UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA
LA MOLINA

FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

Industrias Lacteas

Practica 1

“Coagulación de la Leche y Fuerza del Cuajo”

Practica 1
Coagulación de la Leche y Fuerza del Cuajo

I. INTRODUCCIÓN

La coagulación de la leche se define como la desestabilización de la solución coloidal de caseína que da lugar a al aglomeración de las micelas libres y la formación de un gel que contiene el resto de los componentes de la leche

La coagulación acida o lactica suele ser utilizada para la elaboración de quesos frescos mientras que la enzimatica es la empleada de forma mayoritaria en quesos madurados.

Los coagulantes enzimaticos utilizados, conocidos comúnmente como cuajos, son proteasas acidas que tienen su pH óptimo de actuación en la zona acida y presentan un origen variado: animal, vegetal o microbiano. La fuerza del cuajo se expresa como una relación entre una unidad de peso y/o de volumen del cuajo capaz de coagular un número de unidades correspondientes de leche en unas condiciones definidas de temperatura y de tiempo; siendo estas condiciones consideradas en la presente practica.

II. OBJETIVOS

* Reconocer cuales son los factores y aditivos que mejoran el proceso de coagulación de leche cruda y pasteurizada.
* Comparar los tiempos de coagulación en muestras deleche preparadas bajo diferentes tratamientos.
* Determinar la fuerza del cuajo empleado.
*

III. REVISIÓN DE LITERATURA

1. El cuajo

Eck(1990) indica que el cuajo bovino es el agente coagulante tradicionalmente utilizado para la coagulación de la leche atendiendo al proceso tradicional de fabricación de la mayoría de los quesos; no obstante, algunos quesos han sido elaborados tradicionalmente a partir de enzimas obtenidos del estómago de cabritos o de corderos lechales. La denominación “cuajo” se da al extracto coagulante procedente de cuajares de rumiantes jóvenes sacrificados antes del destete. Contiene realmente dos fracciones activas: una, mayoritaria, constituida por la quimosina; otra, minoritaria la pepsina.

* Otras enzimas coagulantes

Los productos de reemplazamiento del cuajo son innumerables. Múltiples proteasas capaces de hidrolizar la caseína son susceptibles de provocar la coagulación de la leche; no obstante, esta condición no es suficiente para su utilización a gran nivel en la industria. Eck (1990) nos dice que un sucedaneo no debe tener una actividad proteolítica muy elevada; una actividad proteolítica exagerada determina el rompimiento de numerosos enlaces peptídicos y una solubilización importante de las proteína; ello determina, especialmente, una tensión muy débil en el coagulo o bien pérdidas elevadas en materia seca en el lactosuero, un enlentecimiento deldesuerado y la aparición de gustos y texturas anormales durante el afinado.

Según Eck(1990), las propiedades tecnológicas indispensables que deben cumplir las otras enzimas coagulantes para ser elegidas para el rubro quesero son:

* La actividad Coagulante debe ser buena en las condiciones fisicoquímicas de las leches habitualmente empleadas en quesería (pH, temperatura, contenido en calcio).
* Las propiedades reológicas de los coagulos deben evolucionar después de la floculación, de forma que permitan el trabajo mecanico del gel en las condiciones habituales.
* La sinéresis del coagulo a lo largo de la fase de desuerado debe permitir obtener un queso con extracto seco y composición química característicos del queso deseado, en un intervalo de tiempo practicamente igual al requerido cuando se emplea cuajo.
* Las modalidades del afinado deben permitir obtener un producto terminado que presente las características organolépticas habituales después de una curación parecida a la realizada en los quesos fabricados con cuajo.

2.1. Fuerza del cuajo

La fuerza de cuajo se expresa como una relación entre una unidad de peso y/o de volumen del cuajo capaz de coagular un número de unidades correspondientes de leche en unas condiciones definidas de temperatura y de tiempo. Estas condiciones, son diferentes según el método adoptado. En Francia, el método oficial es el de Soxhlet; este método precisa quela coagulación debe realizarse a 35°C durante 40 minutos (Eck, 1990).

