Aplicación de dispersión de luz de infrarrojo próximo en la producción de derivados lácteos bajos en grasa con inulina

• Main Author: Arango Bedoya, Oscar
• Other Authors: Castillo Zambudio, Manuel
• Format: Doctoral Thesis
• Language: Spanish
• Published: Universitat Autònoma de Barcelona info
• Subjects: Ciències de la Salut; 64 - Economia domèstica
• Online Access: http://hdl.handle.net/10803/312337; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:9788449055898

El objetivo de esta tesis fue evaluar la aplicación de un sensor de dispersión de luz de infrarrojo próximo para la caracterización y monitorización de procesos en la elaboración de derivados lácteos bajos en grasa, específicamente en queso fresco y yogur firme con adición de inulina como sustituto de grasa. Se llevaron a cabo cuatro experimentos. En los dos primeros se estudió la coagulación de geles enzimáticos, evaluando el efecto de la temperatura y de las concentraciones de inulina, grasa, proteína y calcio sobre los parámetros de dispersión de luz relacionados con la coagulación y la sinéresis. A partir de la información generada se desarrollaron modelos de predicción de tiempos de coagulación y de corte, de la velocidad de la cinética de desuerado y del rendimiento de la cuajada. En el tercer experimento se validaron los modelos de predicción obtenidos anteriormente y se estudió la capacidad de retención de agua de los geles. En el último experimento se evaluó la aplicabilidad del sensor óptico para monitorizar el proceso de incubación durante la elaboración de yogur, analizando el efecto de las concentraciones de grasa y de inulina, sobre el desarrollo de la coagulación ácida y las características finales del producto. También se desarrollaron modelos para la monitorización en línea del pH y de parámetros reológicos en la elaboración de yogur. El aumento en la temperatura de coagulación y la adición de inulina y calcio aceleraron las fases de hidrólisis enzimática, agregación y endurecimiento. El aumento en la concentración de proteína prolongó la duración de la fase de hidrólisis enzimática, pero al mismo tiempo aceleró las fases de agregación y el endurecimiento del gel. La adición de inulina produjo una disminución en la constante cinética de expulsión de suero y un aumento aparente en el rendimiento de la cuajada, pero no tuvo efecto sobre la capacidad de retención de agua de los geles enzimáticos y ácidos. Utilizando como predictores parámetros ópticos se obtuvieron modelos para la predicción en línea de los tiempos de gelificación y de corte en geles enzimáticos y un modelo que permite la monitorización del pH durante la incubación de yogur a partir del inicio de la gelificación. Adicionalmente se encontraron algoritmos para conocer en tiempo real la evolución del módulo elástico (G´), el módulo viscoso (G´´) y tg δ en la coagulación ácida. El sensor de dispersión de luz NIR a 880 nm permite detectar los efectos de la adición de inulina en geles lácteos bajos en grasa y, por tanto, constituye una herramienta que puede contribuir no solo al desarrollo de productos de este tipo, sino también a la posterior monitorización y control de los procesos de elaboración de los mismos. Adicionalmente con el sensor óptico es posible realizar la monitorización en línea del proceso de incubación del yogur, permitiendo no solo la determinación del punto final de la misma, sino además conocer la firmeza y la tendencia al desuerado del producto. === The objective of this PhD dissertation was to evaluate the application of a near infrared light scattering sensor to the characterization and process monitoring in low fat dairy products, specifically in fresh cheese and set yogurt with inulin as a fat substitute. Four experiments were carried out. In the first two experiments, enzymatic milk gels were studied in order to evaluate the effect of temperature as well as inulin, fat, protein and calcium concentration on the light backscatter with regard to milk coagulation and syneresis. From the information generated, models for the prediction of coagulation and cutting times, whey drainage kinetic rate constant and curd yield were developed. In the third experiment, prediction models previously obtained were validated and the water holding capacity of milk gels was studied. In the last experiment the usage of the optical sensor to monitor the milk fermentation process during yogurt production was evaluated, analyzing the effect of fat and inulin concentration on acid coagulation as well as on the final product characteristics. Also models to the inline monitoring of pH and rheological parameters in yogurt production were developed. The increase in coagulation temperature and inulin and calcium addition accelerated enzymatic hydrolysis, aggregation and curd firming phases. The increase in the protein concentration prolonged the enzymatic hydrolysis step, but at the same time, accelerated the aggregation and curd firming processes. Inulin addition produced a decrease in the whey drainage kinetic rate constant and an apparent increase in the curd yield, but had no effect on the water holding capacity of enzymatic and acid milk gels. Using optical parameters as predictors, models for inline prediction of coagulation and cutting times in enzymatic gels were obtained, as well as a model to monitor pH during yogurt incubation, from coagulation time. Also, algorithms to determine the inline evolution of the elastic modulus (G´), the viscous modulus (G´´) and tan δ during acid coagulation were developed. The NIR light backscatter sensor at 880 nm allowed to detect the effects of inulin addition in low fat milk gels and, therefore, it can contribute not only to the development of that kind of products, but also to monitor and control the production process. Additionally, using the optical sensor, it is possible to monitoring inline the yogurt fermentation process, allowing not only the detection of the incubation end-point, but also estimating the yogurt firmness and its syneresis tendency.