabla 4. Reference samples of processed milk under defined industrial
conditions.
Sample
Industrial
process
Type of
plant
Preheating
ºC/s
Heating
ºC/s
II.
Thermization.
65/10
III.
Pasteurization.
85/30
IV.
Direct UHT.
Rossi & Catelli.
80/24
150/4
V.
Indirect UHT.
APV.
90/20
140/3
VI.
Indirect UHT.
Finnah.
90/20
140/10
VII.
Sterilization in-bottle.
Stort.
138/15
Heat-induced paramenters in industrial milk F.-J. Norales et al.
116/1.000
61
Leches esterilizadas. Fundamentos de los tratamientos térmicos
Tabla 5. Mean values with standard deviations (n = 15 for each group)
found for HMF, lactulose, β-LG, α-LA, BSA and Fc in milk processed
under industrial conditions as described in Table I.
β-LG
mg/L
α-LA
mg/L
HMF
μmol/L
Lactulose
mg/L
BSA
mg/L
Fc
s
Raw I.
1.0 ± 0.1
< 50
4310 ± 135 1090 ± 75
38.1 ± 1.5
Thermized II.
1.5 ± 0.1
< 50
3800 ± 60.0
988 ± 23
26.4 ± 1.6
0.18
Pasteurized III.
2.5 ± 0.7
< 50
1706 ± 225
911 ± 39
9.0 ± 1.1
1.61
UHT-D IV.
5.6 ± 0.5
120 ± 10
389 ± 34
534 ± 35
1.1 ± 0.1
13.4
UHT-I V.
8.7 ± 0.2
250 ± 15
322 ± 16
482 ± 20
< 10
29.3
UHT-I VI.
17.0 ± 2.9
456 ± 24
63.4 ± 1.5
81.8 ± 7.2
< 10
42.9
Sterilized VII.
22.0 ± 2.9 1121 ± 56
< 10
< 10
< 10
392
Heat-induced parameters in industrial milk F.-J. Morales et al.
Un aspecto muy interesante es que los fabricantes de maquinaria para la
industria láctea no son muchos y casi son portadores de una calidad que se
mantiene en el sector correspondiente.
Bibliografía
Astiasarán Anchia I. Alimentos, composición y propiedades. McGraw-Hill. 2005.
Belitz HD, Grosch W. Química de los alimentos. Acribia. 1992.
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Kessler HG. Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik. Molkereitechnologie. Technische
Universität München-Weihnstephan. 1988.
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Hamburg. 1973.
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Toppel A. Chemie und Physik der Milk. Fachbuch-Verlag. Leipzig. 1976.
Veisseyre R. Lactología técnica. Ed. Acribia.1988.
Walstra P y col. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos. Ed. Acribia.
2001.
62
63
Controles analíticos de leche
en la industria
Dr. Salvio Jiménez Pérez
Académico de Número. Real Academia de Ciencias Veterinarias.
La evaluación de la calidad en los productos lácteos hace necesario un control analítico objetivo de los productos lácteos lo más desarrollado y moderno posible.
La creación de una importante industria láctea, que sustituye las actividades artesanales de otras épocas, tiene como condicionante el control y la solución de los
problemas causados por la rápida alteración de estos productos. En primer lugar
está la atomización de la producción láctea, de menos de 10 vacas en el 55-60%
de las explotaciones ganaderas dedicadas a la industria láctea. La necesidad de
dos ordeños diarios y la necesidad de un enfriamiento de la leche en las mejores
condiciones posibles hace necesaria la existencia de unas infraestructuras de
mantenimiento y transporte adecuados. El carácter estacional, con unos picos
máximos de producción en primavera y unos mínimos en invierno, aunque con
la programación de la producción de terneros a lo largo del año y como las vacas
lecheras tienen una lactación de 300 días al año, raramente se ajustan matemáticamente a las necesidades de la industria, muy desarrollada en nuestro entorno.
Ajustar desfases en la producción, con la política alimentaria que demanda productos de gran calidad y que soporte periodos de almacenamiento y distribución largos, ha hecho cambiar técnicas de trabajo ancestrales que proporcionaban unos productos fácilmente alterables. El mercado de la carne (terneros) y
de la leche se mantiene y se equilibra uno con el otro. Las variaciones de uno y
otro ocasiona fluctuaciones en la producción y en el abastecimiento.