Según Alais (1985), la fuerza del cuajo representa el número de volúmenes de leche fresca procedente de mezcla, coagulados por un volumen de cuajo en 40 minutos a 35 ºC. Si se toma un volumen v de cuajo, un volumen V de de leche y se mide el tiempo de coagulación T en segundos se calcula:

F = 2.400 V / Tv

Fuerza de los “cuajos líquidos” comerciales 2.000 y 5.000
Fuerza de los “extractos de cuajo” comerciales 10.000 y 15.000
Fuerza de los “cuajos en polvo” comerciales 100.000 y 150.000
Fuerza del cuajo cristalizado, alrededor de 10.000.000

Se expresa como F* = 1/F (g/mL)

Esta definición no es realmente tal, ya que considera una base indefinible; la leche
fresca normal.


2. Coagulación de la leche

3.2. Coagulación por acidificación

Al añadir sustancias acidas o al producirse fermentaciones con producción de acidos, las proteínas de la leche coagulan. En algunos tipos de quesos se añaden directamente a la leche acidos tales como lactico o acético. El vinagre y el limón también se utilizan a veces como coagulantes de la leche (Madrid, 1996).

La acidificación brutal, por adición de un acido mineral u organico, determina la floculación de las caseínas de pH 4 , en forma de un precipitado mas o menos granuloso que se separa del lactosuero. Por el contrario, una acidificación progresiva, obtenida biensea por fermentación lactica, bien por hidrólisis de la gluconolactona, determina a la formación de un coagulo liso, homogéneo que ocupa totalmente el volumen inicial de la leche (Eck, 1990).

Normalmente a la leche se le añade un cultivo puro de bacterias lacticas, que al multiplicarse transforman la lactosa en acido lactico. En algunos tipos de quesos se combinan la acidificación y el cuajo como método de coagulación (Madrid, 1996).

3.3. Coagulación por la acción de enzimas

Un gran número de enzimas proteolíticas, de origen animal, vegetal o microbiano poseen la propiedad de coagular el complejo caseínico. El cuajo, mezcla de quimosina y pepsina excretada en el estómago de los rumiantes lactantes, es la enzima coagulante mejor conocida (Eck, 1990). Según Madrid (1996), la actividad enzimatica hace que coagule en un tiempo variable según tipos de quesos (28 a 45 minutos) y a temperaturas del orden de 28 – 33ºC.

Alais (1985) dice que la formación de cuajada puede obtenerse a partir de la coagulación de la leche mediante el cuajo (u otra enzima coagulante), con su pH de origen o débilmente rebajado mediante una fermentación lactica limitada. De esta forma se separa el fosfo-paracaseinato de calcio, con la materia grasa retenida en la cuajada.

3.4. Factores que afectan la coagulación de la leche
Temperatura: los cuajos de ternera trabajan mejor a una temperatura de 40ºC; sin embargo, enla practica se suele trabajar a unos 30-32 ºC, ya que entonces es necesario aumentar la dosis de cuajo, lo que tiene ciertas ventajas:

* Una dosis mas alta de cuajo hace que el coagulo sea menos duro.
* Se estimula el desarrollo bacteriano.
* Se favorece la maduración.

Acidez: una baja en el pH supone un aumento en la actividad de los tipos de cuajo. Por ello es importante la premaduración de la leche con fermentos lacticos que producen acido lactico, bajando el pH del medio para que así actúe mejor el cuajo.

Concentración de iones calcio y sodio: adicionando cloruro calcico a la leche aumenta la concentración de iones calcio, facilitando la actuación de los diversos tipos de cuajo. Los iones sodio también afectan a la actividad de los cuajos, pero en una proporción diez veces menor.

