DISEÑO DE UN PRODUCTO LÁCTEO (YOGUR) CON DISMINUCIÓN EN LA
CONCENTRACIÓN DE AZÚCAR A PARTIR DE UNA APROXIMACIÓN
MULTIESCALA
Lizeth Tairina Trujillo Daza, Óscar Alberto Álvarez Solano
Facultad de Ingeniería Química, Universidad de los Andes
Bogotá, Colombia
Resumen- El objetivo general de este estudio fue
aplicar una aproximación multiescala en el diseño de
un producto lácteo (yogur) con disminución en la
concentración de azúcar y la sustitución parcial de
éste por edulcorantes de origen natural durante el
proceso de fermentación. El desarrollo de la
investigación se llevó a cabo en dos etapas, donde se
determinó la influencia que existe entre la variación
a nivel de proceso y formulación sobre las
propiedades finales del producto lácteo. La primera
etapa consistió en la evaluación de diferentes
tratamientos térmicos de la leche, con temperaturas
de 60°, 70°, 80° y 85°C, por un tiempo de 15 min
cada uno y de manera independiente. Posterior a
esto, se seleccionó un tratamiento térmico para
continuar con la segunda etapa. En ésta, se
caracterizó el efecto de la sustitución parcial del 5%
(p/p) de azúcar comercial por edulcorantes de origen
natural, tales como estevia, inulina y eritritol en
concentraciones del 10%, 30% y 50% (p/p),
garantizando una concentración final del 5% (p/p) de
azúcares adicionados. La evolución de las
propiedades de las muestras de yogures elaboradas,
se determinaron en un tiempo de dos semanas,
durante su almacenamiento en refrigeración. Es
importante resaltar, que las características
macroscópicas del yogur fueron evaluadas,
siguiendo la ley de potencia, que a través de los
índices de consistencia (K), y pseudoplasticidad (n)
se evaluó el comportamiento de un fluido no-
Newtoniano, la textura con la prueba Back
Extrusion, la morfología de la microestructura con
microscopía electrónica de barrido. Los resultados
del tratamiento térmico de la leche evidenciaron que
con 80°C/15min se presentó un incremento de los
valores ajustado de K, n junto con los parámetros de
textura (firmeza, consistencia, cohesividad e índice
de viscosidad), como consecuencia de
desnaturalización de la β-lactoglobulina y la
formación de la red de los agregados de proteínas.
Este tratamiento fue seleccionado como base para la
elaboración de las muestras de yogur con sustitución
parcial del azúcar por los edulcorantes. La
modificación en la formulación con los edulcorantes
utilizados y las concentraciones evaluadas
evidenciaron cambios a nivel microestructural y
macroscópico, donde la inulina y el eritritol con la
concentración al 50%(p/p) aumentaron dichas
características presentando mayores índices de
consistencias, valores importantes en los parámetros
texturales y una mayor estructura reticulada de la
matriz proteica.
Palabras claves: Fermentación, Agregación,
Textura, Viscosidad.
I. INTRODUCCIÓN
El conocimiento de los consumidores acerca de
los beneficios que aportan a la salud los ingredientes
o componentes de los alimentos ha ido
incrementando de manera considerable en los
últimos años. Por este motivo, se deben considerar
para el diseño y producción de este tipo de alimentos,
la participación de elementos que condicionen a
mejorar las características finales de un producto y
brinden un beneficio a la salud que con la esperanza
de mantener o aumentar la calidad de vida, las
personas realicen un intento de incluirlos en su dieta
[1]. Un alimento interesante que se puede incorporar
de manera fácil a una dieta saludable por su carácter
nutritivo es el yogur, este es un producto que, desde
el punto de vista nutricional, posee una combinación
única de nutrientes y microorganismos vivos, esta
matriz alimentaria brinda dentro de lo posible una
mayor capacidad nutritiva con la suma de sus
componentes que si dado el caso los nutrientes se
llegaran a consumir de manera individual [2].
El yogur es un producto lácteo originado por la
fermentación ácida y gelificación de la leche a través
de las bacterias homofermentativas del ácido láctico
Streptococcus thermophilus y Lactobacillus
delbrueckii ssp. bulgaricus. Los carbohidratos
presentes en la leche son fermentados por estas
bacterias obteniendo como producto final ácido
láctico, otros ácidos orgánicos como el cítrico,
pirúvico y acético, entre otros compuestos que
aportan una textura y sabor únicos en el yogur, tales
como cetonas, alcoholes, aldehídos y ésteres. Según
el país, los procesos de elaboración del yogur
cambian, sin embargo, siempre lleva a la
gelificación de la leche mediante la desestabilización
del sistema de proteínas durante el proceso de la
fermentación [3], [4]. Adicional a esto, puede variar
según su composición y formulación, para su
elaboración se puede modificar la fuente y tipo de
leche, al igual que los ingredientes o componentes,
tales como, edulcorantes, estabilizantes,
texturizantes, colorantes, sabores, frutas y
conservantes, que pueden ser adicionados durante la
elaboración [2]. También, por otros factores puede
cambiar la composición del yogur, como
temperatura, tiempo del proceso de fermentación y
almacenamiento, así como las especies y cepas
bacterianas [5]. Todos estos cambios a nivel de
procesos de elaboración, y formulación pueden
tener un efecto sobre las características o
propiedades texturales y microestructurales finales
del producto, contribuyendo a la formación de una
matriz láctea con propiedades mejoradas [2], [6].
