ES2268589T3 - Procedimiento de homogeneizacion a alta presion de una emulsion a base de leche. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un producto fermentado o de un postre, que presenta una etapa de homogeneización a alta presión de una emulsión a base de leche, caracterizado porque la presión de homogeneización P es superior a 400
Description
Procedimiento de homogeneización a alta presión
de una emulsión a base de leche.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de fabricación de un producto fermentado o de un
postre, que presenta una etapa de homogeneización a alta presión de
una emulsión a base de leche.
Se conoce la fabricación de los productos
fermentados, tales como yogures agitados o postres tales como las
cremas heladas sometiéndolos durante su fabricación a una
homogeneización de alta presión a presiones comprendidas entre 100
y 250 bares.
La técnica de homogeneización es muy antigua. SE
inició en 1890 por GAULIN y estaba destinada a hacer circular a
presión, a través de un espacio estrecho, una emulsión basta con el
fin de reducir la dimensión de los glóbulos grasos de la leche. Y
aumentar de este modo la duración de vida del producto retardando
los fenómenos de demixión.
La homogeneización a alta presión se distingue
de la pascalización que consiste en someter un producto a una alta
presión estática durante un tiempo relativamente largo (superior a
algunos minutos).
El documento FR 2789 267 describe una bebida
láctea y carbonatada y su procedimiento de preparación. Se prepara
una mezcla (mezcla láctea) de leche y de nata, en una de las
realizaciones, esta mezcla láctea se homogeneiza a una presión
comprendida entre 30 y 100 MPa (300 y 1000 bares), preferiblemente
50 a 80 MPa.
La presente invención se dirige a proponer un
procedimiento de homogeneización que presenta prestaciones
mejoradas, especialmente en lo relativo a la textura del producto
acabado.
La invención se refiere de este modo a un
procedimiento de fabricación de un producto fermentado o de un
postre, que presenta una etapa de homogeneización a alta presión de
una emulsión a base de leche, caracterizado porque la presión de
homogeneización P es superior a 400 bares e inferior a 2.000 bares,
porque la cantidad total de material grasa en la emulsión está
comprendida entre el 2% y el 10% en peso y porque la cantidad total
de materia proteinizada (procedentes esencialmente de la leche y de
la leche en polvo añadida) está comprendida entre el 2% y el 5% en
peso y más particularmente entre el 4% y el 5% en peso y porque
comprende:
- -
- un precalentamiento de la emulsión a una primera temperatura T1 inferior a 90ºC,
- -
- dicha homogeneización, durante la cual la emulsión es llevada a una temperatura de salida T2 > T1,
- -
- una retención a una temperatura sensiblemente igual a T2,
- -
- un pre-enfriamiento a una temperatura T3 < T1.
El procedimiento según la invención conduce a
una ganancia de textura (viscosidad) significativo y a una mejor
estabilidad con fórmula igual. Permite, en particular, reducir la
proporción de materia proteica, con textura y con calidades
organolépticas equivalentes, respecto de un procedimiento de
homogeneización clásico. Permite también reducir la proporción de
materia grasa, especialmente de los postres, con textura y con
calidades organolépticas equivalentes, respecto de un procedimiento
clásico.
La presión puede ser superior a 500 bares e
inferior a 1.000 bares y especialmente inferior a 800 bares.
Puede ser superior a 800 bares e inferior a
1.000 bares.
La cantidad total de materia grasa puede estar
comprendida entre el 2% y el 6% en peso y más particularmente entre
el 2% y el 4%.
La cantidad total de materia grasa está, por
ejemplo, comprendida entre el 3,5% y el 3,6% en peso, estando
entonces, la cantidad total de materia proteinizada comprendida
entre el 4,2% y el 4,6% en peso.
Preferiblemente, el par de temperatura T1 -
presión P es elegido para que T2 = 95ºC. T1 puede estar comprendido
entre 60ºC y 85ºC.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán en la siguiente descripción, junto con los dibujos, en
los cuales:
- la figura 1 ilustra una realización
preferida de la invención, denominada fase ascendente,
- la figura 2 muestra curvas de
distribución de diámetro de las partículas para una formulación de
tipo yogur graso, antes de la homogeneización, después de la
homogeneización a 200 bares (técnica anterior) y a 1.800 bares,
mostrando la figura 3 las curvas de viscosidad inicial en función
del cizallado para la homogeneización anteriormente mencionada a
200 bares y a 1.800 bares.
- Y las figuras 4 a 8 representan curvas de
viscosidad inicial en función del cizallado para diversas
formulaciones y diferentes presiones.