Composición y tratamientos previos de la leche: se debe procurar utilizar leche de composición constante para que la coagulación sea similar día tras día. Una leche que ha permanecido a bajas temperaturas durante varios días, coagula peor que la leche fresca del día.

Figura 1: Principales factores que influyen en la intensidad y
velocidad de la sinéresis de una cuajada enzimatico.

Fuente: André (1990)

3. Fermento Lactico
Eck (1989) nos dice que estos son cultivos puros en proporciones definidas en diferentes bacterias lacticas, las cuales al multiplicarse en la leche y en los quesos, garantizan dosfunciones importantes

1. Rebajar el pH del medio, al transformar la lactosa en acido lactico. Esta acidificación interviene como factor de la coagulación de la leche y en la sinéresis de la cuajada.
2. Contribuir a las características organolépticas de los quesos, liberando sistemas enzimaticos que participan directa o indirectamente en los principales fenómenos de afinado de los quesos.

Según Alais (1985) los fermentos nos deben considerarse simplemente como un medio de aporte de acido lactico, sino que constituyen también una fuente de bacterias activas, capaces de multiplicarse en el seno de la leche, de la cuajada o de la nata y de producir, en el momento favorable, la acidez y el aroma deseados. Este mismo autor dice que los fermentos deben ser no solamente cultivos activos, sino cultivos puros. Por lo tanto es preciso presentar una gran atención a los siguientes puntos, sobre todo cuando se utiliza el método tradicional:

1. Impedir la contaminación por especies extrañas, que puedan ser aportadas con la leche que se utiliza para el cultivo, con la atmósfera o con los utensilios, lo que impone medidas de rigurosa asepsia.
2. Impedir la contaminación por fagos adoptando medidas especiales.
3. Impedir la degeneración de una especia o la evolución de una mezcla de especies con predominio de una de ellas, lo que hace preciso el retorno bastante frecuente a las cepas seleccionadas dellaboratorio especializado.

Madrid (1996) indica que al periodo que transcurre entre la adición de los fermentos lacticos hasta la del cuajo se le conoce como período de premaduración. Los fermentos lacticos dan lugar a

1. Acidificación de la leche, con la consiguiente bajada del pH.
2. Inhibición del desarrollo de otros tipos de bacterias (colis y patógenas) cuya presencia crea problemas en el proceso quesero.
3. Segregación de enzimas proteolíticas que ayudan a la descomposición de las proteínas durante la posterior maduración.

4. Aditivos
Con objeto de corregir y mejorar las características de la leche para fabricar quesos se suelen utilizar algunos productos, entre los que Madrid (1996) destaca:

1. Cloruro calcico, a veces en combinación con fosfato disódico, que bajan el pH de la leche, lo que facilita la coagulación posterior de la misma por adición de cuajo.
2. Nitratos sódico y potasico, que utilizados en la dosis apropiadas inhiben el desarrollo de bacterias butíricas y coli.
3. Colorantes, que se utilizan para conseguir un color uniforme del queso, independientemente de las variaciones estacionales del color de la leche.
4. Enzimas diversas, que se agregan microencapsuladas a la leche para que actúen durante la maduración, acortandola.
5. En algunas variedades de quesos, donde se permite la adición de agua oxigenada para su conservación, después se permitetambién la adición de catalasa, que ayuda a desdoblar el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.
6. En países tropicales se añade a veces cloruro sódico (sal común) a la leche para evitar el crecimiento microbiano.
7. En algunos quesos tales como Ricotta se permite la adición e sustancias estabilizantes para evitar la formación de espuma.
Particularmente el empleo de cloruro calcico en la elaboración de quesos se da porque la leche de baja calidad presenta los siguientes inconvenientes según Madrid (1996):

* Se producen importantes pérdidas de caseína, que se va con el suero en forma de finas partículas.
* Se producen pérdidas de grasa, que se marcha con el suero.
* La sinéresis (contracción del coagulo y eliminación del suero) es imperfecta.

