La fermentación láctica es un proceso biológico fundamental en la producción de una amplia variedad de alimentos, especialmente en la industria láctea. Durante este proceso, las bacterias lácticas transforman los azúcares, principalmente lactosa, en ácido láctico. Este ácido no solo contribuye a la conservación de los productos, sino que también influye en su sabor, textura y vida útil. Para asegurar la calidad y seguridad de los productos lácteos, es imprescindible un control riguroso de la acidificación a lo largo de todo el proceso de producción.
El ácido láctico se produce por la fermentación de la lactosa principalmente a través de la actividad microbiana. Su concentración depende del recuento bacteriano total y puede ser un indicador útil del buen estado de conservación del producto. Además, el tratamiento térmico a altas temperaturas, como el UHT, reduce la carga microbiana pero no altera la concentración de ácido láctico, que se convierte así en un indicador del "historial" del producto.
Importancia del control de la acidificación
En la industria láctea, el control de la calidad es riguroso a lo largo de todo el proceso, desde que se obtiene hasta que llega al consumidor final, para asegurar que los productos sean seguros para el consumo y tengan una vida útil prolongada. La medida del pH es una técnica analítica rápida y sencilla que aporta información muy valiosa.
- Control de la fermentación: Durante la producción de productos fermentados como el yogur y el queso, el pH disminuye a medida que las bacterias lácticas convierten la lactosa en ácido láctico.
- Calidad y vida útil: El pH afecta a la textura, sabor y vida útil de los productos lácteos. Si el valor del pH de la leche es inferior a 6.8, podría indicar una posible infección o degradación bacteriana.
Además del pH, la medida de la acidez titulable representa un valor añadido en el proceso, puesto que aporta información que no ofrece el pH por sí solo. Así, la acidez titulable cuantifica todos los ácidos presentes en una muestra, no solo los iones de hidrógeno libres.
- Evaluación del progreso de la fermentación: Mientras que el pH proporciona la medida instantánea de la acidez activa, la acidez titulable da una visión más completa de todos los ácidos presentes, incluyendo aquellos que no afectan de forma directa al pH.
- Calidad sensorial: La acidez titulable está más estrechamente relacionada con las características sensoriales del producto.
Métodos para medir la acidificación
Medición de pH
Las medidas de pH se realizan con un pH-metro y se utilizan soluciones buffer de pH 4 y 7 para su calibración.
Acidez titulable
La valoración de la acidez en la industria láctea requiere una técnica más compleja que el pH, que, sin embargo, se puede simplificar enormemente mediante el uso de valoradores automáticos. Nuestra representada LabProcess recomienda para esta aplicación el uso del valorador automático FLASH, con electrodo FOOD, para la determinación rápida, precisa y económica de la acidez en leche y lácteos en general.
Preparación de la muestra:
- Mozzarella, requesón o yogur: Homogeneizar la muestra. Pesar exactamente 4 g de mozzarella, requesón o yogur en un recipiente adecuado y añadir 40 mL de solución NaOH 0,25N. Homogeneizar la muestra con una mezcladora y tomar la cantidad necesaria para la prueba.
- Eliminar la solución acuosa y filtrar si es necesario.
La acidez titulable se expresa en gramos por litro de ácido láctico y se obtiene titulando el suero lácteo con NaOH 0,1 N y fenolftaleína como indicador.
Principio de prueba del ácido L-láctico
El ácido L-láctico se oxida a piruvato mediante una reacción enzimática que produce H2O2.
Separación del ácido láctico del suero lácteo fermentado utilizando la técnica de electrodiálisis
Un estudio de Ana Machado, Leopoldo Gorrochotegui y Antonio Cárdenas del Laboratorio de Mezclado, Separación y Síntesis Industrial, Escuela de Ingeniería Química, Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela, investigó la des-acidificación del suero lácteo fermentado utilizando la técnica de electrodiálisis. El suero dulce se fermentó en condiciones de laboratorio (rango de temperatura 18-24°C).
Metodología del estudio
Se evaluó un suero dulce que se fermentó en condiciones ambientales de laboratorio, aproximadamente a una temperatura en el rango de 18-24°C. El suero se caracterizó utilizando las técnicas de acidez titulable, pH, conductimetría, grasa por Gerber, proteínas por Kjeldahl, la lactosa por el método fotométrico con ácido pícrico, sodio y potasio por absorción atómica. El seguimiento de la operación de desalado y des-acidificación se hizo por acidez titulable, conductimetría y pH.
La técnica de electrodiálisis permite separar iones de soluciones mediante el uso de membranas permeables a los aniones y cationes utilizando un gradiente de potencial eléctrico. Para ello, las membranas se colocan de forma alterna, formando celdas. En los extremos de las celdas, se colocan los electrodos, ánodo y cátodo, que generan la diferencia de potencial eléctrico que permite el movimiento de los iones y su separación. Las celdas adyacentes se comportan, unas como de dilución, en las cuales la concentración de iones disminuye (se empobrecen en iones) y otras de concentración, en donde se concentran los iones. Esto implica que existen al menos dos circuitos hidráulicos, uno de la solución que se diluye (diluido) y otro de la solución que se concentra (concentrado). Además, hay un tercer circuito que consiste en una solución que contiene iones de difícil oxidación y reducción que está en contacto con los electrodos y se conoce como solución de lavado.