- -
- Todos los ensayos han sido efectuados en fase ascendente, salvo el ensayo a 200 bares específicamente ilustrado por la figura 6 que ha sido efectuado en fase descendente.
Durante el procedimiento de fabricación de los
yogures (firmes o agitados), una mezcla de leche enriquecido con
proteínas (por ejemplo por adición de leche en polvo desnatada) y de
nata es sometida a un tratamiento térmico que comprende una
homogeneización, antes de la fermentación.
La homogeneización tal como se conoce consiste
en hacer pasar la mezcla láctea grasa, o no, a través de una
válvula a una presión del orden de 150 a 250 bares.
La etapa de homogeneización transforma la
emulsión láctea inicial basta en una emulsión de materia grasa en
agua que es más fina (diámetro de los glóbulos grasos principalmente
entre 0,4 \mu y 1 \mu). La prestación de esta fase está ligada
a la vez al equipo y a las condiciones operativas. Se requieren
moléculas tensioactivas (principalmente proteínas lácteas para
estabilizar las nuevas interfaces agua/aceite creadas.
El objetivo de esta etapa de homogeneización es
crear glóbulos grasos de menor dimensión y por lo tanto evitar una
eventual flotación de la materia grasa durante la etapa ulterior de
fermentación. La homogeneización que refina los glóbulos grasos en
gotitas más pequeñas aumenta considerablemente la superficie
interfacial. A lo largo de la fermentación, durante la fabricación
de los yogures, se incorporan a la red formada, con lo que se
consigue una textura más fuerte y una mayor estabilidad del gel.
La sociedad solicitante a puede en evidencia que
se puede obtener una ganancia significativa de textura sometiendo
la mezcla (emulsión) a una homogeneización a una presión netamente
superior a las presiones actualmente practicadas. Esta mejora de la
textura se obtiene para presiones P superiores a aproximadamente 400
bares, en una gama de presión comprendida entre 400 bares y 2.000
bares.
La gama de presión más interesante está
comprendida entre 500 bares y 1000 bares.
Se obtienen resultados apreciables entre 500 y
800 bares, y resultados mejorados entre 800 y 1.000 bares, siendo
la presión óptima de aproximadamente 850 bares.
Se obtiene todavía una mejora llevando la
presión a valores superiores a 1.000 bares, pero la ventaja plantea
por el contrario problemas de aplicación industrial.
Durante la homogeneización, el producto es
forzado a presión P entre la chapaleta de una válvula es su asiento.
La pulverización de los glóbulos es provocada sucesivamente por el
choque contra la chapaleta, por el laminado (cizallado) entre ésta
y su asiento y por el alargamiento durante la expansión de la leche,
reducción brutal de la presión que provoca, además, un estallido de
los glóbulos. A esto se añade un efecto de calentamiento
(diferencia de temperatura constatada entre la salida y la entrada
de homogeneización) que se hace sensible a partir de 400 bares y
que es del orden de 2 a 4ºC para un aumento de presión de 100 bares.
Este aumento de temperatura es de este modo de aproximadamente 11ºC
para una presión de 800 bares y de 15ºC para una presión de 1.000
bares.
La figura 1 es un organigrama relativo a un
ejemplo de fabricación de un yogur con una homogeneización en fase
ascendente (es decir, después del precalentamiento y antes de la
retención). La emulsión de salida se precalienta a una temperatura
que es de 95ºC para una homogeneización estándar a 200 bares (rama
de arriba respecto de un procedimiento clásico). Para una
homogeneización según la invención (Rama de abajo) a una presión P
superior a 400 bares, el precalentamiento se realiza a una
temperatura T1 inferior a 95ºC, que se elige, tal como se indicará
más adelante en la descripción, para que la temperatura T2 después
de la homogeneización sea del orden de 95ºC, lo que evita un
deterioro de la calidad del producto.
Por ejemplo, para P = 500 bares, T1 = 85ºC; P =
800 bares, T1 = 75C; P = 1.000 bares, 70ºC; P 1.800 bares, T1 =
60ºC.
De este modo, se aprovecha el calentamiento que
interviene durante la homogeneización para llevar el producto a su
temperatura de retención. A continuación, la mezcla homogeneizada es
sometida a una retención a 95ºC durante 8 minutos (pasteurización),
y después se enfría a una temperatura T3 igual a 43ºC, y se somete a
una fermentación (a 39ºC), a continuación a un despiece de la
cuajada antes de ser acondicionadas en botes.