La leche, en cuanto a composición y calidad, no varía mucho de un extremo
a otro, pero sí tiene oscilaciones en cuanto a demanda de los distintos productos, dependiendo de la materia prima, esto repercute en la industria lác-
Controles analíticos de leche en la industria
tea en cuanto a aprovisionamiento y, por tanto, a los productos fabricados. El
desfase en cuanto a la demanda es la primera causa de pago de la leche por
calidad de materia prima, como complemento de la cantidad.
El único modo de conseguir una mejor leche, más limpia e higiénica, es mediante la selección cuidadosa del ganado productor, las condiciones de producción,
acondicionamiento y traslado a las industrias lácteas trasformadoras de la materia prima, única para una gran variedad y diversificación de derivados lácteos.
En la actualidad se paga la leche a los productores por su composición, estado de los componentes y calidad microbiológica de los mismos.
Pago de la leche por su riqueza en grasa
Este fue uno de los primeros intentos del pago de la leche por calidad.
Es fácil de entender las razones de este procedimiento. La grasa en 1974 era
el primer componente, que alcanzaba el mayor precio (el 54% del precio de
la leche). El método rápido y fácil de determinación era el de Gerber. Este
método consiste en disolver los componentes de la leche en ácido sulfúrico
concentrado, excepto la grasa, que mediante unos tubos graduados (butirómetros), daba una lectura directa del porcentaje de grasa con una precisión
aproximada del 0,5% de grasa por litro de leche.
El pago que fijaba la industria venía determinado por un fijo de 34 g/l, que
tenía un precio L; si el productor entregaba 34, el precio era L. Si el productor
entregaba 30 el precio era L = 34 – 30 = 4; el precio era L – 4. Si el productor
entregaba 40 el precio era 40 – 34 = + 6; el precio de la partida era 40.
Las ventajas de este sistema eran indudables.
Los controles los verificaba la industria en la recepción y mediante inspectores, que tomaban muestras aleatoriamente en cualquier momento de la
obtención de la leche.
Pago según la riqueza en grasa y proteínas
El pago de la leche por el contenido en grasa está justificado en las mantequerías, en la leche que tiene un contenido mínimo graso por ley, y, en último
grado, en queserías.
64
Controles analíticos de leche en la industria
kg
%
13,7
3,78
13,2
3,73
Grasa
Cantidad de leche
Gráfico 1. Variación anual de la producción de leche.
12,7
12,2
3,63
11,7
3,58
11,2
3,53
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
J.F.
%
%
3,37
5,00
3,35
4,97
3,33
4,94
Lactosa
Proteína
J.F.
3,31
3,29
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
4,91
4,88
3,27
4,85
J.F.
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
J.F.
mg %
128
94
127
92
Fósforo
mg %
126
Calcio
3,68
90
125
88
124
86
123
84
J.F.
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
J.F.
mg %
mg %
40
167
165
39
Sodio
Potasio
163
38
161
159
157
37
155
J.F.
M.A. M.J.
J.A.
S.O.
N.D.
J.F.
65
Controles analíticos de leche en la industria
El pago de la leche por proteínas en las queserías es muy importante.
Sabiendo el contenido graso de la leche y el extracto seco o su contenido en
agua es posible saber el contenido en proteína. Es verdad que existe una
correlación grasa/proteína, por especies; también hay razas que, con una tasa
butírica, pueden tener una variación de 2-4 gramos de proteína por litro.
Cada ganadería es de hecho una subpoblación particular, que se diferencia
en la relación grasa/proteína. No sólo hay diferencias mensuales en las entregas, sino también variaciones de unas a otras.
A nivel de leche de mezcla hay menos diferencias, aun así puede haber 5 gramos de proteína por litro, en tanques de 70.000 litros en producciones de
queserías.
Como conclusión, aunque hay una correlación positiva, cuanta más proteína
hay, más grasa hay; también existen variaciones por mezcla de una granja y raza.
Existe un método de determinación de proteína desde 1956, basado en la
fijación de colorantes de anilina. El colorante es denominado negro amido. Se
basa en añadir a un volumen de la leche (0,8 ml), una cantidad determinada
de colorante, produciéndose una fijación de colorante por las proteínas; el
contenido se determina con ayuda de una curva patrón elaborando una cinética de determinaciones entre el colorante negro amido y el método Kjeldahl,
de la Federación Internacional de Lechería (FIL/IDF, según su nomenclatura
francesa o inglesa). El método Kjeldahl es muy preciso, pues detecta 0,3 gramos de proteína por litro de leche, aunque este método determina la proteína total y para queserías sólo tiene interés el 75% de las proteínas, que son
las proteínas capaces de coagular la leche por medio del cuajo, el resto se eliminan con el suero en el desuerado o sinéresis. Se ha encontrado que la relación nitrógeno total/nitrógeno coagulable es muy constante, por lo que el
método del negro amido es muy práctico por su rapidez.
