36.1 Generalidades de las leches concentradas
La concentración de la leche tuvo sus orígenes después de los trabajos de Nicolás Appert; y en 1856, Gail Borden patentó el procedimiento para fabricar leche concentrada estéril. Casi paralelamente se empezó a desarrollar el proceso de elaboración de leche condensada utilizando concentraciones del 45% de azúcar y así en 1883, se montó la primera planta para la producción de leche condensada en Canadá. Amiot et al. (1991).
Los productos que se encuentran en el grupo de las leches concentradas se encuentran; la leche evaporada, leche condensada y leche en polvo. En el caso de la leche en polvo, en 1887 en Inglaterra se patentó la primera planta para desecación de leche. Sin embargo, solo hasta1950 se tuvo acceso al proceso de instantaneización de la desecación de leche; procedimiento ampliamente difundido en la actualidad y que se tratará con detalle más adelante.
La leche evaporada y condensada se elaboran a partir de leche entera, leche descremada ó leche semidescremada. Las leches concentradas o condensadas son tienen una alta concentración de sólidos, obtenidos por evaporación de la leche normal. Al respecto, en las leches concentradas este porcentaje se duplica o triplica, con porcentajes de sólidos que van del 24 al 36%.
Las primeras etapas de fabricación son similares para los dos productos: estandarización, precalentamiento y concentración por evaporación. En ese sentido, Alais et al. (1985) asiente que la leche es sometida a un severo tratamiento térmico y de concentración que provoca cambios en la estructura de la leche afectando principalmente en los equilibrios salinos y estructura micelar de la caseína. Sin embargo, estos efectos pueden contrarrestarse con un precalentamiento de la leche y adición de sales estabilizantes.
Estos productos lácteos concentrados tienen una gran aceptabilidad y se han posicionado de gran manera en todos los mercados por la facilidad de conservación pues no necesitan refrigeración, el período de vida útil es largo y el manejo es relativamente sencillo.
36.2 Proceso de elaboración de leche evaporada
La leche evaporada es el producto que se obtiene por concentración de la leche por el calor y después esterilizada en recipientes herméticos que generalmente son metálicos aunque también se utilizan bolsas selladas. La leche evaporada varía en su composición especialmente por el contenido de materia grasa y en ese sentido se tienen leche evaporada entera, semidescremada y descremada.
El proceso de elaboración de leche evaporada contempla las siguientes etapas:
1. Recepción de la leche
Recordar en este caso que la leche debe ser recibida en excelentes condiciones de calidad especialmente higiénica pues para este caso, la leche es sometida a un tratamiento térmico severo y la calidad higiénica es determinante en este caso. Dentro de los análisis de calidad que cobran importancia en este caso es la prueba del alcohol; la cual sirve de referencia para verificar la estabilidad de la leche frente al calor. Al respecto, la prueba del alcohol debe dar negativa. En el proceso de elaboración de leche evaporada no puede utilizarse leches ni siquiera débilmente ácidas y para este caso no es permitida la neutralización de la leche.
2. Estandarización
La estandarización en este caso, consiste en estandarizar la relación materia grasa/extracto seco de la leche, con el fin de ajustarla teniendo en cuenta el tipo de leche que se desea obtener. La estandarización de la leche concentrada se tratará detenidamente más adelante en la lección 40 de este capítulo.
3. Precalentamiento
El precalentamiento de la leche tiene por objeto reducir en parte la flora microbiana presente en la leche, estabilizar las proteínas haciendo que la leche evaporada sea más resistente a la esterilización que se lleva a cabo envasada, destruir las lipasas para evitar el enrancia miento y por último, aumentar la eficacia del evaporador permitiendo la entrada de la leche a temperaturas más altas que las del primer efecto. El primer precalentamiento se sucede a temperatura que oscila entre 85 «“ 90 ºC en tanques en donde se mantiene la leche durante 15 a 20 minutos. Después la leche sufre un segundo pre tratamiento en continuo a una temperatura más elevada que alcanza 100 – 120 ºC durante uno a tres minutos ó a 150 ºC durante 25 segundos. Para este proceso se utilizan intercambiadores de calor de placas o tubulares que funcionan a presión.
