VARIABLES DEl PROCESO DE FERMENTACIÓN, EN LÁCTEOS

Variables Críticas en la Fermentación Industrial de Bebidas Lácteas Fermentadas 

1. Materia Prima Láctea y Tratamientos Previos

• Tipo de Leche: La leche de vaca es la más común, pero la de cabra, oveja o búfala ofrecen perfiles sensoriales y texturales distintos debido a sus diferencias en el tamaño y composición de los glóbulos de grasa (ej. glóbulos más pequeños en leche de cabra, resultando en diferente sensación en boca) y perfiles proteicos. La leche reconstituida/recombinada se usa para estandarizar o en zonas con escasez de leche fresca.

• Composición de la Leche: La lactosa (~4.5-5%) es el carbohidrato esencial para la fermentación. Las proteínas (~3.0-3.5%), especialmente las caseínas, forman la estructura del gel. La grasa (~3.0-4.5%) influye decisivamente en la cremosidad, sensación en boca y transporte de aromas. La calidad sanitaria (baja carga microbiana, ausencia de antibióticos que inhibirían los starters, y residuos de limpieza) es un prerrequisito no negociable.

• Tratamientos Previos Clave:

  • Estandarización: Ajuste del contenido de grasa y, crucialmente, de sólidos no grasos (SNF), especialmente proteínas (a menudo al 3.5-5% o más mediante adición de leche en polvo descremada, MPC o WPC). Un mayor contenido proteico resulta en un gel más firme, mayor viscosidad y menor sinéresis.

  • Tratamiento Térmico (Pasteurización/UHT): VITAL. Objetivos:

    1. Inocuidad (destrucción de patógenos).

    2. Reducción de flora competitiva.

    3. Inactivación de enzimas indeseables (ej. lipasas).

    4. Desnaturalización de proteínas del suero (principalmente β-lactoglobulina y α-lactalbúmina). Tratamientos térmicos más intensos (ej. 85-95°C por 5-30 min para yogur, comparado con 72°C por 15s para leche de consumo) maximizan esta desnaturalización. Las proteínas del suero desnaturalizadas se asocian con las micelas de caseína (vía interacciones con κ-caseína), aumentando los puntos de unión en la red del gel, lo que mejora significativamente la capacidad de retención de agua, la viscosidad y la estabilidad del coágulo.

  • Homogeneización: Reduce el tamaño de los glóbulos de grasa (<2 µm), previniendo la formación de nata. Los glóbulos de grasa recién formados y más pequeños son recubiertos por proteínas (caseínas y proteínas del suero), permitiendo su integración en la red proteica del gel, lo que contribuye a una mayor blancura, opacidad, y a una textura más suave y viscosa del producto final.

2. Cultivos Iniciadores (Starters) y Microorganismos Clave

• Bacterias Ácido Lácticas (BAL) son esenciales:

  • Yogur (Cultivos Termófilos, 40-45°C): La simbiosis entre Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus es clásica. S. thermophilus crece primero, produciendo ácido láctico, formato y CO₂, y reduciendo el potencial redox, lo que estimula a L. bulgaricus. Éste, a su vez, es más proteolítico, liberando aminoácidos que benefician a S. thermophilus, y produce la mayor parte del acetaldehído, componente clave del aroma a yogur.

  • Leches Fermentadas Mesófilas (20-30°C): Usan Lactococcus lactis (subsp. lactis y cremoris) para la acidificación. Las cepas productoras de aroma como Lc. lactis biovar. diacetylactis y Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris metabolizan el citrato para producir diacetilo (aroma a mantequilla) y CO₂ (puede dar ligera efervescencia o textura abierta).

  • Kefir (20-25°C): Un ecosistema complejo en los "granos de kefir" (matriz de kefiran). Incluye diversas BAL (múltiples Lactobacillus spp. como Lb. kefiranofaciens productor de kefiran, Lactococcus, Leuconostoc), levaduras fermentadoras de lactosa (Kluyveromyces marxianus) y no fermentadoras (Saccharomyces cerevisiae), que producen etanol y CO₂, y a veces bacterias acéticas.

  • Cultivos Probióticos: Cepas seleccionadas como Lactobacillus acidophilus, L. rhamnosus GG, Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12®, añadidas por sus efectos beneficiosos documentados (ej. modulación inmune, equilibrio de la microbiota intestinal, inhibición de patógenos). Deben mantener su viabilidad (>10⁶-10⁷ UFC/g) en el producto hasta el consumo.

• Selección y Uso: Se seleccionan por la velocidad de acidificación, perfil de pH final, producción de aroma (acetaldehído, diacetilo), textura (capacidad de producir exopolisacáridos - EPS como glucanos, galactanos, o heteropolisacáridos), y resistencia a bacteriófagos (controlada mediante rotación de cepas, uso de cultivos mixtos con diferentes sensibilidades, y estrictas medidas de higiene en la planta). Los starters liofilizados de inoculación directa (DVS/DVI) son la norma industrial.

3. Enzimas (Endógenas de la Leche y Microbianas)

• Enzimas Endógenas: Mayormente inactivadas por el tratamiento térmico. La plasmina residual puede tener efectos a largo plazo en productos UHT.

• Enzimas Microbianas (de los starters):

  • Lactasa (β-galactosidasa): Hidroliza la lactosa a glucosa y galactosa, paso inicial para la producción de ácido láctico.

  • Sistema Proteolítico: Consiste en proteinasas asociadas a la pared celular (que degradan caseínas a péptidos) y peptidasas intracelulares (que hidrolizan péptidos a aminoácidos). Esencial para la nutrición de las BAL, interacciones simbióticas, y desarrollo de textura y precursores de sabor.