Sin embargo, si se añade cloruro calcico a la leche en dosis de 5 a 20 g por cada 100 litros baja el pH, se produce una concentración de iones calcio y se mejora y acorta la coagulación posterior con el cuajo. No se debe abusar de este aditivo, ya que a dosis mas altas da lugar a un coagulo duro, difícil de cortar y manejar.

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

5.1. Insumos

* Leche cruda
* Leche pasteurizada (72°C por 15 segundos)
* Cuajo
* Cloruro de Calcio

5.2. Equipos y utensilios

* Ollas de acero
* Cucharas de madera
* Termómetro
* Caja térmica (Cooler)
* Jarras plasticas
* Cocina
* Pipeta* Matraz
* Fósforos
* Envases plasticos
* Cronómetro

5.3. Metodología

A. Coagulación de la leche

Se agregó 200 ml de leche a cada vaso, teniendo en cuenta los siguientes tratamientos:

* Vaso 1, sólo leche cruda.
* Vaso 2, leche pasteurizada (72°C por 15’’).
* Vaso 3, leche pasteurizada (85°C por 15’’).
* Vaso 4, Leche cruda mas fermento lactico (5% del volumen de la leche). Se tomó el tiempo al ser inoculado.
* Vaso 5, igual que el 4 (se adicionó fermento 20 minutos después que el vaso 4).
* Vaso 6, igual que el 4 (se adicionó fermento 20 minutos después que el vaso 5).
* Vasos 7 al 12, leche pasteurizada (72°C por 15’’) mas fermento lactico (5%). Se tomó el tiempo al ser inoculados.

Para continuar con el desarrollo de la experiencia, se realizó lo siguiente:

* A los vasos del 1 al 9 se les agregó 1.0 ml de solución de cuajo a cada uno (se anotó la hora de adición).
* A los vasos 10, 11 y 12 se les adicionó 1mL de cloruro de calcio (se anotó el tiempo de adición).
* Quince minutos después de agregada la solución de CaCl2 (vasos 10, 11 y 12), agregar 1.0 ml de la solución de cuajo (anotar la hora). Concluidos los pasos mencionados, usted debera determinar el tiempo de formación de la coagulación de cada muestra.

B. Prueba para determinar la fuerza del cuajo

* Se calentaron 500 mL. de leche a 35ºC.
*Se añadió 10 mL. de solución de cuajo.
* Se tomó el tiempo en segundos desde que se agregó la solución de cuajo hasta que se presente la coagulación de la leche. Tener presente que la temperatura de 35ºC se mantuvo constante lo que duró el proceso de coagulación.
* Para determinar la fuerza del cuajo se aplicó la siguiente fórmula

F = (2400 x K) / (C x D)

Donde:

K: Cantidad de leche
C: Cantidad de cuajo
D: Tiempo de coagulación (seg)
2400: tiempo en segundos en que normalmente la leche coagula a la temperatura de 35 ºC.

V. RESULTADOS Y DICUSIONES

Cuadro 1. Resultados del tiempo de coagulación de la leche

Cuadro 2. Determinación del tiempo de formación de la coagulación
VASO | Hora de adición
del Fermento (A) | Hora de adición
del CaCl2 (B) | Hora de adición
del Cuajo (C ) | Hora de coagulación (D) | Tiempo de maduración (C-A) min. | Tiempo de coagulación (D-C) min. |
1 | - | - | 01:02 | 01:30 | - | 00:28 |
2 | - | - | 01:02 | 01:43 | - | 00:41 |
3 | - | - | 01:02 | 01:41 | - | 00:39 |
4 | 12:12 | - | 01:02 | 01:42 | 00:50 | 00:40 |
5 | 12:32 | - | 01:02 | 01:36 | 00:30 | 00:34 |
6 | 12:52 | - | 01:02 | 01:41 | 00:10 | 00:39 |
7 | 12:12 | - | 01:02 | 01:42 | 00:50 | 00:40 |
8 | 12:32 | - | 01:02 | 01:42 | 00:30 | 00:40 |
9 | 12:52 | - | 01:02 | 01:38 | 00:10 | 00:36 |
10 | 12:12 | 01:02 | 01:17 | 01:29 | 01:05 | 00:12 |
11 | 12:32 | 01:02 | 01:17| 01:29 | 00:45 | 00:12 |
12 | 12:52 | 01:02 | 01:17 | 01:29 | 00:25 | 00:12 |

