tecnología aplicada a las leches de conservación prolongada

Tecnología aplicada a las leches de conservación prolongada

IBQ. Cabrera Becerra María Karla Virginia

IA. Ibarra Lira Azucena Josafath

QA. Beatriz Alejandra Rodríguez Rodríguez

Leches de conservación prolongada

• Productos obtenidos de leche, sometidos atratamiento térmico que por un proceso deremoción de agua se alarga su vida de anaquel.

Remoción parcial Remoción parcial Remoción total

Definiciones

• Concentración: Proceso por el que se disminuye lacantidad de agua de la leche manteniendo una ciertacantidad de humedad por el proceso de evaporación,osmosis inversa, ultrafiltración, adición de solidoslácteos u otros procesos.

• Evaporación: Proceso térmico por el cual se eliminagradualmente agua de la leche en forma de vapor,obteniendo un producto concentrado. Dicho procesopuede ir acompañado de la aplicación de vacío.

• Deshidratación: Método de conservación de la lecheque consiste en reducir su contenido de agua hasta unlimite máximo de 4%

(NOM-155-SCFI-2012)

Leche evaporada

Historia

Marcelín Rodríguez y Vélez Ruíz. 2012. Dairy Powders and Concentrated Products. 2009. Dairy Processig handbook. 1995.

Nicolas Appert

Fue el primero en crear leche concentrada.

Demostró que prolonga la vida de anaquel

1822

Gail Borden Jr.

Patentó la evaporación con vapor

1856

E.C. Howard

Patentó la concentración por evaporación bajo vacío

1913

Definición NOM-243-SSA1-2010.

• Leche evaporada: Producto obtenido mediante la eliminaciónparcial del agua de la leche por el calor, o por cualquier otroprocedimiento que permita obtener un producto con la mismacomposición y características de la leche sin modificación en laproporción de caseína y la proteína de la leche.

NOM-155-SCFI-2012• Leche evaporada: La que ha sido obtenida por eliminación parcial

del agua de la leche hasta obtener una determinada concentraciónde sólidos de leche no grasos y grasa butírica, estandarizada o no,para cumplir con las especificaciones de la tabla 4.

• Leche concentrada: La que se obtiene por remoción parcial de aguade la leche, ya sea por ultrafiltración, ósmosis inversa, o por laadición de productos propios de la leche hasta alcanzar laconcentración deseada, para cumplir con las especificaciones de latabla 4.

NOM-243-SSA1-2010. NOM-155-SCFI-2012.

Objetivos de la Evaporación

• Reducir volumen y peso de un producto

• Facilitar transporte y almacenado

• Inducir consistencia

• Incrementar estabilidad

• Reducir actividad acuosa

• Alargar vida de anaquel

• Evitar el desarrollo de microorganismos

• Reducir costo del secado

Marcelín Rodríguez y Vélez Ruíz. 2012. Dairy Powders and Concentrated Products. 2009.

Evaporación• Remover el agua

mediante ebullición

• La tecnología para estos productos no ha cambiado en los últimos 25 años, lo que ha cambiado es la eficiencia y capacidad de los evaporadores.


Diagrama general de proceso

Se recibe y selecciona

Tratamiento preliminar

Clarificación

Descremado

Estandarización

Precalentamiento

115-128°C ,1-6 min

Enfriamiento a 70°C

Evaporación al vacío

45-70°C

Homogenización

65 °C

1. PI = 15-25 Mpa

2. P2 = 5-10 Mpa

UHT

140 °C, 3-15 seg

EmpacadoTetra Pak y otros envaces

Enlatado

Esterilización

100-120 °C, 15-20 min

Enfriamiento a 60°C

Almacenado

Temperatura ambiente


Requerimientos para una óptima evaporación

• Tasa rápida de transferencia de calor

• Baja temperatura de operación

• Separación eficiente del vapor y líquido

• Uso eficiente de energía


Envasado

• Latas metálicas o de estaño.

Se añade una capa de polímero para prevenir la disolución del estaño o el hierro en el producto.