El suero lácteo es un subproducto de la producción de mantequilla y queso que contiene cantidades importantes de lactosa, proteínas, calcio y fosfatos, entre otros compuestos. El suero lácteo no puede desecharse directamente al ambiente por su alto poder contaminante debido a su gran demanda bioquímica de oxígeno.
Una aplicación de la electrodiálisis es la recuperación del ácido láctico obtenido a partir de la fermentación del suero lácteo. Este ácido se puede obtener a partir de la transformación de la lactosa que contiene el suero lácteo. El ácido láctico se disocia en un protón (catión) y en el ión lactato (anión). Debido a esta disociación en iones, es posible su separación mediante la técnica de electrodiálisis como ácido láctico o como lactato de sodio. El ácido láctico se utiliza como acidulante y preservativo de alimentos así como en la producción de polímeros y es un producto de gran consumo industrial.
El electrodializador utilizado consta de tres circuitos hidráulicos diferentes: el circuito de concentración, el circuito de dilución (que en este caso es el suero lácteo) y el circuito de lavado por donde circula la solución que está en contacto con el cátodo y el ánodo. Los tres circuitos se alimentan con bombas con una descarga máxima de 32-38 L/min y un cabezal máximo de 3,8-5,4 m de agua. Cada circuito consta de un rotámetro con rango de medición entre 30 y 300 L/h. La fuente que genera la diferencia de potencial eléctrico es marca Kikusi, modelo 350W-PAN35-10 A, con un voltaje máximo de salida de 35 V y una intensidad de corriente máxima de 10 A.
Determinación de la corriente límite
Antes de realizar los experimentos de des-acidificación, se procedió a determinar la corriente límite. La corriente límite es aquella sobre la cual el proceso de separación se vuelve ineficiente debido a que comienza la hidrólisis del agua, ya que los iones a separar, a este nivel de corriente, no tienen la suficiente capacidad de transporte de carga y esta es suministrada por los protones y oxidrilos producidos en la hidrólisis del agua. Para determinar este nivel de corriente se modificó del electrodializador con el objeto de mezclar las corrientes de diluido y concentrado y así realizar la operación a concentración constante (la corriente límite depende de la concentración de los iones). Se utilizó el suero fresco para determinar la corriente límite a diferentes caudales de suero lácteo, ya que es el que posee menor concentración de iones y representa el peor escenario para calcular la corriente límite. En este experimento se utilizó el suero fresco tanto en la corriente de concentrado como de diluido. Como corriente de lavado se utilizó, en todos los experimentos, una solución al 3,5% de sulfato de sodio con un pH entre 2 y 3, ajustado con ácido sulfúrico concentrado. Para cada caudal de suero lácteo, se realizó un barrido de intensidad de corriente versus voltaje y con estos datos se determinó la corriente límite.
La corriente límite se calculó con el método de Cowan y Brown, graficando la resistencia (V/I) contra el inverso de la intensidad de corriente (1/I). La corriente límite corresponde al punto de intersección de las dos rectas. Como se tomó el suero lácteo fresco como referencia para la corriente límite, ésta se hace independiente de la concentración, pero depende de la velocidad de flujo, debido a que ésta determina el espesor de la capa de polarización de concentración. A mayor velocidad de flujo, mayor es el valor de la corriente límite.
| Componente | Característica |
|---|---|
| Bombas Iwaki Pumps | Descarga máxima de 32-38 L/min, cabezal máximo de 3,8-5,4 m de agua |
| Rotámetro | Rango de medición entre 30 y 300 L/h |
| Fuente de energía Kikusi | Modelo 350W-PAN35-10 A, voltaje máximo 35 V, intensidad máxima 10 A |
Des-acidificación del suero lácteo fermentado
Para la des-acidificación del suero lácteo fermentado se colocó el suero en el circuito de diluido, una solución de ácido láctico con una concentración inicial similar a la del suero fresco en la corriente de concentrado y la solución de lavado de composición igual a la descrita anteriormente en el circuito de lavado. Una vez que las corrientes se encontraron circulando a los caudales deseados, se fijó la intensidad de corriente eléctrica al 80% de la corriente límite. Durante la corrida experimental se midió el pH, la conductividad y la acidez titulable en el tiempo. Al alcanzar el nivel de des-acidificación deseado, se cortó el flujo de corriente eléctrica en el equipo y se detuvo la circulación de las soluciones. El experimento se repitió agregando 20 g/L de NaCl al suero fermentado para estudiar el efecto de la sal en la des-acidificación. Al final de cada experimento el equipo se lavó de forma consecutiva con agua potable, con una solución de jabón, con una solución de NaOH al 0,5% y con agua potable.
