INTRODUCCIÓN

Conforme las industrias queseras crecen y las exigencias en los nuevos reglamentos ecológicos aumentan, resalta la necesidad de encontrar una manera eficiente y económica de utilizar el suero residual proveniente de la elaboración de queso para evitar un severo daño ecológico al medio ambiente. Es importante destacar que actualmente la mayor parte del suero residual es vertido directamente al drenaje provocando la contaminación de agua, y que solo un mínimo porcentaje se aprovecha en la elaboración de composta orgánica y como alimento vacuno, lo que se traduce en grandes problemas ecológicos e importantes pérdidas económicas para las compañías dedicas a la elaboración de quesos (Peña y Flores, 2001).

Hoy en día, empresas lecheras productoras de queso en la región norte del estado de Colima y la región sur de Jalisco, se enfrentan a dos grandes problemas; el no aprovechamiento total de la leche procesada ya que por cada kilogramo de queso se generan ocho kilogramos de suero (Valencia y Ramírez, 2009), lo que ocasiona el segundo problema, porque al no ser utilizado el suero como producto, se vierte directamente al drenaje provocando contaminación del agua.

La elaboración de bebidas fermentadas ofrece una solución atractiva tanto comercial como ecológica, debido a que el producto final obtenido del suero residual de leche podría tener un alto valor económico (Teixeira et al., 2010) y mediante la fermentación se evitaría el problema de la contaminación directa del agua a través del suero residual. Los gránulos de Kéfir proporcionan características químicas, físicas y organolépticas únicas a las bebidas que son fermentadas con estos microorganismos, lo que podría darle al suero fermentado olor, sabor, consistencia y aroma agradables para su consumo (Mazaheri, 2008).

Lo que se pretende con esta investigación es utilizar el suero residual de leche para evitar que éste se convierta en un contaminante y transformarlo en una bebida fermentada de bajo contenido alcohólico con un valor comercial. De esta manera se podrá ofrecer una solución económica y atractiva para las dos grandes problemáticas que aquejan a las pequeñas empresas productoras de queso, aumentando así sus posibilidades de desarrollarse económicamente y evitar problemas al verter sus residuos directamente al drenaje cuidando así el medio ambiente.

Para esto se realizó la caracterización fisicoquímica del lactosuero, se establecieron las condiciones de temperatura, tiempo, concentración de sustrato para la fermentación con gránulos de kéfir o Kluyveromyces marxianus-Saccharomyces cerevisiae, se desarrolló la formulación para las bebidas fermentadas con gránulos de kéfir y combinación de Kluyveromyces marxianus-Saccharomyces cerevisiae, se evaluó la concentración alcohólica obtenida en las formulaciones durante la fermentación. Se llevó a cabo la caracterización fisicoquímica, microbiológica y organoléptica de las bebidas fermentadas.

MÉTODOS Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN

Se utilizó suero residual desproteinizado obtenido a partir de la elaboración de requesón proporcionado por la empresa “Quesos Barragán”, gránulos de kéfir (proporcionados por la Empresa Yogurt Natural de Búlgaros), sacarosa refinada (marca comercial), miel de abeja obscura (Miel obtenida de la empresa apicultores del sur), Kluyveromyces marxianus, (Lyofast KM 7, 6A469341, SACCO), Saccharomyces cerevesiae (SAFMEX).

Caracterización de suero residual. La caracterización del lactosuero fue acorde a las técnicas descritas en:

- AQP (AOAC, 1990).

- Azúcares reductores (DNS por Miller, 1959).

- Acidez titulable (AOAC, 1990).

- pH (potenciómetro (Hanna instruments).

- ºBrix (Refractómetro de mesa tipo ABBE marca Milton Roy Company).

Formulaciones Preliminares

Se realizaron seis formulaciones preliminares en las que se cambió el tipo de sustrato, así como la combinación de microorganismos fermentadores, quedando de la siguiente manera: T0 = Suero de leche desproteinizado + Gránulos de Kéfir. (50 g/L), T1 = Suero de leche desproteinizado + Gránulos de Kéfir. (50 g/L) + Miel (48 g/L), T2 = Suero de leche desproteinizado + Gránulos de Kéfir. (50 g/L) + Sacarosa (28 g/L), T3 = Suero de leche desproteinizado + Kluyveromyces marxianus. (0.3 g/L), T4 = Suero de leche desproteinizado + Kluyveromyces marxianus. (0.3 g/L) + Miel (48 g/L) y T5 = Suero de leche desproteinizado + Kluyveromyces marxianus. (0.3 g/L) + Sacarosa (28 g/L).