• Tetra Pak,

• Envases de aluminio

• Envases de poliestireno


Cambios generales inducidos en el producto

• Densidad (1070kg/m3)

• Acidez

• pH (disminuye 0,3 unidades cuando se remueve la mitad de agua, 0.5 unidades cuando se remueve la tercera parte del agua) 6.2

• Actividad de agua (0.987)

• Viscosidad aparente (17mPa*s)

Marcelín Rodríguez y Vélez Ruíz. 2012.

Composición química de la leche evaporada

Leche evaporada

entera

Leche evaporada

desnatada

Humedad 72.7-74.7 79.5

Grasa 7.5-8.0 0.3

Proteínas 6.5-7.1 7.6

Carbohidratos 9-10 11

Cenizas/minerales 1.3-1.6 1.6


Defectos

• Cambio de color (Maillard)

• Cambio de sabor (sabor a cocido)

• Coagulación (de la caseína por calor)

• Gelación o engrosamiento

• Separación de grasa

• Falta de esterilización

• Endurecimiento y separación de minerales


Evaporado

Equipos

Evaporado al vacío

Calienta de 45 a 70 °C y reduce degradación térmica

• Para pequeñas cantidades • Gasto mayor de energía

Evaporación de un solo efecto

Dairy Powders and Concentrated Products. 2009. Dairy Processig handbook. 1995.

• Dos o más unidades operan a presiones bajas por lo que se llega a puntos de ebullición más bajos en cada efecto

• El vapor de la última etapa es condensado

Evaporación efecto múltiple• Reutilización del vapor generado en la evaporación

• Termocompresión• Compresión mecánica de vapor

• Se combinan varios evaporadores en un proceso, utilizando el vapor del paso anterior como fuente para proveer calor para la evaporación de la siguiente etapa.


Evaporado de circulación• Se utiliza cuando se requiere un bajo nivel de concentración o se

procesan pequeñas cantidades• Se calienta la leche a 90°C • Se puede recircular hasta alcanzar el grado de concentración

deseado.


• Se mete a una cámara de vacío en donde forma una capa delgada en la superficie.

• Al girar la leche en la pared el agua se evapora y el vapor sale a un condensador.

• Aire y gases no condensables se extraen por bomba de vacío.

• La leche evaporada pierde velocidad y cae al fondo.


Evaporado por película descendente

• La leche se introduce encima de una superficie de calentamiento dispuesta verticalmente

• Se forma una delgada capa que fluye sobre la superficie caliente hacia dentro de la pared de un tubo vertical.

Obtener una distribución uniforme de la leche sobre la superficie de

calentamiento.


Concentrado

Equipos

Uso industrial limitadoLogra un producto con las mismas propiedades de la concentración por evaporación, pero sin necesidad del cambio de fase y del calor

Dairy Powders and Concentrated Products. 2009

Concentración por congelamiento

• Parte del agua se transforma en cristales de hielo sólido usando un sistema de refrigeración.

• Los cristales de hielo son separados empleando un filtro, o una centrífuga

Dairy Powders and Concentrated Products. 2009

Filtración por membrana Osmosis Inversa (RO)

• Concentración de las soluciones por eliminación de agua mediante el uso de membranas permeables


Leche Condensada

Objetivo.

Evaporación del agua de la leche a través de la presión reducida, a la que se le ha agregado sacarosa y/o dextrosa u otro englucorante natural.

Conservación de la leche mediante la disminución de su contenido de agua y por la adición de azúcar.

La alta concentración de azúcar aumenta la presión osmótica.

Alto contenido energético.

62.5% concentración mínima de sacarosa y 64.5% concentración máxima

Características.

Proceso de elaboración.

PROPIEDADLECHE

FRESCALECHE

DESNATADALECHE

EVAPORADALECHE CONDENSADA

AZUCARADA

pH 6.7 6.7 6.2 6.6

Viscosidad aparente (mPa*s)

1.9 1.65 17 15 - 60

Densidad (kg*m-3) 1029 1035 1070 1070

Propiedades fisicoquímica de diferentes tipos de leche

PRODUCTO

HUMEDAD GRASA PROTEINAS CARBOHIDRATOS CENIZAS/MINERALES

Leche entera 87 3.7 3.3 4.8 0.7

Leche desnatada 90 <0.1 3.4 4.9 0.75

Leche condensada azucarada

27 9 8 55 1.8

Leche condensada azucarada desnatada

28 0.3 10 59 2.3

Composición química de la leche, leche evaporada y leche condensada (g/100g)

Defectos.