Considerado como un alimento beneficioso para
la salud, este producto a nivel de procesamiento se le
ha adicionado una cantidad de azúcar superior a los
10% (p/p) para contrarrestar la acidez natural del
ácido láctico originado por las bacterias iniciadoras.
Para que éste sea considerado beneficioso para la
salud, su contenido de azúcar debe tener una
concentración de (4.5-5)%(p/p) [7], además la
Organización Mundial de la Salud (OMS) ha
recomendado que los adultos reduzcan el consumo
de azúcar al 5% de la ingesta calórica diaria,
equivalente a 25 gramos al día [8].
De acuerdo con esto, el interés en alternativas a la
sacarosa bajas en calorías ha tomado un gran interés.
A parte que los edulcorantes de origen artificial
dejan un sabor residual indeseable o se relacionan
con problemas de salud, estudios recientes han
direccionado sus investigaciones con aquellos
edulcorantes de origen natural, tales como estevia,
inulina, polioles, entre otros, que aporten sus
cualidades edulcorantes [9], [10], [11].
Los extractos de la Stevia rebaudiana, glucósidos
de esteviol, son el grupo de compuestos que aportan
el poder endulzante. Esteviósido, Rebaudiósido A,
Rebaudiósido C y Dulcósido A, son los principales
componentes edulcorantes, y aproximadamente cada
uno es 200-300 veces más dulce que la sacarosa [9].
Químicamente, la inulina es un carbohidrato
polidisperso formado por enlaces β(2,1) fructosil-
fructosa que al final de la molécula termina con un
residuo de glucosa [10], su valor calórico reducido
(10% de la sacarosa) y los efectos de una fibra
dietaria son atribuidos a la presencia de estos enlaces
β(2,1), los cuales evitan que la inulina sea digerida
como cualquier otro carbohidrato [12]. El eritritol es
un carbohidrato lineal de cuatro carbonos unidos
cada uno con un grupo hidroxilo, que forman
cristales anhidros con un sabor dulce moderado
aproximadamente 60-70% tan dulce como la
sacarosa [13], es un interesante sustituto del azúcar
desde el punto de vista de la salud dental debido a
que no es metabolizado por las bacterias orales,
también es conocido por su alta tolerancia a la
digestión en comparación a otros polioles con
propiedades no calóricas semejantes [14] .
El objetivo general de este estudio fue aplicar una
aproximación multiescala en el diseño de un
producto lácteo (yogur) con disminución en la
concentración de azúcar y la sustitución parcial de
éste por edulcorantes de origen natural durante el
proceso de fermentación.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
Para esta investigación se utilizó leche entera
pasteurizada (Colanta®), también denominada leche
fresca debido a su corta vida útil en refrigeración,
aproximadamente de 5 a 6 días, azúcar blanco
(marca Éxito) y edulcorantes de origen natural tales
como estevia: Dual Stevia™ (Tate & Lyle), inulina:
Fibruline® S20 (Cosucra) y eritritol (Erythritol,
Now® Real Food). Para el proceso de la
fermentación se utilizó el cultivo con Streptococcus
thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp.
bulgaricus (Lyofast Y 430 A, SACCO).
Preparación de las muestras
Etapa 1: A la leche entera pasteurizada se le
determinaron sus propiedades fisicoquímicas como
son pH, acidez, grasa y densidad. Luego fue
sometida a un precalentamiento de 50°C/10 min,
seguido de cuatro tratamientos térmicos
independientes (60, 70, 80 y 85) °C por un tiempo de
15 minutos cada uno, con el fin de evaluar sus
propiedades macroscópicas como viscosidad y
textura. Seguidamente, se adicionó el azúcar blanco
en una concentración de 5% (p/p) y para la
inoculación del cultivo (Lyofast Y 430A) las
muestras de leche fueron llevadas a una temperatura
de 37-43°C, agitando de manera uniforme para una
distribución homogénea del cultivo, y la incubación
fue llevada a cabo a una temperatura de 43°C hasta
llegar a un pH 4.63 ± 0.15, el cual llevó un tiempo
de 4 horas de fermentación. Todas las muestras
fueron agitadas cuidadosamente para su
homogenización y llevadas a refrigeración a 5°C/24h
para su posterior medición y análisis de las
propiedades.