El lactosuero fue pasteurizado a 66 ºC durante 30 min, seguido de enfriamiento a 25 ºC. Como contenedores fueron empleados seis matraces Erlenmeyer de 250 ml, los cuales fueron esterilizados en autoclave por 15 minutos a 150 ºC. Se emplearon gránulos de kéfir y cepas de Kluyveromyces marxianus como microorganismos fermentadores.

El tiempo de fermentación fue de 96 horas a 20°C. Una vez pasadas las 96 horas la fermentación fue detenida mediante centrifugación a 11000 rpm durante 20 min a 8 ºC, con el fin de destruir los microorganismos sin adulterar las características organolépticas de cada formulación.

Se analizaron tanto los parámetros organolépticos de cada una de las bebidas, así como también parámetros fisicoquímicos.

- Determinación de pH (potenciómetro de mesa, marca Hanna Instruments).

- Determinación de grados Brix (refractómetro de mesa, marca Milton Roy LR45227).

- Etanol (Cromatógrafo de gases acoplado a detector de ionización de llama marca Perkin Elmer).

- Azúcares reductores: se realizó por el método de DNS (Miller et al., 1960).

- Determinación de acidez titulable (AOAC, 1990).

- Análisis microbiológico (NOM-111-SSA1 y NOM-114-SSA1)

- Análisis organoléptico (Prueba triangular con cuestionario aplicado)

- Análisis estadístico (ANOVA y Prueba-T para 2 grupos independientes)-

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización de la materia prima: El lactosuero obtenido fue caracterizado químicamente y los resultados obtenidos (Cuadro 1) son congruentes con los reportados en la literatura por lo que se decidió usar este suero desproteinizado para arrancar las fermentaciones.

Se inició la fermentación con gránulos de kéfir en tres tratamientos diferentes T0 (Lactosuero + Gránulos de kéfir), T1 (Lactosuero + Miel +Gránulos de kéfir) y T2 (Lactosuero + Sacarosa + Gránulos de kéfir) y con Kluyveromyces marxianus que fue agregado a los tratamientos T3 (Lactosuero + K. marxianus), T4 (Lactosuero + Miel + K. marxianus) y T5 (Lactosuero + Sacarosa + K. marxianus) los cuales se monitorearon en continuo durante 96 horas a 20 ºC. Los parámetros iniciales del lactosuero fueron: 0.2% de ácido láctico, pH de 5.93 en los seis tratamientos y una concentración 6.4 brix en el tratamiento número cero y tres; y de 10 brix para los tratamientos uno, dos, cuatro y cinco.

La concentración final de ácido láctico en los tratamientos fue distinta, el tratamiento uno, obtuvo un valor de 1.50 g/100 g, en el tratamiento dos su valor de 1.65 g/100 g que fueron fermentados con gránulos de kéfir mientras que los tratamientos cuatro y cinco tuvieron una concentración final de 1.32 g/100 g y de 1.48 g/100 g. el tratamiento dos es el que mejor evolución obtuvo durante el proceso de fermentación.

El número cinco y uno, no tienen diferencia significativa entre sí, pero si posen una diferencia significativa con respecto a los tratamientos cero, dos y tres; mientras que estos no tienen diferencias importantes entre sí; obteniendo un incremento final del tratamiento cero un valor de 1.62 g/100 g de ácido láctico valor mayor que el reportado por Mazaheri et al., (2008), de 0.83 g/100 g.

El valor del potencial de hidrógeno para los fermentados con K. marxianus y para los fermentados con gránulos kéfir nos indican que los seis tratamientos no presentaron diferencia significativa, lo que demuestra que las diferentes formulaciones no tuvieron un efecto directo en el pH. En cuanto al consumo de los azúcares totales de los tratamientos cero, uno y dos, tuvieron un descenso notorio referente a los demás tratamientos, pero no entre sí. El consumo de azúcares reductores del tratamiento tres es menor al gasto del tratamiento cuatro y cinco, a su vez el tratamiento cuatro fue significativamente mayor al tratamiento cinco hablando estadísticamente; esto debido a que las cepas de K. marxianus no consumieron la sacarosa del tratamiento cinco y la fructosa del tratamiento cuatro.