Viscosidad excesiva.

Decoloración.

Cambios químicos y microbiológicos.

Arenosidad.

Sedimentación de azúcar.

Crecimiento de moho.

Leche en polvo

Andy Mahr, 2011

Leche en polvo o deshidratada

La que ha sido sometida a un proceso de deshidratación, estandarizada o no, para cumplir

con las especificaciones descritas.

(NOM-155-SCFI-2012)

Leche en polvo semidescremada

Debe contener entre 12% y 14% de grasa butírica y debe cumplir con todas las

especificaciones descritas en la norma.

(NOM-155-SCFI-2012)

Vida de anaquel 3 años

Leche entera

6 meses

Uso recomendado por tratamiento

ClasificaciónTratamiento

térmico

Proteína sin desnaturalizar

(mg/g)

Aplicación recomendada

Low-heatMáximo 70 ºC por 2 minutos

≥ 6.00Cottage, quesos, cultivo iniciador, helado y bebidas con chocolate

Medium-heat70 – 78 ºC por 20 minutos

1.51-5.99Helado, productos cárnicos

High-heat88 ºC por 30 minutos

≤ 1.5Panadería, productos cárnicos, helado

Obtención de leche en polvo

Recepción de la leche

EstandarizaciónTratamiento

térmico

ConcentraciónSecadoHomogenización

Enfriamiento Empacado Almacenamiento

Diagrama de flujo

Calidad inicial

No debe tener mas de 48 horas desde el momento de la ordeña.

Contenido bajo de bacterias.

Puede ser sometida a

bactofugación.

(Alais, 1986)

Precalentamiento

Secado por aspersión

• Objetivo: Crear la máxima superficie posible de la cual tendrá lugar la evaporación.

• Producción de partículas con tamaño, forma y densidad deseados

Gotas homogéneas

Mismo tiempo de secado

Humedad uniforme

Geankoplis, 1998)

Ventajas

• Corto tiempo de secado

• Tiempo breve en la atmosfera caliente

• Baja temperatura de la partícula

• Polvos estables listos para envasado y transporte

(Geankoplis, 1998)

Problemas del secado por aspersiónFísico-químicos.• Reducción de la solubilidad de la leche.Problemas químicos• Oxidación de la materia grasa• Cambio de color• Sabor a cocidoBioquímicos• Acción de enzimas (lipasas)• Destrucción y reactivación eventualMicrobiológicos• Bacterias y toxinas persistentes en el producto. (Incluye etapas de

manipulación o procesado posterior al tratamiento térmico)Nutricionales• Disminución del valor nutrimental

Secador por aspersión

Recuperación de polvo fino

Ciclón

Atomizadores

Formación de partículas

(Mondragón, 2013)

Perdida de humedad

• Aumento de calor sensible (0-1)

• Velocidad de secado constate (1-2)

• Se alcanza punto de humedad critica (3)

• Formación de costra (3-4)

(Mondragón, 2013)

Cilindros rotatorios

Características

• Color uniforme, blanco o cremoso claro

• Olor y sabor fresco y puro (reconstitución)

• Ausencia de impurezas macroscópicas

• Índice de solubilidad

• Entera: 1 ml

• Desnatada: 1.25 ml

Vida de anaquel

3 años

6 meses

EnvasadoLata

Mixpack

Bolsa

Normatividad

ESPECIFICACIONES LIMITE MAXIMO

Coliformes totales 10 UFC/g

Staphylococcus aureus <100 UFC/g

NOM 185. Especificaciones microbiológicas del producto lácteo condensado azucarado

Microorganismo Límite máximo Productos

Organismos

Coliformes

totales

<100 UFC/g o mL Helados y sorbetes. Quesos de suero

<50 UFC/g o mL Bases o mezclas para helados.

<20 UFC/g o mLEn punto de venta: Leche, fórmula láctea, producto lácteo combinado;

pasteurizados.

<10 UFC/g o mL

En planta: Leche, fórmula láctea, producto lácteocombinado; pasteurizados o

deshidratados.