Etapa 2: Se elaboraron muestras de yogures con
una combinación entre el azúcar blanco y cada uno
de los edulcorantes (DS = Dual Stevia™, FB=
Fibruline® S20 y ER= Erythritol) de manera
independiente, sustituyendo de manera parcial en
proporciones del 10%, 30% y 50% (p/p) a la
concentración de 5%(p/p) del azúcar blanco (marca
Éxito) y fue empleado con el tratamiento térmico
escogido con las mejores propiedades
macroscópicas. Además, para el efecto presentado
por la adición de azúcar (Az) y edulcorantes, fue
elaborado una muestra de yogur (control) sin adición
de azúcar (Sin Az), es decir, este proceso de
fermentación solo se llevó a cabo con el azúcar
natural de la leche, la lactosa.
Determinaciones fisicoquímicas
El pH fue analizado como parámetro de control
para cada una de las muestras al inicio y finalización
de la fermentación, fue medido con el pH-metro
Mettler Toledo (A.O.A.C 10.041/84). La acidez de
la leche fue determinada por titulación con NaOH
0.1N, expresada como grados Thorner [15], la
cuantificación del ácido láctico de las muestras de
yogures se determinó con el método de acidez total
A.O.A.C. 31.231/84 942.15/90, para la densidad se
utilizó un lactodensímetro Funke-Gerber Berlin,
estos parámetros fueron medidos a una temperatura
de 20,61 ± 0,45°C. La concentración de grasa de la
leche se determinó a través del método butirométrico
según Gerber (ISO 2446:2008) [16].
Caracterización de las muestras
Propiedades reológicas
Las curvas de flujo de las muestras de yogures
fueron obtenidas por variación de la tasa de cizalla
desde 0.1 hasta 100 s-1 con el reómetro de esfuerzo
impuesto Discovery HR-1 (TA Instruments, New
Castle, DE), una geometría de cilindro concéntrico
(15mm de radio y 42mm de altura, Deutsches Institut
für Normung,), gap de 135000µm y con un control
peltier para mantener la temperatura constante de
11°C.
Los datos obtenidos del comportamiento del flujo
reológico fueron ajustados con el modelo de la Ley
de Potencia (Ostwald-de Waele), el cual es muy útil
para describir las propiedades de flujo de materiales
no-Newtonianos:
𝜂 = 𝐾�̇�𝑛−1 (1)
Donde 𝜂 es la viscosidad (𝑃𝑎. 𝑠), 𝐾 es el coeficiente
de consistencia, �̇� es la taza de cizalla (𝑠−1) y 𝑛 es
el índice de comportamiento de flujo (adimensional),
sea pseudoplástico (𝑛 < 1) o dilatante (𝑛 > 1) [17],
[18]. Algunos estudios han demostrado que el yogur
presenta cambios importantes durante el
almacenamiento en refrigeración y en un tiempo de
dos semanas, por esta razón las principales
caracterizaciones, tales como las reológicas,
texturales, post-acidificación y microestructurales se
centraron en los días 1, 7 y 14 [17], [18], [19], [20].
Propiedades de textura
Las mediciones de textura se llevaron a cabo con
una prueba de una compresión, con el método Back
Extrusion en un texturómetro TA.HD Plus Stable
Micro Systems. Se utilizó un disco de 35mm de
diámetro y se fijó a 60mm por encima de la
superficie de la muestra. La celda penetró en la
muestra con una distancia de profundidad de 20mm
en un intervalo de temperatura de 10 ± 2°C.
La caracterización de las muestras que se
sometieron a los diferentes tratamientos térmicos se
llevó a cabo a las 24 horas siguientes. Solo las
muestras con la combinación entre azúcar y
edulcorantes con una concentración del 10%, 30% y
50% (p/p) se evaluaron en los días 1, 7 y 14,
conservadas en refrigeración a 5°C. Las mediciones
reológicas y texturales fueron realizadas por
duplicado y en un intervalo de temperatura de 10 ±
2°C, como temperatura representativa del consumo
habitual de los yogures [21].
Evaluación de post-acidificación
La actividad de post-acidificación fue medida con
los valores de pH y acidez titulable (g ácido
láctico/L) en las muestras de yogures con las
concentraciones de 10%, 30% y 50% (p/p) de
edulcorantes, muestra control (sin azúcar
adicionada) y muestra de yogur con una
concentración de azúcar de 5% (p/p). Estas
mediciones fueron realizadas por duplicado en los
días 1, 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración.
Determinación de carbohidratos
Inicialmente se realizó un proceso de
desproteinización de las muestras. Una cantidad de 4
g de los yogures fueron empleadas, a éstas se les
adicionó 4 mL de solución de ferrocianuro de potasio
al 15% (p/v) y 4 mL de solución de sulfato de zinc
en una concentración de 30% (p/v). Luego de
agitarse se dejaron en reposo por un tiempo de 5 min
y se completó con agua destilada hasta un volumen
de 50 mL. De manera inmediata, estas muestras
fueron centrifugadas a 4700 rpm/15min/4°C, la
solución sobrenadante fue filtrada a través de un
filtro de membrana de 0,22µm antes del análisis
cromatográfico [22].