Como se observa en el cuadro 1, el vaso 1 contenía únicamente leche cruda y cuajo, por lo que coaguló en menor tiempo (28 minutos) en comparación con los vasos 2 (41 minutos) y 3 (39 minutos), que contenían leche pasteurizada a diferentes temperaturas, éste comportamiento era de esperarse ya que la en la leche cruda el calcio no ha precipitado debido a que no se le ha dado ningún tipo de tratamiento a la leche ademas, Madrid (1996) señala que la leche cruda aún cuenta con su flora natural lo que provoca la acidificación por degradación de la lactosa hasta acido lactico, favoreciendo la coagulación de la leche por el cuajo.
Por otro lado, entre los vasos 2 y 3 se observa que el vaso 3, por decirlo de algún modo, coaguló primero aunque el coagulo no se formó bien y se notó muy débil, a diferencia del vaso 2 que aunque unos minutos después, el coagulo formó mejor, débil también pero no tanto como el vaso 3; esto es debido a que temperaturas mayores a 75°C aproximadamente, las proteínas del suero de la leche se van desnaturalizando y llega a un estado de desestabilidad, tal situación no ayuda a que el cuajo cumple su función, por ende la coagulación no procede de la manera esperada.
En cuanto a los vasos 4 y 6, las tres muestras contienen leche cruda la única diferencia son las horas de adición del fermento lactico, por lo tantolos tiempos de maduración. Entre las tres muestras, el primero en coagular fue el vaso 5 (34 minutos) con una coagulación regular, seguido por el vaso 6 (39 minutos) con una coagulación fragil y por último el vaso 4 (40 minutos) con una coagulación muy firme. . Madrid (1996) dice que normalmente a la leche se le añade un cultivo puro de bacterias lacticas (fermento), que al multiplicarse transforman la lactosa en acido lactico. En algunos tipos de quesos se combinan la acidificación y el cuajo como método de coagulación. Ademas, el descenso del pH inhibe el desarrollo de bacterias colis y patógenas. Por último el fermento lactico también da lugar a la segregación de enzimas proteolíticas que ayudan a la descomposición de las proteínas durante la posterior maduración.
En el caso de los vasos 7,8 y 9, la diferencia con las muestras anteriores proviene de la pasteurización, pero de la misma manera que el grupo anterior también tuvieron diferentes tiempos de maduración. El orden de coagulación, como se observa en el cuadro 2 fue el siguiente, primero coagularon los vasos 7 con un coagulo firme, y el vaso 8 con una coagulación débil, el vaso 9 tuvo mayor tiempo de coagulación pero con mejor formación de cuajo. Según Alais (1985) los fermentos nos deben considerarse simplemente como un medio de aporte de acido lactico, sino que constituyen también una fuente de bacterias activas, capaces de multiplicarse en el seno dela leche, de la cuajada o de la nata y de producir, en el momento favorable, la acidez y el aroma deseados. Sin embargo se trata de seres vivos que cumplen con un metabolismo y al llegar a la fase de muerte pueden perjudicar el producto.
Por último tenemos el grupo de los vasos 10, 11 y 12, observando el cuadro 2 se puede ver que los tres tiene el mismo tiempo de coagulación, esto es debido a un descuido en la toma de datos; teóricamente el primer vaso en coagular debió ser el vaso 10 u 11, ya que tuvieron un mayor tiempo de maduración, lo cual sería favorable para dar tiempo a que el pH de la leche disminuya hasta un valor de 5.2, el cual se considera como un valor óptimo para favorecer la coagulación, de la misma manera afianzando lo dicho anteriormente en las observaciones se puede ver que el vaso 10 presentó un cuajo mas firme. La diferencia en este grupo de muestras fue la adición de cloruro de calcio, el cual es un aditivo importante para formar las redes de proteína y ayudar a la coagulación. Como menciona Madrid (1996) el uso de este aditivo generalmente es para ayudar a formar un coagulo mas firme, así mismo para favorecer leches de baja calidad, que presentan ciertos inconvenientes como, pérdidas importantes de caseína que se van con el suero, sinéresis, o pérdidas de grasa.
El cuadro 2 muestra los tiempos de maduración y coagulación de la misma leche pero con diferentes tratamientos, como ya semencionó anteriormente. Para tener una mejor apreciación entre los tiempos de coagulación se presenta a continuación una grafica que compara estos tiempos entre las diferentes muestras.