Mantequilla, cremas, leche condensada azucarada, leche fermentada o

acidificada, dulces a base de leche.

Staphylococcus

aureus

<10 UFC/ mL por

siembra directaLeche, fórmula láctea y producto lácteo combinadopasteurizado.

<100 UFC/g o mL

Mantequilla, cremas, leche condensada azucarada, leche fermentada o

acidificada, dulces a base de leche.

Quesos madurados y quesos procesados

1000 UFC/g Quesos frescos y quesos de suero

Salmonella spp Ausente en 25g o mL

Leche, fórmula láctea, producto lácteo combinado:pasteurizados y

deshidratados.

Quesos frescos, madurados y procesados. Quesos desuero.

Cremas, leche fermentada o acidificada, dulces a base de leche*, helados,

sorbetes y bases para helados.

Mantequillas.

Escherichia coli

100 UFC/g o mL Quesos frescos.

< 3 NMP/g o mLLeche utilizada como materia prima para la elaboración de quesos.

Leche, fórmula láctea, producto lácteo combinado;deshidratados.

< 10 NMP/g Quesos madurados y procesados.

NOM 243. Límites máximos de contenido microbiano para leche y derivados lácteos.

Microorganismo Límite máximo Productos

Listeria

monocytogenes

Ausente en

25g o mL

Leche, fórmula láctea, producto lácteo combinado;pasteurizados **

Quesos. Quesos de suero.

Helados, bases para helados y sorbetes.**.

Vibrio

cholerae ***

Ausente en 25gQuesos frescos.

Helados, sorbetes y bases para helados.

Ausente en 50g Quesos de suero.

Enterotoxina

estafilococcicaNegativa

Leche, fórmula láctea y producto lácteo combinado;deshidratados y la que se

emplee como materia primapara elaboración de quesos.

Quesos frescos, madurados y procesados.

Helados, sorbetes y bases para helados.

Toxina

botulínica**Negativa Quesos frescos, madurados y procesados, envasados al alto vacío.

Mohos y

levaduras

500 UFC/g o mL Quesos frescos, madurados*** y quesos de suero.

100 UFC/g o mL Quesos procesados.

50 UFC/g o mL Bases o mezclas para helados.

Mesofílicos

aerobios

200,000 UFC/g o mL Helados y sorbetes.

100,000 UFC/g o mL Bases para helado.

NOM 243. Límites máximos de contenido microbiano para leche y derivados lácteos.

NOM-155-SCFI-2012Tipo de grasa Proceso

primario

Proceso secundario Sabor

Grasa butírica

Entera

Semidescrema

da

Parcialmente

descremada

Rehidratada

Reconstituida

Deslactosada

Pasteurizada

Ultrapasteurizada

Microfiltrada

Evaporada

Condensada azucarada

Deshidratada o en polvo

Concentrada

Con sabor

a…

Sabor a…

7.2 La leche evaporada, condensada azucarada, en polvo o deshidratada y concentrada debe cumplir con las siguientes especificaciones

Siempre y cuando cumplan con lo especificado para leche parcialmente descremada en la tabla 4:

• Leche evaporadas, condensada azucarada y concentrada semidescremada: entre 5% m/m y 6% m/m de grasa butírica

• Leche en polvo semidescremada: entre 12% m/m y 14% m/m de grasa bUtírica

Tabla 4. EspecificacionesEspecificaciones Entera

Parcialmente

descremadaDescremada Método de prueba

Leche evaporada y/o concentrada sin sabor

Grasa Butírica % (m/m) 7.5 mínimo 2 mínimo

7 máximo

1 máximo NOM-086-SSA1-1994 ver

inciso 8.7

Sólidos totales provemientes de

la leche % (m/m)

25 mínimo 20 mínimo 20 mínimo NOM-116-SSA1-1994

Proteínas de la leche expresadas

en sólidos lácteos no grasos %

(m/m)1

34 mínimo 34 mínimo 34 mínimo NOM-155-SCFI-2012 ver

inciso 8.5

Caseína expresada en sólidos

lácteos no grasos, % (m/m)