Se determinaron las concentraciones de
carbohidratos con un equipo de cromatografía
líquida de alto rendimiento (1260 Infinity series,
Agilent Technologies) con un Detector de Índice de
Refracción (RID) y columna HPX 87P (Aminex®
BIO-RAD). Las condiciones para las separaciones
cromatográficas se llevaron a cabo con una fase
móvil de agua desionizada a una temperatura de
80°C, a una tasa de flujo de 0,6 mL/min y un
volumen de inyección de 20 µL.
Estructura y morfología de la superficie
Las muestras en su estado natural fueron
sometidas a una temperatura de -25°C y 300Pa en la
platina de enfriamiento (Deben CoolStage AMT-
DCS), las cuales fueron observadas en el
microscopio de barrido de electrones (JEOL, JSM
6490-LV), con un aumento de 3000x a 10kV y 20
kV para las muestras con 7 y 14 días,
respectivamente.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Parámetros fisicoquímicos
La leche entera pasteurizada posee una acidez de
(16 ± 0.1) ° Th, grasa (3.0 ± 0.2) (% p/v), pH (6.6 ±
0.2) y una densidad de 1.033g/cm3, parámetros
esenciales para la estandarización del producto final.
Efecto del tratamiento térmico de la leche sobre las
características finales del yogur
Fig. 1. Comportamiento de flujo de los tratamientos térmicos de la
leche
0,1
1
10
100
0,1 1 10 100
Vis
cosi
dad
[P
a.s]
Tasa de cizalla [1/s]
60°C 70°C
80°C 85°C
Según los resultados obtenidos en esta
investigación se pudo relacionar la interacción que
existe entre la variación de la temperatura del
tratamiento térmico de la leche y las propiedades
macroscópicas (comportamiento del flujo y textura)
del producto final. Las muestras de yogures con
tratamientos térmicos de 60°, 70°, 80° y 85°C,
evidenciaron diferencias en sus propiedades. A
medida que se aumentó la temperatura, las
propiedades incrementaron, cabe destacar que solo
se presentaron similitudes entre los tratamientos de
60° y 70°C, entre 80° y 85°C, estos últimos se
caracterizaron por presentar altos valores tanto de
viscosidad como en los parámetros de textura (Fig. 1
y 2).
Todas las muestras presentaron una disminución
en la viscosidad a medida que se incrementaba la tasa
de cizalla, evidenciando un comportamiento
pseudoplástico, los tratamientos de 60° y 70°C
presentaron una mayor fluidez que los de 80° y 85°C
(Fig. 1). A una mayor temperatura evaluada, los
valores de los parámetros de textura, tales como,
firmeza, consistencia, cohesividad e índice de
viscosidad, incrementaron. La firmeza presenta
valores que van desde 10,32 a 20,15 gf, la
consistencia de 183,35 a 359,71 gf.s, cohesividad de
-7,95 a -19,01 gf, y el índice de viscosidad de -2,30
a -22,93 gf.s. Para realizar el análisis comparativo
entre los valores negativos de cohesividad e índice
de viscosidad, se debe tener en cuenta que entre
mayor es el valor negativo, más grande son los
valores representativos de estos parámetros. El
comportamiento del análisis de textura se puede
observar en la Fig. 2.
Este incremento en dichas propiedades
macroscópicas se debe a la desnaturalización de la β-
lactoglobulina, las principales proteínas del suero. A
medida que se manejan las temperaturas mayores a
70°C, específicamente ≥ 80°C y en un tiempo de 15
minutos, la β-lactoglobulina se desnaturaliza e
interactúa con la κ-caseína en la superficie de la
micela de caseína mediante puentes de disulfuro y a
medida que avanza el proceso de fermentación, el pH
va disminuyendo y con esto los complejos solubles
de proteínas desnaturalizado con κ-caseína se
asocian con las micelas, dando origen a puentes o
una mayor reticulación dentro de los geles, la
formación de estos agregados son los que brindan un
Fig. 2. Parámetros de textura para los tratamientos térmicos de la leche.
60°C 70°C 80°C 85°C
Firmeza 10,32 10,39 19,05 20,15
0
5
10
15
20
25
Fir
mez
a (g
f)
60°C 70°C 80°C 85°C
Consistencia 183,35 185,23 340,02 359,71
0
50
100
150
200
250
300
350
400C
on
sist
enci
a (g
f.s)
60°C 70°C 80°C 85°C
Cohesividad -7,95 -8,21 -17,98 -19,01
-25
-20
-15
-10
-5
0
Co
hes
ivid
ad (
gf.
s)
60°C 70°C 80°C 85°C
Indice de
viscosidad-2,30 -2,44 -21,46 -22,93
-25
-20
-15
-10
-5
0
Índ
ice
de
vis
cosi
dad
(gf.
s)
incremento en las propiedades de viscosidad y
firmeza del gel de yogur [6], [23]. Por esta razón, el
calentamiento de la leche es una variable de proceso
importante para la elaboración del yogur, debido a
que influye en gran medida en sus propiedades
físicas y microestructurales [24]. A partir de este
análisis de los tratamientos utilizados, se escogió el
tratamiento de 80°C/15 min, como el proceso que
evidenció un aumento en la desnaturalización de β-
lactoglobulina y con esto un incremento en las
propiedades macroscópicas mencionadas
anteriormente. Además, fueron similares a las que se
obtuvieron con el tratamiento de 85°C durante el
mismo tiempo. Con el tratamiento térmico
seleccionado se evaluó el efecto de la adición de
diferentes edulcorantes y cambio en sus
concentraciones sobre las propiedades finales del
yogur.