Grafica 1. Comparación de tiempos de coagulación entre todas las muestras

Como se puede observar en la Grafica 1, tuvieron menor tiempo de coagulación fueron las muestras de los vasos 10,11 y 12; seguidos por el primer grupo de vasos, luego el segundo grupo de vasos y por último el tercer grupo de vasos.

Grafica 2. Tiempo de maduración vs. Tiempo de coagulación

La grafica 2 muestra la relación entre el tiempo de maduración y el tiempo de coagulación, como se puede ver a mayor tiempo de maduración menor tiempo ode coagulación.

Fuerza del cuajo

Haciendo uso de la siguiente ecuación se puedo determinar la fuerza del cuajo utilizado:

F = (2400 x K) / (C x D)

F = (2400 x 500ml) / ( 0.1g de cuajox 480s)

F = 25 000 ml de leche /gramo de cuajo

F = 1 / 25 0000 (g/ml)

Según Alais (1985) la fuerza del cuajo representa el número de volúmenes de leche fresca procedente de mezcla, coagulados por un volumen de cuajo en 40 minutos a 35ºC. Según su clasificación y por el valor obtenido en la experiencia, la fuerza de cuajo le corresponde a la de los de cuajos en polvos comerciales.

VI. CONCLUSIONES

* La leche cruda presenta mejores características para favorecer la coagulación de la leche, ya quela flora natural de la leche la acidifica provocando una coagulación luego de la adición del cuajo, relativamente rapida.
* La adición de fermento lactico facilita la acción del cuajo en la leche.
* Las muestras a las que se le agrego el fermento lactico al inicio son las que presenta cuajos mas firmes.
* La adición de cloruro de calcio ayuda a la formación del coagulo.
* La leche con el tratamiento térmico muy severo no formo gel, por lo tanto la temperatura es un parametro muy importante a controlar.
* El menor tiempo de coagulación lo obtuvieron las muestras a las que se le añadió cloruro de calcio. siendo este tiempo de 12 minutos aunque de los tres el que tuvo mejor consistencia fue al que se le agrego el fermento lactico al inicio.
* La concentración de cloruro de calcio añadida fue la adecuada y se encontraba en buen estado ya que cumplió con su función de favorecer la coagulación y dio los geles mas firmes.
* La fuerza del cuajo obtenida fue de 1/ 25000 (g/ml)
* La fuerza del cuajo corresponde a la de los cuajos en polvos comerciales.

VII. BIBLIOGRAFÍA

* ALAIS, Charles. 1985. Ciencia de la leche. Principios de técnica lechera. Editorial Reverté S.A. Impreso en España.

* ECK ANDRE. 1990. El Queso. Ediciones Omega, SA. Barcelona – España.

* MADRID VICENTE, Antonio. 1996. Curso de Industrias Lacteas. Editorial Mundi-Prensa. Impreso en España.