29 mínimo 29 mínimo 29 mínimo NOM-155-SCFI-2012 Ver

inciso 8.2

Leche evaporada y/o concentrada con sabor

Grasa Butírica % (m/m) 7.5 mínimo 2 mínimo

7 máximo

1 máximo NOM-086-SSA1-1994 ver

inciso 8.7


la leche % (m/m)




(m/m)1


inciso 8.5




inciso 8.2

1. % Proteína m/m = [Proteína % / sólidos no grasos]100

2. En leche la relación caseína proteica debe ser de al menos 80% m/m

Tabla 4. EspecificacionesEspecificaciones Entera

Parcialmente


Leche condensada azucarada 2

Grasa Butírica % (m/m) 8 mínimo 2 mínimo

7 máximo

1.5 máximo NOM-086-SSA1-1994 ver

inciso 8.7


la leche % (m/m)




(m/m)1


inciso 8.5




inciso 8.2

Leche condensada azucarada con sabor 2

Grasa Butírica % (m/m) 8 mínimo 2 mínimo

7 máximo

1.5 máximo NOM-086-SSA1-1994 ver

inciso 8.7


la leche % (m/m)




(m/m)1


inciso 8.5




inciso 8.2


2. En los sólidos totales de la leche condensada no azucarada se le resta el contenido de azúcar adicionada


Tabla 4. Especificaciones

Especificaciones EnteraParcialmente


Leche en polvo con o sin sabor

Grasa Butírica % (m/m) 26 mínimo 1.5 mínimo

Inferior a 26

1.5 máximo NMX-F-744-COFOCALEC-

2011 ver inciso 8.7

Humedad % m/m 4 máximo 4 máximo 4 máximo NOM-243-SSA1-2010



(m/m)1


inciso 8.5




inciso 8.2



Especificaciones Entera Parcialmente

descremada

descremada Métodos de

prueba

En polvo (deshidratada) con o sin sabor

Grasa butírica %

(m/m)

26 mín. 1.5 mín. inferior a

26

15 máx. NMX-F-744-

COFOCALEC-2011 y

ver inciso 8.7

Humedad % m/m 4 máx. 4 máx. 4 máx. NOM-243-SSA1-

2010

Proteínas propias de

la leche, expresada

como sólido lácteos

no grasos % (m/m)

34 mín. 34 mín. 34 mín. Véase inciso 8.5

Caseína expresada en

sólidos lácteos no

grasos % (m/m)

27 mín. 27 mín. 27 mín. Véase inciso 8.2

Tabla 4. Especificaciones

Especificaciones de leche en polvo

(NOM-155-SCFI-2012)

¿Alguna pregunta?

Bibliografía

• M. Marcelín Rodríguez y J. F. Vélez Ruíz. Proceso de elaboración y propiedades fisicoquímicas de las leches condensada azucarada y evaporada. Temas selectos de Ingeniería de Alimentos 6-1 (2012): 13-28

• Dairy Powders and Concentrated Products. Edited by A. Y. Tamine. Dairy Science and Technology Consultant, Ayr, UK. 2009. Pp 28-156

• Dairy Processig handbook. Tetra Pak ProcessingSystems AB S-221 86, Lund Sweden. Edited byTeknotext AB. 1995. Pp 133-138

• NOM-243-SSA1-2010.

• NORMA Oficial Mexicana NOM-155-SCFI-2012, Leche-Denominaciones, especificaciones fisicoquímicas, información comercial y métodos de prueba.

• ROSA MONDRAGÓN, J. ENRIQUE JULIA, ANTONIO BARBA, JUAN CARLOS JARQUE. El proceso de secado por atomización: Formación de gránulos y cinética de secado de gotas. Boletín de la sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 52, 159-168. España. 2013.

• Wkren L, McCabe -Julian C. Smith - Peter Harriott. Operaciones unitarias en Ingeniería Química. 4ª Edición. McGraw-Hill. España. 1998, 483

• Christie J. Geankoplis. Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3ª edición. CECSA. Universidad de Minnesota. 1998.

• Westergaard Vagn, Tecnología de la leche en polvo, Evaporación y secado por atomización. Niro. Dinamarca. 2004

tecnología aplicada a las leches de conservación prolongada

Food