Influencia del tipo de edulcorante adicionado y la
variación en sus concentraciones sobre las
propiedades del yogur
Con las modificaciones realizadas en la
composición, es decir con el tipo de edulcorante
utilizado y las concentraciones evaluadas en este
estudio, las propiedades macroscópicas (reología y
textura) y microestructural se vieron afectadas. En
primer lugar, fueron ajustados los valores del índice
de consistencia (K) y del índice de comportamiento
de flujo (𝑛). Todas las muestras presentaron valores
de 𝑛 < 1, relacionado con un comportamiento
pseudoplástico. Por otro lado, los índices de
consistencia evidenciaron diferencias de acuerdo
con el tipo y concentración de edulcorante
adicionado y con las muestras de yogur con y sin
azúcar adicionada, esto se puede observar en la Fig.
3.
Luego se evidencia una relación entre la reología,
y la textura, donde se presentaron variaciones en los
parámetros de textura, los cuales cambian de acuerdo
con la clase de edulcorante empleado y la
concentración experimentada, estos resultados se
pueden observar en la fig. 4. Además, estas
propiedades macroscópicas mencionadas poseen una
estrecha relación e influencia sobre la
microestructura formada a partir de la aglomeración
de los agregados.
Fig. 3. Valores ajustados de K para las diferentes concentraciones de edulcorantes en el día 1 de fementación, Sin Az = Sin azúcar adicionada, Az= Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER=Erythritol.
3,41 3,41 3,413,68 3,68 3,68
2,71
2,30
2,802,92
2,09
3,463,50
1,87
3,13
10 % (P/P) 30% (P/P) 50% (P/P)
índ
ice d
e c
on
sist
en
cia
(K
)
Sin Az Az DS FB ER
Los comportamientos reportados en este estudio
están muy asociados con la actividad metabólica de
las bacterias ácido-lácticas y las propiedades de los
edulcorantes. En el primer caso, la disminución de
estas características en la concentración del
30%(p/p) de edulcorantes adicionados, hace
referencia a una respuesta de adaptación ante el
aumento de la insaturación, ley conservada
universalmente para la actividad metabólica de los
cultivos iniciadores. Estos resultados sugieren la
posible inhibición de las bacterias ácido-lácticas en
presencia de esta concentración y tipo de edulcorante
utilizado [11]. Esta posible actividad inhibitoria
también podría afectar el proceso de
desnaturalización de las proteínas del suero, las β-
lactoglobulinas, donde la formación de los
agregados sean de menor reticulación dentro de los
geles del yogur y como consecuencia muestras con
menor viscosidad y firmeza [6], [23]. Las
variaciones de las microestructuras se observaron
mediante microscopía electrónica de barrido (Fig. 5),
donde se puede observar la formación de una red
más aglomerada y con una menor cantidad de poros
en las concentraciones del 10% y 50%, mientras que
con el 30% de edulcorantes, especialmente con FB y
ER se presentaron poros o espacios de mayor
tamaño, en estos espacios vacíos se encuentra
confinado la fase acuosa del yogur [6], que al
presentarse estos espacios de gran tamaño en
comparación con las otras concentraciones
evaluadas podría presentarse una fácil liberación de
la fase acuosa hacia el exterior del gel y al momento
de la unificación de las fases mediante la
homogenización o mezclado, las muestras de yogur
presentaron una menor firmeza y viscosidad.
Luego, con el incremento de la concentración al
50%(p/p) de los edulcorantes, se regula o se igualan
las concentraciones de éstos con el azúcar
adicionado, brindando un aumento en estas
propiedades macroscópicas del yogur, donde no solo
la actividad metabólica de los microorganismos se
desinhibe y a la vez se origina la formación de la red
Fig. 4 Parámetros de textura para las diferentes concentraciones de edulcorantes en el día 1 de fermentación, Sin azúcar
adicionada, Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER=Erythritol.
0
5
10
15
20
25
10 30 50
Firm
eza
(gf)
Concentración de edulcorantes % (p/p)
Sin Azúcar Azúcar DS FB ER
0
50
100
150
200
250
300
350
400
10 30 50
Cons
iste
ncia
(g
f.s)
Concentración de edulcorantes % (p/p)
Sin Azúcar Azúcar DS FB ER
-25
-20
-15
-10
-5
0
10 30 50
Cohe
sivi
da
d (g
f)
Concentración de edulcorantes %(p/p)
Sin Azúcar Azúcar DS FB ER
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
10 30 50
Índ
ice d
e v
isco
sid
ad
(g
f.s)
Concentración de edulcorantes %(p/p)
Sin Azúcar Azúcar DS FB ER
de agregados con mayor reticulación que con la
concentración del 30%, además, en este
comportamiento también poseen influencias las
características fisicoquímicas de cada edulcorante.