Hay un factor importante en la frecuencia de la toma de muestras y su conservación hasta proceder a su análisis: como la proteína se altera más que la
grasa, se recomienda usar como estabilizante bicloruro de mercurio, mejor
que el formol o el bicromato de potasio. También hay que tener en cuenta
que la acidez altera la determinación de proteína, dando valores más bajos.
La determinación de proteína por el método del negro amido requiere personal especializado y laboratorios adecuados. La determinación del estado de
66
Controles analíticos de leche en la industria
la proteína para su utilización en queserías se realiza por medio de un tromboelastógrafo o labtodinamograma, que nos dará la capacidad dinámica para
su rendimiento quesero, es decir, el rendimiento leche/queso, muy importante hablando en términos económicos.
Pago según el grado de limpieza
La fabricación de productos de calidad requiere una leche perfectamente limpia. Por esto, el grado de limpieza interviene directamente en la calidad. El
pago de leche por limpieza es por tanto una norma no muy antigua. La extensión de esta norma también es una mejora importante en la calidad y mejora
general de las leches. La obtención de productos limpios exige cuidados
especiales y un material adecuado mínimo y, por tanto, es muy justo su compensación; en las fábricas donde se ha aplicado esta norma han mejorado
inmediatamente la calidad de sus productos.
Métodos de apreciación de la calidad en la leche cruda
Se hacen cuatro apartados:
1. Examen de limpieza física o visual.
2. Análisis de cambio de acidez.
3. Determinación del potencial de óxido-reducción.
4. Examen bacteriológico directo.
Prueba de limpieza física
Se filtra un volumen determinado de leche a través de una membrana filtrante de unas dimensiones conocidas.
Es una prueba imprecisa aunque bastante útil, porque puede haber sido filtrada previamente por el ganadero.
Pruebas basadas en los cambios de acidez
En general, una leche sucia se acidifica rápidamente y suele tener una acidez
comprendida entre los 16 y los 20 ºD.
67
Controles analíticos de leche en la industria
Leches con poca contaminación pueden tener 20 ºD, leches con mucha contaminación pueden tener 16 ºD, con gérmenes proteolíticos; sólo a partir de
20 ºD de acidez hay pruebas de una contaminación elevada.
La determinación en acidez en nuestro entorno es en grados Dornic. También
existe la determinación en grados Soxlet-Henkel y la acidez expresada en
ácido láctico, es decir, en gramos de ácido láctico por mililitro de leche.
Tabla 1. Comparativa de los grados Soxlet-Henkel, ácido láctico y
Dornic.
Grados SH
Ácido láctico
por ciento
Grados D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
18
20
22
24
27
30
33
35
38
40
44
49
0,0225
0,0450
0,0675
0,0900
0,1125
0,1350
0,1575
0,1800
0,2025
0,2250
0,2475
0,2700
0,2925
0,3150
0,3375
0,3600
0,4050
0,4500
0,4950
0,5400
0,6075
0,6750
0,7425
0,7875
0,8550
0,9000
0,9900
1,1025
2
4
6
9
11
13
15
18
20
22
24
27
29
31
34
37
40
45
50
55
62
68
75
80
86
91
99
110
68
Controles analíticos de leche en la industria
Prueba del alcohol
Es una variante del test de acidez. Cuando se añade un volumen de alcohol etílico de un grado alcohólico del 68% a un volumen igual de leche, se produce una
coagulación parcial de la leche si la acidez ha alcanzado los 18-20 ºD. Algunas
leches no ácidas pueden también coagular (leches camíticas). Se puede añadir
un indicador de color, como el púrpura de bromocresol, que vira del gris al
verde, al amarillo, para visualizar mejor la variación. Se mejora también esta prueba si se calientan los tubos donde se realiza el análisis a 23 ºC. Esta prueba es
tanto más satisfactoria cuanto más resistente es a la coagulación.
También se puede poner leche en tubos estériles a 40 ºC, dejándola hasta 12
horas y si, al cabo de ese tiempo, no ha coagulado, es de buena calidad.
El aspecto de la cuajada puede en algunos casos indicar el tipo de microorganismos coagulantes. Por ejemplo: un coágulo gelatinoso, homogéneo y de olor
agradable contiene microorganismos lácticos; un coágulo dislacerado e irregular puede ser producido por el Eschearichia coli o Aerobacter aerogenes.