Resultados del estudio
En este estudio se utilizó suero del tipo dulce, proveniente de la producción de queso Bonsalut, obtenido por vía enzimática, agregando cuajo, sin acidificación. La conductividad de sueros frescos utilizados presentó valores similares: 5,54; 5,51 y 5,69 mS/cm. El suero lácteo se dejó fermentar en las condiciones del laboratorio, a temperatura ambiente por un periodo de entre 30 días y 55 días.
| Lote de Suero | Acidez Titulable Inicial (g/L) | Tiempo de Fermentación (días) | Acidez Titulable Final (g/L) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,97 | 50 | 15,64 |
| 1 | 0,97 | 55 | 18,11 |
| 2 | 0,93 | 50 | 17,20 |
| 2 | 0,93 | 55 | 19,55 |
| 3 | 0,95 | 50 | 16,80 |
A medida que se fermenta el suero lácteo, se produce ácido láctico que incrementa de manera significativa la cantidad de ácidos orgánicos presentes. La mayor cantidad de ácido se obtiene, en general, con mayores tiempos de fermentación (50 días vs 30 días). Sin embargo, como no se hizo la fermentación bajo condiciones controladas, hay diferencias en las cantidades producidas en los 50, 52 y 55 días, como lo muestran los resultados con sus respectivas desviaciones estándar. Las diferencias observadas en la fermentación del suero lácteo pueden ser debidas a los cambios en las condiciones ambientales, especialmente cambios en la temperatura, que no fueron exactamente iguales para los tres lotes estudiados.
Los resultados obtenidos indicaron que es posible des-acidificar el suero en un 78% y que se puede desalar en un 90%. Además, se observó que el desalado ocurrió antes que la des-acidificación debido a que los iones que componen las sales tienen mayor movilidad que los que componen el ácido, el cual es fundamentalmente ácido láctico. Estos resultados sugieren que, para separar el ácido láctico de sueros salados, el proceso debe hacerse en dos etapas: primero se debe desalar el suero y luego des-acidificar.
Fermentación Láctica y Alcohólica
Fermento láctico casero
La base de este sistema es muy simple: solo se van a activar unas bacterias que se encuentran en el aire y convertirlas en bacterias lácticas (Lactobacillus acidophilus) que posteriormente crearán ácido láctico. Los productos que se van a fermentar (lacto-fermentación) multiplicarán sus propiedades beneficiosas para el consumo humano, mejorando las cualidades de la flora intestinal tras su consumo. El Lactobacillus vive en el intestino y aparato urinario de los mamíferos o la boca. Es muy necesario para el buen equilibrio de nuestro organismo, por lo tanto, es aconsejable consumirlo a menudo. Aparte, evita infecciones por Helicobacter pylori, infecciones del tracto urinario (cándidas) o infecciones por hongos. Es muy recomendable pues mejora de forma indirecta (por intestino sano) problemas de piel, eccema, acné, urticarias, y sobre todo ayuda en la reducción del colesterol malo (LDL).
Ingredientes y proceso
- Añade 1 litro de leche natural, tapa el tarro y déjalo en el armario 24 horas.
- Deja reposar la botella durante dos días en un lugar oscuro (dentro de un armario), la botella debe permanecer cerrada, ya que se va a formar una fermentación anaerobia (sin aire).
- Guárdalo en el refrigerador, te puede aguantar varios meses y te servirá para preparar tus lacto-fermentaciones.
Ejemplo de aplicación: Peras fermentadas
Lava bien las peras para eliminar cualquier suciedad, sécalas con papel de cocina. Introdúcelos en el tarro de cristal, coloca la rama de canela en el centro. La albahaca en la parte de abajo y arriba de las peras y la corteza de limón en la parte de arriba, así la podremos quitar más tarde. Al cuarto día quita la piel de limón, cierra bien la tapadera e introdúcelo en el refrigerador, puedes conservarlo de 2 a 3 meses.
Pimientos amarillos en salmuera
Siguiendo la misma receta, se puede preparar salmuera con el fermento láctico, media cucharada de sal y una cucharada de azúcar. En dos días ha comenzado la fermentación, al cabo de 5 días, se cierra bien el tarro de cristal y se conserva en el almacén.
Clasificación de las bacterias
Las bacterias, en general, se pueden clasificar en función al rango de temperatura en la que se desarrollan de forma eficaz.
- Heterofermentativos: Durante la fermentación no solo producen una pequeña cantidad de ácido láctico, sino que producen aromas, sabores y en ocasiones gas carbónico generando “ojos” en la masa del queso.
En el caso de los mohos, el género más utilizado es el Penicillium. En la elaboración de quesos con moho blanco, como el Camembert, se usa el Penicillium Candidum. A la hora de elaborar quesos con moho azul, como el Cabrales, se usa el P. Roqueforti.