  • Enzimas productoras de Aromas: Las que metabolizan citrato (citrato permeasa, citrato liasa) en Leuconostoc y algunas Lactococcus son clave para el diacetilo (aroma a mantequilla), acetoína y 2,3-butanodiol. Enzimas de las levaduras del kefir producen alcoholes y ésteres.

  • Enzimas productoras de Exopolisacáridos (EPS): Glicosiltransferasas que polimerizan azúcares en EPS, contribuyendo significativamente a la viscosidad, cremosidad y estabilidad del gel.

• Enzimas Comerciales Exógenas:

  • Lactasa: Para productos "sin lactosa", aplicada a la leche antes de la fermentación o, menos comúnmente, durante.

  • Transglutaminasa: Para mejorar la firmeza del gel y reducir sinéresis, especialmente en productos bajos en grasa, mediante la creación de enlaces covalentes adicionales entre proteínas.

4. Ingredientes y Aditivos

• Fortificantes de Sólidos Lácteos: Leche en polvo descremada, MPC, WPC (1-4%) para incrementar el contenido proteico, mejorando la firmeza del gel y la viscosidad.

• Edulcorantes: Sacarosa, siropes, o edulcorantes de alta intensidad para productos saborizados.

• Frutas y Preparados de Frutas: Los preparados de frutas están formulados para ser estables (pH, actividad de agua, carga microbiana controlada) y compatibles con el producto lácteo.

• Estabilizantes/Espesantes (Hidrocoloides): Pectina (interactúa con caseínas en pH ácido formando geles), gelatina, almidones modificados, goma guar, goma xantana, carragenina. Mejoran la textura y previenen la separación de fases (sinéresis).

• Vitaminas y Minerales: Para fortificación.

5. Parámetros del Proceso de Fermentación

• Temperatura: CRÍTICA. Determina la actividad de los cultivos: termófilos (40-45°C para yogur, optimizando la simbiosis), mesófilos (20-30°C), o ambiente (kefir, 20-25°C). Desviaciones pueden alterar el balance microbiano, la velocidad de acidificación y el perfil de sabor/textura (ej. producción de EPS).

• Tiempo: Hasta alcanzar el pH/acidez deseado (ej. Yogur: pH 4.5-4.7; Kefir: pH 4.2-4.6). Una fermentación incompleta resulta en un producto dulce y poco estable; una sobre-fermentación en excesiva acidez y sinéresis.

• pH/Acidez: El descenso del pH debido a la producción de ácido láctico desestabiliza las micelas de caseína, que agregan y forman una red tridimensional (gel) al alcanzar su punto isoeléctrico (pH ~4.6).

• Agitación/Condiciones Estáticas: Define el tipo de yogur: firme (sin agitación, gelificado en el envase) o batido/bebible (coágulo roto por agitación controlada tras la fermentación en tanque).

• Tamaño y Actividad del Inóculo: Afecta la duración de la fase lag y la velocidad de fermentación. Un inóculo insuficiente o poco activo puede permitir el crecimiento de contaminantes.

• Enfriamiento Rápido: Detiene la fermentación y es crucial para la textura final y la vida útil.

6. Etapas Posteriores a la Fermentación Primaria

• Ruptura del Coágulo y Enfriamiento: Para productos batidos, el grado de cizallamiento (shear) durante la ruptura y el enfriamiento (a través de intercambiadores de calor) debe ser cuidadosamente controlado para obtener la viscosidad deseada sin dañar excesivamente la estructura.

• Adición de Ingredientes: Frutas, sabores, estabilizantes, etc., de forma higiénica.

• Envasado: En condiciones de "llenado limpio" (para productos refrigerados de corta vida) o "aséptico" (para productos UHT de larga vida).

• Almacenamiento Refrigerado: Esencial para minimizar la post-acidificación y el crecimiento de contaminantes.

7. Control del Proceso y Puntos Críticos 

• PCCs Clave:

  • Recepción de Leche Cruda: Ausencia de antibióticos (resultado: fallo de fermentación) y baja carga inicial.

  • Tratamiento Térmico: Verificación de tiempo/temperatura (resultado de fallo: supervivencia de patógenos, flora competitiva, gel de mala calidad).

  • Actividad del Starter: Control de la acidificación.

  • pH/Acidez Final y Enfriamiento: Para seguridad, calidad y estabilidad.

  • Higiene (CIP/SIP): Para prevenir contaminación y fagos. Si hay contaminación, puede haber sabores extraños, hinchazón de envases o riesgos para la salud.

  • Cadena de Frío: Para mantener la calidad y seguridad durante la vida útil.

8. Impacto en las Características del Producto Final

• Sabor y Aroma: Predomina la acidez láctica. Compuestos volátiles específicos como acetaldehído (manzana verde, aroma clave en yogur, formado desde piruvato o treonina), diacetilo (mantequilla, de citrato), acetoína, y pequeñas cantidades de etanol/CO₂ (kefir).

• Textura y Viscosidad: Resultado del gel de caseína, modulado por el contenido proteico, tratamiento térmico (interacción caseína-proteínas de suero), homogeneización, y producción de EPS (que aportan cremosidad, "cuerpo", y previenen la separación de suero, dando una sensación de "slipperiness").

• Apariencia: Blanca, opaca, homogénea. Mínima sinéresis.

• Valor Nutricional y Funcional: Mejora la digestibilidad de la lactosa, fuente de proteínas de alta calidad, calcio, vitaminas B. Los probióticos (si están presentes en cantidad suficiente) ofrecen beneficios adicionales para la salud intestinal. Algunas fermentaciones pueden reducir el potencial alergénico de proteínas lácteas y generar péptidos bioactivos (ej. antihipertensivos).