Para una fórmula que comprende el 4% en peso de
materia grasa y el 4% en peso de materia proteinizada ("yogur
graso"), se obtienen las curvas de distribución granulométricas
de los glóbulos grasos (GG) que son dados en la figura 2 antes de
la homogeneización (curva I), después de la homogeneización según la
técnica anterior a 200 bares (curva II), y después de la
homogeneización a 1.800 bares (curva III), siendo dadas las curvas
de viscosidad inicial en función del cizallado en la figura 3 para
las dos presiones de homogeneización anteriormente mencionadas.
\newpage
Antes de la homogeneización (curva I), dos
poblaciones son claramente distintas con un diámetro mediano
sensiblemente igual a 3,46 \mu.
Después de la homogeneización (curvas II y III),
la distribución se hace monomodal (un solo pico), y las micelas de
caseína (aproximadamente 0,2 a 0,3 \mu) coinciden con los glóbulos
grasos. El efecto de la presión es visible por una parte sobre el
diámetro medio de las partículas que pasa de 0,4 \mu a 200 bares
(curva II) a 0, 27 \mu a 1.800 bares (curva III). Por otra parte,
con una presión de 200 bares, el 90% del volumen total de la
materia grasa está ocupado por partículas de menos de 0,72 \mu
contra 0,42 \mu para una homogeneización a 1.800 bares. La
distribución es por lo tanto mucho más estrecha a 1.800 que a 200
bares, tal como lo muestra la comparación entre las curvas II y
III.
La homogeneización en las condiciones
especificadas, permite, para todas las fórmulas, la formación de
emulsiones más finas gracias a la reducción de la dimensión media
de los glóbulos grasos, y a una distribución más estrecha con una
reducción significativa de los glóbulos más gruesos (prácticamente
la ausencia de glóbulos grasos de dimensión superior a 1 \mu en
el ejemplo anterior) comparativamente con una homogeneización
clásica (en la cual subsiste una cantidad notable de glóbulo grasos
de dimensión superior a 1 \mu). Este último punto reviste una
gran importancia, puesto que si la reducción de la dimensión medio
de las partículas es en efecto un objetivo buscado, es todavía más
importante buscar une reducción de la cantidad de partículas gruesas
de materia grasa en la distribución granulométrica, debido a su
contribución a los fenómenos de inestabilidad del producto a lo
largo del tiempo.
Por otra parte, se observa que la cinética de
fermentación y de gelificación del producto no está modificada, lo
que muestra que la presión de homogeneización no tienen ningún
efecto sobre la cinética y sobre la estructura viscoelástica del
producto.
La gelificación está provocada por la red de
caseína, por la agregación de las proteínas.
La figura 3 muestra las curvas de viscosidad
inicial (Pa.s) en función del cizallado (S^{-1}), para presiones
de homogeneización de 200 bares y de 1.800 bares para el producto de
la figura 2. El producto se mide en la salida de un enfriador antes
de la agitación de la cuajada enfriada.
Como lo muestran las curvas de la figura 3, el
desvío de viscosidad es constante sea cual sea la velocidad de
cizallado y es del orden de 0,2 Pa.s, lo que corresponde a una
ganancia de viscosidad ("ganancia de textura") del orden del
20% respecto de una homogeneización de tipo conocido (200
bares).
La figura 5 muestra las curvas de viscosidades
en las condiciones de la figura 3, siendo la proporción de
proteínas del 4% y del 5% respectivamente para una presión de
homogeneización de 1.800 bares. La ganancia de viscosidad es en
este caso del orden de 0,3 Pa.s, es decir, una ganancia de textura
del orden del 25%. Se obtienen por lo tanto con el 5% de proteínas,
diferencias positivas aun mayores respecto de las obtenidas
anteriormente para la fórmula de yogur graso (materia grasa MG del
4% y materia proteinizada (MP del 4%).
Los niveles de viscosidad significativamente
superiores se conservan en todos los casos en la continuación del
procedimiento puesto que la pérdida de viscosidad entre la salida
del enfriador y antes del acondicionamiento del producto
("desestructuración") está comprendida entre el 25% y el 30%
sea cual sea la presión de homogeneización aplicada (entre 200
bares y 1.800 bares).
En el caso de una composición ponderal de tipo
yogur bajo en materia grasa (cantidad total de materia grasa MG
igual al 2% y cantidad total de materia proteinizada MP igual al
4%), el desvío de viscosaidad entre una homogeneización a 200 bares
y a 1.800 bares es del orden de 0,06 Pa.s a 0,1 Pa.s. Esto está
ilustrado por las curvas de viscosidad de la figura 4, para una
formulación ponderal que comprende el 2% de materia grasa MG y el
4% de materia proteinizada MP. El paso del 4% al 5% de la
proporción de proteínas no modifica sensiblemente estas
observaciones con este nivel de proporción de materia grasa.