Prueba de Weinzirl
Sirve para determinar microorganismos esporulados, Clostridium butyricum o
tyrobutyricum. Se toman 10 ml de leche y 2 g de parafina estéril de punto de
fusión de 50-55 ºC. Se mantiene a 80 ºC, durante 40 minutos, se enfría y se
incuba durante 24 horas a 37 ºC; si aparece gas entre la parafina solidificada
en la parte comprendida entre la leche y la parafina, indicará la presencia de
microorganismos esporulados.
Pruebas basadas en el potencial de óxido-reducción
La mayoría de los microorganismos existentes en la leche elaboran unas enzimas, las reductasas, que modifican el potencial de óxido-reducción. Para
revelar esta circunstancia hay que añadir una sustancia que ponga de manifiesto este hecho. La rapidez con que vire el color de la leche a analizar está
en función de la población microbiana existente y da el índice de contaminación, realizándose sobre una cinética previamente elaborada. Sin embargo, si
no se realiza esta cinética no hay una correlación entre el cambio de color y la
contaminación. Por ejemplo, los microorganismos termorresistentes son
menos reductores que los contaminantes.
69
Controles analíticos de leche en la industria
Dos son los colorantes más empleados:
• El test del azul de metileno o prueba de la reductasa.
• La prueba de la resazurina.
Test del azul de metileno
Tabla 2. Clasificación de las muestras de leche procedentes de
depósitos refrigerantes según el tiempo de reducción del
azul de metileno a 37 ºC sin incubación previa.
Tiempo de reducción
del azul de metileno
Número
muestras
Media de
gérmenes totales
(en miles por mililitro)
Porcentaje con relación
al número total
de muestras
7 h. y más.
91
142
60,0
6 h.
23
755
15,2
5 h.
17
2.100
11,2
4 h.
8
2.400
5,3
3 h.
7
10.700
5,1
2 h.
4
11.200
2,6
1 h. y menos.
1
141.000
0,6
Tabla 3. Clasificación de las muestras de leche procedentes de
depósitos refrigerantes según el tiempo de reducción del azul
de metileno a 37 ºC con incubación previa de 18 h a 13 ºC.
Tiempo de reducción
del azul de metileno
Número
muestras
Media de
Porcentaje con relación
gérmenes totales
al número total
(en miles por mililitro)
de muestras
7 h. y más.
24
27
15,9
6 h.
16
76
10,6
5 h.
17
126
11,3
4 h.
19
324
12,6
3 h.
10
590
6,6
2 h.
28
1.120
18,6
1 h.
17
1.100
11,2
Menos de 1 h.
20
6.000
13,2
70
Controles analíticos de leche en la industria
Se toma 1 ml de azul de metileno en 10 ml de leche y se mantiene a temperatura ambiente durante 2 horas; cuanto antes se pierda la coloración azul,
mayor es el nivel de contaminación de la leche.
Prueba de la resazurina
Se toman 10 ml de leche y 1 ml de resazurina recién fabricada y esterilizada, y
se incuban a 37 ºC.
Tabla 4. Valoración de las leches en función de los resultados de los
test del azul de metileno y la resazurina, en época templada.
Notas
Test del azul de metileno
Tiempo de reducción
Test de la resazurina
Coloración tras 1 hora
de incubación
1
Menos de 2 h.
0a2
2
Entre 2 h. y 4 h.
3y4
3
Más de 4 h.
5y6
Tabla 5. Valoración de las leches en función de los resultados de los
test del azul de metileno y la resazurina, en periodo caluroso.
Notas
Test del azul de metileno
Tiempo de reducción
de incubación
Test de la resazurina
Coloración tras 1 hora
1
Menos de 1,30 h.
0y1
2
Entre 1,30 h. y 3 h.
2y3
3
Más de 3 h.
4y6
Las coloraciones varían:
• Resazurina = azul malva.
• Resofurina = rosa.
• Hidrorresofurina = incoloro.
Es un indicador de leches alteradas.
71
Controles analíticos de leche en la industria
Recuento microbiano
La obtención de muestras se realiza por los inspectores de las industrias lácteas, que luego se analizarán en el laboratorio correspondiente.
Pruebas:
• En la granja.
• En el momento de recoger la leche para el transporte.
• En cuanto llega a la industria.
Todas las determinaciones a realizar tienen el mismo valor.
Clasificación de proveedores:
• A, B y C: según se hayan realizado 2, 3 o 4 tomas de muestras mensuales.
• Conclusiones: ensayo en blanco e información después de puesta en marcha la norma.
Análisis:
• En leche:
– Estandarización.
– Calidad de la leche.
– Extracto seco magro.