En cuanto a la producción de etanol, se observa que los tratamientos cinco, cuatro y tres no poseen diferencia marcada entre su producción, pero sí de los demás tratamientos.

Los gránulos de kéfir fermentaron aproximadamente el 45% del total de los azúcares (Figura 1) disponibles mientras que la cepa de K. marxianu, dieron por resultado solo una pequeña producción al cuarto día de 0.39 ± 0.03 en el T3, en el T4 una producción de 0.41 ± 0.06 y 0.54 ± 0.04 en T5.

Finalmente, en las Figuras 2 y 3 se presenta el consumo de los azúcares reductores durante la fermentación. Estadísticamente hablando se observa que los seis tratamientos no presentaron una diferencia significativa entre sí.

En la mayoría de los análisis hubo una diferencia significativa entre los tratamientos, por lo que se puede decir que las diferentes formulaciones tuvieron un efecto claro en las características fisicoquímicas finales de las fermentaciones.

Con los datos recabados en los análisis de las formulaciones preliminares se determina que las formulaciones dos y cinco respectivamente tuvieron mejores características físicas, químicas y organolépticas.

Formulación final de las bebidas

Con los datos obtenidos de los tratamientos preliminares, se eligieron los tratamientos T2 y T5 por presentar las mejores características químicas, físicas y organolépticas. A los cuales se les modificaron algunos parámetros con el fin de mejorar las propiedades de las fermentaciones creando así los tratamientos T6 y T7. La temperatura de fermentación fue de 20º C, el tiempo de fermentación fue de 96 horas para el tratamiento T2 (con gránulos de kéfir) y 336 horas para el tratamiento T5 (con cepa K. marxianus). Al tratamiento T2, se le agregó una cepa de levadura (Saccharomyces cerevisiae) a partir de los 11 días con el fin de que consumieran la sacarosa aun presente en la fermentación. La concentración de la cepa de K. marxianus se duplicó a 0.6 g/L para acelerar la fermentación. Se empleó saborizante para alimentos de coco marca Deiman, la cual fue adicionada en las formulaciones “T2” y “T5”, en una proporción de 3 ml/L de suero desproteinizado.

Las bebidas se envasaron en botellas de cristal previamente esterilizadas y fueron rotuladas, marcando la fecha y el tipo de formulación que contenía. Fueron almacenadas en refrigeración a 8 ºC con el fin de alargar la vida de anaquel. Al analizar estadísticamente los resultados obtenidos con la Prueba-T (T-Test) para 2 grupos independientes, la producción de ácido láctico en los dos tratamientos según el índice de significancia estadística indica que existe una diferencia significativa entre los tratamientos siete y ocho ya que el valor p (índice de significancia estadística) tiene un valor de 0.000 que es menor a 0.05 por lo que se concluye que las diferencias entre los tratamientos causaron una diferencia significativa en la producción de ácido láctico.

El descenso del pH en ambos tratamientos fue muy similar (Figura 4), al tener la variable p un valor mayor que 0.05, siendo este 0.131, se determina que no existe una diferencia significativa entre los dos tratamientos.

Los tratamientos siete y ocho, respectivamente no tuvieron diferencia significativa entre sí puesto que el valor p tiene un valor de 0.124 que es mayor a 0.05 lo que nos dice que los diferentes microorganismos empleados en las formulaciones consumieron a la par un promedio del 41% de los azúcares disponibles (Figura 5).

En cuanto a la producción de alcohol, en Tkéfir se obtuvo una concentración de 2.9%, en tanto para TK. marxianus fue de 2.47%, (Figura 6) lo que muestra que sí hubo una diferencia significativa ya que el valor de p que es 0.000 fue menor a 0.05, esto, debido a que los microorganismos presentes en los tratamientos tienen diferentes índices de producción de alcohol etílico.

