Mejora del cuajado de la leche mediante tratamiento ultrasónico
La adición de cuajo a la leche por ultrasonidos es una técnica de procesado innovadora para mejorar la calidad del producto y la eficiencia de la producción. El tratamiento por ultrasonidos aplicado a la leche antes de la coagulación ha demostrado un gran potencial para optimizar la fase de cuajado en la fabricación de queso. Los ultrasonidos de baja frecuencia y alta potencia pueden alterar la estructura de las proteínas de la leche y las micelas de caseína, lo que mejora la formación de gel durante la adición de cuajo. Estos efectos hacen de la sonicación un método potente para los tecnólogos lácteos que buscan mejorar las operaciones de procesado de la leche y aumentar la eficacia y consistencia de la producción de queso.
La importancia del cuajo en la fabricación de queso
El cuajado es la primera etapa crítica en la producción de queso. Durante este proceso, la enzima quimosina escinde las moléculas de κ-caseína, permitiendo que las micelas de caseína se agreguen y formen una red de gel tridimensional que se convierte en la cuajada del queso. La calidad de esta red de gel influye directamente:
- Tiempo de gelificación
- Firmeza de la cuajada
- Índice de cuajado
- Microestructura y conectividad del gel
Estos parámetros determinan la eficacia con la que la leche puede convertirse en queso e influyen, en última instancia, en el rendimiento, la textura y los resultados de la transformación.
Sin embargo, el comportamiento de cuajado de la leche puede variar debido a factores como la composición proteica, el equilibrio de calcio, el pH y la estructura de las micelas de caseína. Por tanto, las tecnologías que mejoran o estabilizan estas propiedades pueden ofrecer un valor significativo a los procesadores lácteos.
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Cómo mejoran los ultrasonidos el cuaje de la leche
Ultrasound processing works by transmitting low-frequency ultrasound waves (>20 kHz) into liquid media. This generates acoustic cavitation, where microscopic bubbles form and collapse rapidly, creating localized mechanical forces, turbulence, and microjets in the liquid.
Estos efectos mecánicos pueden modificar la estructura física de las proteínas de la leche sin necesidad de altas temperaturas.
La investigación de Liu et al. (2014) demostró que la ultrasonicación de la leche desnatada a 20 kHz antes de la adición de cuajo mejoraba significativamente las características de gelificación de la leche.
El estudio demostró que el tratamiento con ultrasonidos:
- Reducción del tiempo de gelificación necesario para la coagulación del cuajo
- Aumento del índice de cuajado
- Produce geles más fuertes con mayor firmeza de cuajada
- Mejora de la conectividad de la red de gel de cuajo
Estas mejoras se atribuyeron a cambios inducidos por ultrasonidos en las proteínas de la leche y en la estructura de las micelas de caseína.
Los mismos resultados se describen en el estudio cargado, que informa de que la leche tratada con ultrasonidos a pH 8 y reajustada a pH 6,7 mostró las mejoras más pronunciadas en el rendimiento de la coagulación.
Efectos estructurales clave en la leche
El tratamiento ultrasónico altera la microestructura de las proteínas de la leche de varias maneras. Según el estudio y otras investigaciones relacionadas:
- Reducción del tamaño de las micelas de caseína debido a las fuerzas mecánicas inducidas por la cavitación
- Formación de agregados proteicos más pequeños
- Mayor superficie de las partículas de caseína
- Aumento de las interacciones proteínicas durante la coagulación
Estos cambios estructurales permiten una agregación más eficaz una vez añadido el cuajo.
Los resultados del estudio ponen de relieve mejoras espectaculares en el rendimiento. Por ejemplo:
- El tiempo de gelificación disminuyó de unos 40 minutos en la leche no tratada a aproximadamente 28 minutos en la leche tratada con ultrasonidos.
- La firmeza de la cuajada aumentó varias veces en comparación con el control no tratado.
- La tasa de cuajado aumentó sustancialmente
Estos cambios se traducen directamente en una formación de cuajada más rápida y sólida durante la fabricación del queso.