En el caso de la estevia (DS), presentó similitudes
entre el índice de consistencia en las concentraciones
del 10% y 50% (p/p) y en los parámetros de textura,
en la concentración del 10% (p/p) fue cercano al
comportamiento presentado a la muestra sin azúcar.
Se encuentran reportados por algunos estudios que,
con pequeñas cantidades utilizadas de este
edulcorante no se ven afectadas ni la textura ni la
viscosidad del yogur [9], [25], debido a que no es
fermentada por las bacterias ácido-lácticas y es
estable bajo condiciones de pH 2-10 y temperaturas
de 120°C/1hora [26]. Para la inulina (FB) y eritritol
(ER) que evidenciaron cambios positivos con el
aumento de los valores de sus propiedades
macroscópicas, están relacionados directamente con
algunas de sus propiedades, en el caso de FB que
contiene 90,5% de inulina [27], la cual posee una alta
higroscopicidad, su capacidad de retención de agua
es aproximadamente 2:1 y debido a esto forma una
red gelatinosa con la fase líquida de la leche o yogur
adicional a los agregados de proteínas [28].
En cuanto al ER, posee una alta depresión del
punto de congelación, este fuerte efecto de
enfriamiento (endotérmico) y sumado a la red de los
aglomerados de proteínas nativas de la leche, podría
influenciar en gran medida el incremento de las
características macroscópicas del yogur durante el
tiempo de almacenamiento en refrigeración, este
poliol presenta el efecto de enfriamiento más fuerte
en comparación con otros alcoholes de azúcar [13].
Es importante resaltar que las caracterizaciones de
las muestras se realizaron a las 24 horas de elaborado
el yogur y medidos a una temperatura de 10 ± 2°C,
como temperatura representativa del consumo
habitual de los yogures [21].
Fig. 5. Micrografías (3000x, 5µm) observadas a -25°C de DS=Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER=Erythritol, concentraciones de 10%,
30% y 50% en el día 1 de almacenamiento en refrigeración.
DS-30% DS-50% DS-10%
FB-10% FB-30% FB-50%
ER-10% ER-30% ER-50%
Efecto del tiempo de almacenamiento en
refrigeración sobre las características del yogur
Cambios importantes en las características finales
de los yogures se presentaron a través del tiempo de
almacenamiento en refrigeración. Las propiedades
macroscópicas y microestructurales continuaron
presentando interacción entre sí, es decir, las
modificaciones que se experimentaron en las
propiedades reológicas y texturales se evidenciaron
en la morfología de la estructura microscópica. Las
muestras de yogur con azúcar (Az) y sin azúcar (Sin
Az) adicionada fueron incrementando durante este
tiempo de almacenamiento los índices de
consistencia, solo la muestra sin azúcar tuvo una leve
disminución en esta propiedad. Las muestras Sin Az
tuvieron índices de consistencias con valores de
3.15, 3.41 y 3.26, en los días 1, 7 y 14,
respectivamente, mientras que los yogures con
azúcar adicionada mostraron de manera ascendente
valores de K, 3.21 (día 1), 3.68 (día 7) y 4.09 (día
14). Las combinaciones realizadas de azúcar con los
demás edulcorantes también evidenciaron variación
en esta característica, el cual se puede observar en la
Fig. 6. Las principales variaciones de manera
ascendente para K se produjeron en el día 7 para
todas las muestras y en el día 14 para los yogures con
azúcar 5% (p/p), FB y ER en las concentraciones del
50% (p/p). Debido a la interrelación entre las
características macroscópicas y microscópicas,
donde los cambios que ocurren en una de estas se ven
reflejada en las otras, la textura presentó un
comportamiento similar al reológico y éstas a su vez
influenciaron en los cambios presentados en la
microestructura (Fig. 8A y B).
Para este análisis solo se comparó con el
parámetro de firmeza como el más representativo de
la textura del gel de yogur [6]. Cambios importantes
se presentaron en las muestras con azúcar al 5%, sin
azúcar, DS, FB y ER en la concentración al 10%,
donde las firmezas aumentaron en el séptimo día de
almacenamiento y en el día 14 disminuyeron,
mientras que los yogures con mezcla de los
edulcorantes DS, FB y ER en las concentraciones del
30% y 50% no presentaron cambios notables en sus
firmezas, esta comparación se puede observar en la
Fig. 7.