En el consumo de azúcares reductores hubo una diferencia significativa debido a que la cepa de Kluyveromyces marxianus es especializada en fermentar los azúcares reductores y aun cuando en los gránulos de kéfir existen levaduras capaces de fermentar dichos azúcares la proporción de la cepa de K. marxianus en el tratamiento siete es mucho mayor con respecto a las que se encuentra en los gránulos de kéfir.

Características fisicoquímicas y sensoriales de los tratamientos seleccionados para la elaboración de las bebidas. Al comparar los resultados finales de ambas formulaciones se observó que no hubo una gran diferencia significativa entre las características físicas y químicas (Cuadro 2), dos de las diferencias principales fue una en el consumo de azúcares reductores en el caso de la combinación de cepas de K. marxianus-S. cerevisiae por lo que significa que la bebida formulada con gránulos de kéfir presenta una mayor cantidad de galactosa y lactosa principalmente. La otra diferencia significativa fue en la producción de etanol la formulación que tenía K. marxianus-S. cerevisiae produjo menos alcohol etílico que su contra parte.

Análisis organoléptico

Para el análisis organoléptico se realizó la prueba triangular simple con el objetivo de determinar si los jueces no entrenados determinaban diferencias entre las dos bebidas. La prueba consistió en colocar dos muestras iguales y una diferente. Se realizó el análisis, para ello se formularon cinco preguntas, las cuales se aplicaron a sesenta personas. En el formulario se muestra una indicación principal, que dice textualmente “Marque con una X la clave de la muestra diferente”, el noventaiocho por ciento de los panelistas acertaron dando por entendido que si hubo diferencia en cuanto a sus características organolépticas entre las dos formulaciones.

En la prueba sensorial descrita, se formularon cinco preguntas con la finalidad de conocer el nivel de aceptabilidad que tendría este producto ante los consumidores. En olor, color, sabor, aroma, todos coincidieron que tenía las mejores características la bebida fermentada con kéfir pero que preferían más el de K. m- S. c. debido a que esta formulación presentaba un burbujeo especial que hacía más atractiva a la bebida. El saborizante de sabor coco no resultó del agrado de la mayoría de los panelistas, incluso ellos recomendaron otros sabores (durazno, fresa, jamaica).

Análisis microbiológico

Se realizaron dos pruebas microbiológicas; hongos y levaduras, y de coliformes totales. Aun cuando los resultados obtenidos, arrojan la presencia de levaduras y hongos en las dos formulaciones y de tres unidades formadoras de colonias en el tratamiento número 7. Se puede concluir que ambas formulaciones son aptas para el consumo humano de acuerdo a las normas NOM-111-SSA1 y NOM-114-SSA1.

CONCLUSIONES

Dados los resultados obtenidos en esta investigación, se concluye que el lactosuero residual de la elaboración de quesos, puede ser transformado de una manera viable y económica a través de un proceso de fermentación en una bebida refrescante de bajo grado alcohólico, la cual posee una concentración significante de nutrientes y minerales capaces de ayudar a la nutrición humana, las características químicas, físicas y organolépticas obtenidas son muy semejantes a productos comerciales ya posicionados en el mercado, lo que abre las puertas para el aprovechamiento de este residuo contaminante para la elaboración de bebidas que poseen el potencial de entrar y ganar espacio en los mercados locales.

Las bebidas fermentadas que se desarrollaron presentaron un contenido de etanol en entre 2.5 y 2.9%, proporcionando un grado alcohólico menor que el que contienen las bebidas alcohólicas refrescantes (4.5-6.0%), con un aporte de proteína mayor de 3 g/100 ml y sin grasa. Estas bebidas fueron aceptadas por el panel de evaluadores, por lo que representan un producto refrescante y a la vez nutritivo que podría contribuir a mejorar la dieta de los jóvenes y adultos.

Al usar el residuo de la elaboración de quesos de las pequeñas empresas productoras de queso, se puede facilitar el desarrollo económico de las mismas, ya que dispondrán de materia prima propia para elaborar bebidas de bajo costo de producción que pueden competir en el mercado con las ya existentes, además que el usar el suero residual se evitará que este termine vertido en el drenaje contrarrestando así la contaminación de los mantos acuíferos, propiciando un desarrollo sustentable.

Agradecimientos

Agradecimientos especiales a la Ing. Norma Angélica Pérez Amezcua.

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Notas de autor