Como en el caso de una composición de tipo yogur
graso, la desestructuración es prácticamente independiente de la
presión de homogeneización.
Las mediciones efectuadas conducen de este modo
a dos constataciones importantes:
- -
- para una presión de homogeneización P dada, el aumento relativo de la viscosidad es tanto más importante por cuanto que por una parte la proporción de materia grasa es elevada y que por otra parte, la proporción de materia proteinizada es elevada. El primer punto está en particular ilustrado por las curvas de viscosidad de la figura 4. El segundo punto está más particularmente ilustrado por la figura 5 que indica los valores de viscosidad inicial para dos formulaciones de yogur graso (MG del 4% y MP igual al 4% y al 5% respectivamente) con una presión de homogeneización de 1.800 bares.
El efecto de la presión sobre la dispersión a
granulométrica de los glóbulos grasos interviene esencialmente
entre 500 y 1.000 bares. Se puede estimar que el fenómeno se ceba
hacia los 400 bares.
Un ensayo efectuado a una presión de
homogeneización de 850 bares sobre una fórmula al 3,5% de materia
grasa MG y el 4,2% de materia proteinizada MP muestra que esta
presión de homogeneización (respecto de una presión estándar de 200
bares) compensa la reducción de la proporción de materia proteica de
0,4 punto (paso de una proporción de materia proteica MP del 4,6%
al 4,2%) tanto desde el punto de vista de los parámetros de textura,
de microestructura que de los parámetros organolépticos.
A una proporción de materia grasa constante, se
puede obtener con una presión de homogeneización P > 500 bares,
un producto de viscosidad comparable con un producto homogeneizado
de manera conocida (por ejemplo a 200 bares), pero reduciendo la
proporción de materia proteinizada MP (es decir, en la práctica,
para una fórmula de yogur, reduciendo la cantidad de leche
desnatada en polvo que se añade) de lo que se deriva un ahorro de
materia de calidades organolépticas iguales.
El procedimiento según la invención permite, por
ejemplo, aumentando la presión de homogeneización, reducir
aproximadamente en el 10% la cantidad de materia proteica (de lo que
se deriva un ahorro notable) para un producto cuya calidad
organoléptica es sensiblemente idéntica o mejor que la de los
productos de la técnica anterior, a partir de una presión de
homogeneización de 500 bares, aumentando la viscosidad con la
presión de homogeneización, como lo muestra especialmente la figura
6.
En esta figura, se ha representado la curva de
viscosidad inicial en función del cizallado para tres fórmulas al
3,5% de materia grasa, y con tres proporciones de materia
proteinizada respectivamente el 4,6% (leche entera, el 85,2%, nata,
el 1,3%, azúcar, el 7,3%, la leche desnatada en polvo, el 6,2%) y
homogeneización al 200 bares, el 4,2% y homogeneización a 850
bares, y el 4,4% y homogeneización a 850, realizándose la
homogeneización en fase ascendente a 850 bares y en fase
descendente a 200 bares.
A pesar de la reducción de la proporción de
materia proteinizada MP, se observa un aumento medio \Delta de la
viscosidad que es del orden de 0,1 Pa.s, lo que corresponde sobre el
plano organoléptico a una mejora sensible. Hay que indicar también
que esta ganancia de viscosidad se observa a pesar de una primera
mejora debida a la elección de una fase descendente para el ensayo
a 200 bares.
El paso a 850 bares induce una reducción
significativa de la dimensión media y de la distribución de en
dimensión de los glóbulos grasos está más estrechada, mientras que
el paso de una presión de 200 bares a 400 bares afecta más a la
distribución en dimensión de los glóbulos grasos, que la dimensión
media. Más allá de 1.000 bares, el aumento de la viscosidad es muy
poco sensible, al igual que ocurre con la ventaja en la dimensión
de los glóbulos grasos, y más particularmente en lo que se refiere
a la presencia de glóbulos grasos de gran dimensión (1 \mu y más)
mientras que la aplicación industrial es más difícil a estos niveles
de presión.
Como resultado, la gama de presión más
interesante está comprendida entre 500 bares y 1.000 bares.
El paso a una presión de 500 y 800 bares está
ilustrado en la figura 7 para una formulación al 3,6% en peso de
materia grasa MG. Las curvas de viscosidad en función del cizallado
corresponden a P = 500 bares y 800 bares para MP = 4,3%.