La variación presentada en estas propiedades
podría estar relacionada por el proceso de post-
acidificación, donde las bacterias aun con una tasa
metabólica baja continúan creciendo y a la vez
produciendo ácido láctico [29]. Dicha interacción se
puede determinar de la siguiente manera: Las
bacterias ácido-lácticas tienen la función de
fermentar la lactosa, transformándola en ácido
láctico [30]. Sin embargo, el cultivo iniciador
escinde la lactosa por una β-galactosidasa para
obtener glucosa y galactosa. La glucosa ingresa a la
ruta glucolítica, mientras que al exterior de la célula
es secretada la galactosa, acumulándose en la leche
o yogur a medida que avanza el proceso de
fermentación. La galactosa no es metabolizable por
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus y la
mayoría de las cepas de Streptococcus thermophilus
[30]. Esta continuidad de la actividad microbiana
que ocurre durante el almacenamiento conduce al
aumento de la matriz proteica del gel de yogur al
incrementar la producción de expolisacáridos
bacterianos y ácido láctico [25], que adicional a las
características de los edulcorantes FB y ER,
mencionadas anteriormente se origina a nivel
microscópico una red tridimensional más reticulada
o estructurada de los aglomerados de proteínas que
influyen de manera directa con el incremento de las
propiedades macroscópicas en el día 7 (Fig. 7A y B).
Es importante resaltar que el pH inicial de las
muestras estuvo en 4.63 ± 0.15 y al final del tiempo
de fermentación evaluado fue de 4.22 ± 0.03, con
una variación del ácido láctico para el primer día de
(6.82 ± 0.03 a 7.54 ± 0.09) g/L, el mínimo valor
correspondió a ER al 10% y el máximo a DS al 50%;
para el día 7 de evaluación tuvo un rango de (7.47 ±
0.09 a 7.78 ± 0.08) g/L, correspondientes a ER al
30% y DS al 50%, respectivamente. Un aumento en
la producción de ácido láctico, de manera especial en
el día 7, y junto a la formación de una estructura
microscópica con mayor aglomeración de las
proteínas (Fig, 8A y B), evidenció un gran
incremento de las propiedades macroscópicas en
todas las muestras (Fig. 6 y 7), debido a la
producción de galactosa y su acumulación en el
medio, al igual que la fructosa producto de la
separación de la sacarosa en sus dos monosacáridos,
glucosa y fructosa, además al fuerte efecto de
enfriamiento que posee ER.
Influencia de la actividad metabólica de las
bacterias sobre la microestructura del yogur
Los carbohidratos presentes en las muestras de
yogures fueron determinados por cromatografía
líquida de alta resolución. Esta caracterización
demostró la actividad metabólica de los
microorganismos, donde las cantidades de los
carbohidratos metabolizables por las bacterias
disminuyeron a través del tiempo de
almacenamiento mientras que los secretados de la
célula incrementaron.
La lactosa inicial de la leche fue de 37.52 ± 2.58
g/L, ésta en las muestras con DS, disminuyó su
cantidad alrededor de 27.2 ± 0.76g/L para el primer
día y en el día 7, 23.1 ± 0.36 g/L; galactosa inicial
Fig. 6. Valores ajustados de K para muestras de yogures con edulcorantes en las concentraciones del 10%, 30% y 50% (p/p) durante los días 1, 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración. Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER= Erythritol.
-1
1
3
5
7
1 7 14
índ
ice d
e c
on
sist
en
cia (
K)
Días de almacenamiento en refrigeración
Sin Azúcar Azúcar DS 10% DS 30% DS 50%
-1
1
3
5
7
1 7 14
índ
ice d
e c
on
sist
en
cia (
K)
Días de almacenamiento en refrigeración
Sin Azúcar Azúcar FB 10% FB 30% FB 50%
-3
2
7
1 7 14
índ
ice d
e c
on
sist
en
cia
(K)
Días de almacenamiento en refrigeración
Sin Azúcar Azúcar ER 10% ER 30% ER 50%
Fig. 7. Parámetro de firmeza para muestras de yogures con edulcorantes en las concentraciones del 10%, 30% y 50% (p/p) durante los días 1, 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración. Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER= Erythritol.
-5
5
15
25
1 7 14
Firm
eza
(gf
)
Días de almacenamiento en refrigeración
Sin Azúcar Azúcar DS 10% DS 30% DS 50%
-5
5
15
25
1 7 14
Firm
eza
(gf
)
Días de almacenamiento en refrigeración
Sin Azúcar Azúcar FB 10% FB 30% FB 50%
-5
5
15
25
1 7 14Firm
eza
(gf
)
Días de almacenamiento en refrigeración
Sin Azúcar Azúcar ER 10% ER 30% ER 50%
con un valor de 3.65 ± 0.21g/L hasta 3.80 ± 0.27 g/L
para el séptimo día; fructosa inicial 3.04 ± 0.32g/L y
final 3.11 ± 0.12 g/L; glucosa 0.16 ± 0.15 g/L y 0.32
± 0,10g/L para los días 1 y 7 respectivamente;
sacarosa reducida entre un 14 y 17%. Los yogures
con ER y FB presentaron similitudes en su
comportamiento referente a la ruta metabólica de
lactosa, sacarosa, glucosa, galactosa y fructosa, éstas
dos últimas no metabolizables. Al igual que la
estevia, la inulina y el eritritol no son fermentables,
sin embargo, los resultados de cromatografía
reportaron una diferencia entre la cantidad inicial
adicionada y la cantidad analizada en el día 7 de
almacenamiento.