Célula de flujo ultrasónica de vidrio para ensayos de sobremesa, por ejemplo, sonicación de leche
Cuajado por ultrasonidos: Ventajas para los productores de leche y queso
Para el procesado industrial de lácteos, los beneficios potenciales de la mejora ultrasónica de la adición de cuajo son considerables.
procesamiento más rápido
Los ultrasonidos reducen el tiempo de gelificación, lo que puede acelerar las primeras etapas de la fabricación del queso.
- Menor tiempo de coagulación
- Formación más rápida de la cuajada
- Mayor rendimiento potencial de las líneas de producción
Mejora de la estructura de la cuajada
El tratamiento ultrasónico da lugar a una red de proteínas más densa e interconectada, lo que produce cuajadas más fuertes.
Esto puede contribuir a:
- Mejora de la manipulación de la cuajada
- Mejor separación del suero
- Mayor control de la textura
Mayor eficiencia de fabricación
Geles más fuertes y coagulación más rápida pueden permitir:
- Mayor potencial de rendimiento del queso
- Reducción del tiempo de tramitación
- Calidad del producto más homogénea
Estas ventajas son especialmente relevantes para la producción de queso a gran escala, donde pequeñas mejoras en la eficiencia del proceso pueden traducirse en importantes ganancias económicas.
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Los ultrasonidos como tecnología no térmica de procesado de productos lácteos
Uno de los aspectos más atractivos del procesado de leche por ultrasonidos es que se considera una tecnología de procesado no térmica o suave.
A diferencia de los tratamientos térmicos tradicionales, los ultrasonidos pueden modificar las propiedades estructurales de las proteínas mediante efectos mecánicos de cavitación, en lugar de altas temperaturas. Esto ayuda a preservar las características funcionales y nutricionales de los componentes de la leche.
Revisiones recientes destacan los ultrasonidos como una técnica eficaz y fiable para controlar la funcionalidad de las proteínas y los procesos de gelificación en sistemas lácteos, incluidos el queso y los productos lácteos fermentados.
Para los tecnólogos lácteos, esto abre oportunidades para adaptar la funcionalidad de la leche sin comprometer la calidad del producto.
Aplicación industrial en centrales lecheras
A medida que la investigación pasa de los estudios de laboratorio a la aplicación industrial, la fiabilidad de los equipos y el cumplimiento de las normas de seguridad alimentaria se convierten en consideraciones esenciales.
Los sistemas industriales de sonicación, como los desarrollados por Hielscher Ultrasonics, están diseñados para ofrecer un diseño higiénico y una instalación segura en entornos de procesamiento de alimentos. Estos sistemas pueden funcionar de acuerdo con las directrices cGMP y de la FDA, y las aplicaciones de procesamiento de alimentos pueden validarse y certificarse mediante pruebas independientes de terceros.
Los sonicadores Hielscher se conectan fácilmente al software de la planta de proceso y se integran sin problemas en las líneas de producción existentes. El registro automatizado de datos de los parámetros del proceso ultrasónico garantiza la supervisión y el control de calidad de acuerdo con las directrices cGMP.
Esto convierte el procesado de leche por ultrasonidos en una tecnología práctica para las centrales lecheras comerciales que buscan innovación en sus procesos.
Para los tecnólogos lácteos y los fabricantes de queso, este enfoque representa un paso fiable hacia procesos de producción de queso más eficientes, controlables e innovadores.
Para llevar
La sonicación puede aplicarse a la leche antes de la producción de diversos productos lácteos, como el queso y otros alimentos coagulados con cuajo, para mejorar sus propiedades funcionales y estructurales. Al modificar las características físicas de las proteínas lácteas y los glóbulos de grasa, el tratamiento ultrasónico de la leche puede mejorar el comportamiento de coagulación, la estructura de la cuajada y la calidad general del producto. Además, la sonicación puede utilizarse para fraccionar los componentes lácteos, permitiendo la separación o modificación de los constituyentes de la leche para mejorar la funcionalidad del producto, la eficiencia del procesado y el rendimiento.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | De 3 a 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000hdT |
Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany
Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.
Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
Homogeneizador ultrasónico de alimentos UIP16000hdT mejora la adición de cuajo a la leche
Literatura / Referencias
- Liu, Zheng; Juliano, Pablo; Williams, Roderick; Niere, Julie; Augustin, Mary Ann (2014): Ultrasound improves the renneting properties of milk. Ultrasonic Sonochemistry 21(6), 2014.
- Carrillo-Lopez, L.M.; Juarez-Morales, M.G.; Garcia-Galicia, I.A.; Alarcon-Rojo, A.D.; Huerta-Jimenez, M. (2020): The Effect of High-Intensity Ultrasound on the Physicochemical and Microbiological Properties of Mexican Panela Cheese. Foods 2020, 9, 313.
- Bermúdez-Aguirre, D., Mawson, R. and Barbosa-Cánovas, G.V. (2008): Microstructure of Fat Globules in Whole Milk after Thermosonication Treatment. Journal of Food Science 73, 2008. E325-E332.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el cuajo de leche?
La adición de cuajo a la leche es un proceso de coagulación enzimática en el que la enzima quimosina (el componente activo del cuajo) escinde la κ-caseína de la superficie de las micelas de caseína. Esto desestabiliza las micelas, permitiéndoles agregarse y formar una red tridimensional de gel proteico que se convierte en la cuajada del queso.
¿Qué es el cuajo?
El cuajo es un complejo de enzimas coagulantes de la leche que se utiliza en la fabricación de quesos para inducir la coagulación de la leche. Su principal componente activo es la quimosina (EC 3.4.23.4), una proteasa aspártica que escinde específicamente la κ-caseína de la leche. Esta reacción enzimática desestabiliza las micelas de caseína, permitiendo que se agreguen y formen una red de gel que se separa en cuajada y suero.
Tradicionalmente, el cuajo se extrae del abomaso (cuarto estómago) de los terneros no destetados, donde la enzima se produce de forma natural para digerir las proteínas de la leche. Hoy en día, la fabricación comercial de queso utiliza habitualmente quimosina microbiana o recombinante, producida mediante fermentación, que proporciona una actividad enzimática constante y se utiliza ampliamente en el procesado industrial de lácteos.
¿Por qué se añade cuajo a la leche?
El cuajo se añade a la leche para iniciar la coagulación de las proteínas de la caseína. Al escindir la κ-caseína, el cuajo permite que las micelas de caseína se agreguen y formen una estructura de cuajada que se separa del suero, permitiendo la transformación de la leche líquida en queso.
¿Cómo se coagula y cuaja la leche?
La leche se coagula y cuaja cuando se altera la estabilidad de las micelas de caseína de la leche, lo que hace que las proteínas lácteas se agreguen y formen una red de gel tridimensional. En la leche fresca, las proteínas de la caseína se organizan en micelas que permanecen dispersas debido a la acción estabilizadora de la κ-caseína en su superficie. Cuando se reduce esta estabilidad, las micelas se agregan y forman la cuajada.
La coagulación puede producirse por acción enzimática, más comúnmente por la enzima quimosina del cuajo, que escinde específicamente la κ-caseína. Esta escisión elimina la capa estabilizadora alrededor de las micelas de caseína, lo que les permite agregarse a través de interacciones hidrofóbicas y enlaces mediados por calcio, formando una estructura de gel firme.
La leche también puede cuajarse por acidificación, cuando el ácido láctico producido por las bacterias reduce el pH de la leche hacia el punto isoeléctrico de la caseína (aproximadamente pH 4,6). A este pH, la repulsión electrostática entre las partículas de caseína disminuye, lo que provoca la agregación y precipitación de las proteínas.
En ambos mecanismos, la agregación de proteínas de caseína atrapa la grasa y el agua dentro de la red proteica que se forma, lo que da lugar a la separación de la cuajada sólida del suero líquido, que es el paso fundamental en la producción de queso y otros productos lácteos fermentados.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.