Para las presiones de 500 y 800 bares, la
viscosidad permanece elevada a pesar de la reducción del 4,5% al
4,3% de la proporción en materia proteinizada MP. Para una presión
de 800 bares, el aumento medio \Delta de la viscosidad es de
aproximadamente 0,2 Pa.s, respecto del obtenido para una
homogeneización a 500 bares.
Finalmente, la figura 8 ilustra la influencia de
la presión (200 bares y 1.000 bares) para una formulación al 3,5%
de materia grasa MG y el 4,6% de materia proteinizada MP. Se
constata un desvío medio \Delta de 0,2 Pa.s para una presión de
1.000 bares.
Estas curvas muestran de este modo que la gama
de valores de presión P que es la más interesante está comprendida
entre 500 bares y 1.000 bares, y está preferiblemente comprendida
entre 800 y 1.000 bares, siendo las presiones preferidas del orden
de 800 a 850 bares.
A estos niveles de expresión, y en particular
entre 800 y 1.000 bares, se obtiene, con fórmula igual y respecto
de una homogeneización conducida de manera clásica a un aumento de
la viscosidad del orden de 0,2 Pa.s, lo que se traduce por una
clara mejora en el plano organoléptico. Siempre a estos niveles de
presión, una reducción del 5 al 10% aproximadamente de la cantidad
total de materia proteinizada MP (el 0,2 al 0,4% respecto de MP
aproximadamente el 4,4%), que se traduce por una reducción
importante (hasta el 25%) de la cantidad de leche desnatada en
polvo a añadir a una fórmula de tipo yogur, permite obtener un
producto cuyas calidades organolépticas (ensayadas por un panel) y
el mantenimiento en el tiempo de las características son
sensiblemente cercanas a las de los productos homogeneizados de
manera clásica a partir de una fórmula muy rica en proteínas.
Se podrían obtener ganancias de viscosidad
suplementarias, aplicando la homogeneidad de alta presión en fase
ascendente.
Sin embargo, en un interés de simplificación del
procedimiento se puede preferir la fase ascendente.
Los ejemplos dados corresponden a viscosidades
medidas el día Do de fabricación del producto acabado. Los desvíos
de textura observados entre los productos según la invención y los
productos de referencia se mantienen o aumentan en el tiempo
durante la vida útil del producto. Las fuerzas de gel medidas por
penetrometría confirman también este desvío de textura durante la
vida útil del producto.
La presente invención permite de este modo
dominar u optimizar la textura y la estabilidad de un producto
fermentado, yogur agitado por ejemplo, o de un postre, siendo la
homogeneización según la invención susceptible de aportar, además,
una distribución fina y estable de las burbujas de aire en el caso
de una espuma.
Claims (13)
1. Procedimiento de fabricación de un producto
fermentado o de un postre, que presenta una etapa de
homogeneización a alta presión de una emulsión a base de leche,
caracterizado porque la presión de homogeneización P es
superior a 400 bares e inferior a 2.000 bares, porque la cantidad
total de materia grasa en la emulsión está comprendida entre el 2%
y el 10% en peso y porque la cantidad total de materia
proteinizada está comprendida entre el 2% y el 5% en peso y
especialmente entre el 4% y el 5% en peso, y porque comprende:
- -
- precalentamiento de la emulsión a una primera temperatura T1 inferior a 90ºC,
- -
- dicha homogeneización, durante la cual la emulsión es llevada a una temperatura de salida T2 > T1,
- -
- Una retención a una temperatura sensiblemente igual a T2,
- -
- un preenfriamiento a una temperatura T3 < T1.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha presión es superior a 500 bares
e inferior a 1.000 bares.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha presión es superior a 500 bares
e inferior a 800 bares.
4. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha presión es superior a 800 bares
e inferior a 1.000 bares.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
proporción de materia grasa está comprendida entre el 2% y el 6%
en peso y más particularmente entre el 2% y el 4%.
6. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la proporción de materia grasa es
sensiblemente igual al 4%.
7. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la proporción de materia grasa está
comprendida entre el 3,5% y el 3,6% y porque la proporción de
materia proteinizada está comprendida entre el 4,2% y el 4,6%.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el par de
temperatura T1 - presión P se elige para que T2 sea sensiblemente
igual a 95ºC.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque T1 está comprendido entre 60ºC y
85ºC.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque P = 500 bares y T1 = 85ºC.
11. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque P = 800 bares, T1 = 75ºC.
12. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque P = 1.000 bares, T1 = 70ºC.
13. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque P = 1.800 bares, T1 = 60ºC.
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