Ambos edulcorantes presentaron disminuciones
en sus cantidades, para el eritritol la mayor
disminución fue del 35% en la concentración del
10%, mientras que las concentraciones del 30% y
50% solo presentaron una disminución del 10% en
el primer día y en el día 7 el porcentaje de consumo
incrementó entre el 17-37%; con FB se relacionó un
consumo desde el 16-25% en el día 1 y de 22-40%
en el día 7, siendo estos porcentajes los de mayor
consumo que se presentaron en la concentración del
10%. Aunque no son fermentables, los procesos de
obtención de éstos dejan restos de carbohidratos en
forma libre, para el ER que es obtenido a partir de
glucosas, podrían quedar restos de ésta y ser
metabolizables por las bacterias y la FB
(oligofructosa de cadena corta), al ser hidrolizada
para aumentar su solubilidad, quedan de forma libre
glucosa, sacarosa y fructosa [30], [27], que adicional
a la glucosa presente en la lactosa y sacarosa (azúcar
adicionada), los microorganismos obtuvieron
fuentes adicionales de carbono para su crecimiento y
reproducción, además de la producción de
expolisacáridos que se acumularon en el yogur y
como consecuencia el incremento de la matriz de los
agregados de proteínas y con esto un aumento en las
propiedades macroscópicas.
La morfología de la superficie de la matriz
proteica se puede observar en las Figs. 7A y 7B,
micrografías con los principales cambios originados
durante los días 7 y 14 de almacenamiento. Las
modificaciones a nivel microestructural originados
por el sinergismo del tratamiento térmico de la leche,
la actividad metabólica de las bacterias y las
propiedades de algunos edulcorantes (FB y ER)
durante la elaboración y tiempo de almacenamiento
del yogur contribuyeron a la formación de una matriz
proteica con un incremento en la reticulación y con
una menor cantidad de poros, sobre todo en el día 7.
Sin embargo, en el día 14, a medida que se acidifica
el medio, la red se observa un poco más débil y con
poros de mayor tamaño especialmente en las
muestras con DS.
Fig. 8A. Micrografías (3000x, 5 µm) observadas a -25°C de Sin Az= Sin Azúcar, Az 5% =Azúcar y DS= Dual Stevia,
concentraciones de 10%, 30% y 50% en los días 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración.
DS-10-7D DS-30-7D DS-50-7D AZ-5-7D Sin AZ-7D
Sin AZ-14D AZ-5-14D DS-10-14D DS-30-14D DS-50-14D
Fig. 8B. Micrografías (3000x, 5 µm) observadas a -25°C de DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20, ER=Erythritol, concentraciones de
10%, 30% y 50% durante los días 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración.
A la microestructura se le atribuye el mayor
impacto sobre las propiedades físicas y texturales del
gel de yogur [6], a partir de su formación mediante
las modificaciones en su composición y en el
proceso de elaboración se pueden determinar el
efecto de estos parámetros sobre el comportamiento
de sus características finales.
III. CONCLUSIONES
La interacción entre el proceso de elaboración y las
características evaluadas de yogur con diferentes
concentraciones de azúcar junto con el uso de
edulcorantes de origen natural influyen sobre el
comportamiento de las distintas propiedades del
producto final. Con un tratamiento térmico de la
leche ≥80°C/15min se genera un aumento del
proceso de la desnaturalización de β-lactoglobulina,
las principales proteínas del suero. Adicionalmente,
las propiedades macroscópicas se ven afectadas por
el aumento de las concentraciones de edulcorantes
como estevia, inulina y eritritol, las cuales
disminuyeron con el incremento del 30% (p/p),
presentándose yogures menos viscosos y firmes, sin
embargo, con el incremento al 50%, éstas
aumentaron, evidenciando la importancia del tipo y
concentración del edulcorante adicionado. A través
del tiempo de almacenamiento en refrigeración se
presentaron diversos cambios a nivel reológico,
Sin AZ-7D AZ-5-7D FB-10-7D FB-30-7D FB-50-7D
Sin AZ-14D AZ-5-14D FB-10-14D FB-30-14D FB-50-14D
ER-10-7D ER-30-7D ER-50-7D Sin AZ-7D AZ-5-7D
Sin AZ-14D AZ-5-14D ER-50-14D ER-30-14D ER-10-14D
textural y microestructural, demostrando que las
bacterias continúan con su actividad metabólica de
una manera más lenta. Las variaciones de
temperatura en el proceso previo de elaboración del
yogur y los cambios en la formulación del producto
interactúan entre sí modificando de alguna manera
las propiedades o características finales del producto
final, que lleva consigo un suceso fenomenológico
que brinda las herramientas para comprender la
interrelación que existe entre los componentes de la
aproximación multiescala. Finalmente, en una futura
investigación se debería llevar a cabo un análisis
sensorial como complemento del diseño de este
producto lácteo.
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