– Grasa.
• En yogur:
– Estandarización.
– Grasa.
– Fibra.
• Queso:
– Calidad de la leche.
– Estandarización.
72
Controles analíticos de leche en la industria
Tabla 6. Clasificación de los proveedores en función del conjunto de
notas obtenidas durante los controles realizados en el mes.
Notas obtenidas en:
Clases (1)
Clase A
Clase B
Clase C
{
{
{
Cuatro controles
mensuales
Tres controles
mensuales
Dos controles
mensuales
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
2
3
3
2
3
2
3
3
3
1
3
3
2
2
3
3
2
1
3
3
1
2
2
3
3
1
1
3
2
2
3
1
3
2
2
2
3
2
1
3
2
2
1
2
2
2
3
2
1
1
2
2
2
2
2
2
2
1
3
1
1
1
3
1
1
2
1
2
2
1
1
2
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
(1) En el caso de leches no refrigeradas, las leches se clasifican en función de las notas
obtenidas en la prueba de la reducción (del azul de metileno o resazurina). En el caso
de leches refrigeradas, las leches se clasifican en función de las notas obtenidas en la
prueba del recuento de la flora total en medio gelificado.
– Grasa.
– Tromboelastografía.
– Rendimiento quesero.
• Helados y postres lácteos:
– Overrum.
– Composición.
– Grasa, proteína, etc.
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Controles analíticos de leche en la industria
Determinación de la leche tratada térmicamente
Con el fin de una catalogación de procesos, se necesita la definición de una
serie de indicadores térmicos que cubran rangos de temperatura y tiempo
efectivo de interés tecnológico en la industria láctea, incluyendo las condiciones de almacenamiento y vida comercial.
Indicadores químicos
• Degradación, desnaturalización e inactivación de componentes sensibles
al calor, por ejemplo, enzimas, vitaminas o proteínas de suero.
• Formación de sustancias nuevas debidas al procesado térmico o que inicialmente estaban presentes en la materia prima en niveles muy bajos.
Inactivación enzimática
• Fosfatasa alcalina (ALP EC 3.1.3.1): es estable a temperaturas ligeramente
superiores a las requeridas para destruir microorganismos patógenos.
Sirve de control higiénico de la leche pasteurizada.
Métodos
• Standard 63 (FIL/IDF, 1971): valores de menos de 4 mg fenol/ml leche.
• Standard 82 (FIL/IDF, 1987): valores de menos de 10 mg p-nitrofenol/ml leche.
• Standard 155 (FIL/IDF, 1992): valores de menos de 500 mU/l leche.
• Lactoperoxidasa (LPO EC.1.11.1.7): test cuantitativo de Storch (1963), que
determina los límites máximos de la pasteurización.
• Gamma-glutamiltransferasa (GGTP EC.2.3.2.2): test cuantitativo de Baumrucker
(1979), aplicación paralela a la LPO.
Proceso térmico
Termización
Pasteurización
LTST
HTST
Esterilización UHT
Esterilización en botella
ALP
LPO
GGTP
+
+
+
–
–
–
–
+
–
–
–
+
–
–
–
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Controles analíticos de leche en la industria
Alteraciones por tratamientos térmicos
• Alteraciones entre grupos laterales de aminoácidos (aa).
• Reacciones de degradación de cadenas laterales de aa.
• Reestructuración de grupos sulfhidrilo (-SH) y disulfuro (S-S-).
• Insolubilización de proteínas.
• Interacciones entre kappa-caseína y beta-lactoalbúmina.
• Interacciones de proteínas con lípidos.
• Interacciones de carbohidratos con proteínas.
La reacción de Maillard (RM) produce dos tipos de indicadores:
• Específicos de la RM, tales como: furosina (FUR), lisinoalanina (LAL), histidinoalanina (HAL), furfurales y melanoidinas. También se produce una pérdida de lisina disponible.
• No específicos de la RM, tales como: galactosa/lactulosa, sustancias reductoras de proteínas, desnaturalización de proteínas, digestibilidad in vitro, así
como otros ya enumerados (pH/acidez, AGL, etc.).
La determinación de galactosa sirve como índice de calentamiento para todos
los procesos incluidos entre 80 y 150 ºC y rangos de 1 a 1.000 segundos.
Según esto, puede clasificarse:
• Leche pasteurizada = menos de 0,25 mg/100 ml de leche.
• Leche UHT = entre 0,25 y 5 mg/100 ml de leche.
• Leche esterilizada = más de 50 mg/ml de leche.
Bibliografía
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Controles analíticos de leche en la industria
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