En esta etapa como también hasta la esterilización de la leche; se puede presentar el fenómeno de coagulación dulce; causada por la gelificación de las proteínas y es sucedida por reacciones enzimáticas de las bacterias proteolíticas que puedan estar presentes en la leche. Este fenómeno se produce cuando hay un almacenamiento prolongado del producto en alguna de las fases de elaboración desde el precalentamiento hasta la esterilización y generalmente hubo deficiencias en el manejo de las sales estabilizantes, un precalentamiento insuficiente.
El aumento de la temperatura en la leche origina una disminución en el contenido de minerales ultra filtrables de calcio y fosfatos; un descenso de pH y aumento en el contenido de fosfato cálcico coloidal. Al respecto, en el precalentamiento se modifica la distribución del calcio y el fosfato que aumentan en su forma coloidal. Sin embargo, estos cambios son reversibles y el calcio y fosfato soluble aumentan lentamente durante la refrigeración aunque, del 10 al 15% de la concentración de calcio y fosfato coloidal producido en el pre calentamiento es irreversible.
4. Concentración por evaporación
El sistema de evaporación consiste en un sistema continuo de múltiples efectos en donde la leche se calienta rápidamente de manera que las transformaciones químicas no son considerables y el producto tampoco alcanza a caramelizarse.
Existen diferentes modelos o tipos de evaporadores con diversas características técnicas; los cuales se diferencian por el diseño y funcionamiento. En cuanto al diseño, pueden ser de circulación, de corriente descendente o de placas. Por el funcionamiento se distinguen los continuos y discontinuos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la mayoría de evaporadores trabajan con recuperación de calor pues los vapores desprendidos son conducidos de nuevo a la instalación y pasan de nuevo al cuerpo del vaporizador una vez que sean condensados ó son utilizados para el calentamiento previo de la leche.
Los evaporadores discontinuos se emplean cuando la cantidad de agua a extraer es poca. En ese sentido, en la evaporación de leche es más utilizado en evaporador continuo. También se tiene que un evaporados puede tener una o más etapas en donde se denomina de doble (dos etapas) o múltiple efecto (más de dos etapas). El más utilizado en la industria láctea es el evaporador continuo que funciona en múltiple efecto. Estos aparatos tienen la ventaja de reducir el tiempo de contacto entre la leche y el líquido calefactor.
En la siguiente figura se observa un evaporador de circulación con múltiple efecto ; en donde, A, B y C son los calentadores. D, E y F los evaporadores y G el condensador.
Figura 104. Esquema de un evaporador de flujo de múltiple efecto
Fuente: evaporación y evaporadores de múltiple efecto. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/3169438/EVAPORACION-Y-EVAPORADORES-DE-MULTIPLE-EFECTO Consultado diciembre 2011.
* Funcionamiento del equipo:
La leche llega a una temperatura aproximada de 10 ºC del pre calentador (etapa 3). En la cual se tienen los pre calentadores; en donde la leche va calentándose por medio de los vapores que retornan de los evaporadores de cada uno de los efectos del aparato y pasa al primer efecto entrando al sistema de tubos calefactores; los cuales, se encuentran rodeados de vapor; en donde se calienta la leche hasta alcanzar la temperatura de ebullición y comienza a evaporarse la leche. En ese momento, las partículas del líquido chocan contra las paredes del recipiente y se precipitan hacia abajo, mientras que el vapor más ligero, escapa hacia arriba. Una porción del líquido acumulado en el fondo del separador, retorna por un tubo de circulación a la parte inferior de los elementos del radiador de la primera etapa pero la porción del líquido que no ha seguido ese camino, pasa al radiador de la segunda etapa en donde se repite el proceso del primer efecto (la leche entra a los tubos calefactores y se calienta). Así, el líquido que no retorna al radiador de la segunda etapa es el producto concentrado de la segunda etapa. Los vapores desprendidos de la segunda etapa, se condensan y son arrastrados a los tubos de la etapa de precalentamiento. En la segunda etapa entonces; nuevamente, las partículas del líquido chocan contra las paredes del recipiente y se precipitan hacia abajo y una porción del líquido que no ha precipitado pasa al radiador de la tercera etapa en donde se repite el proceso hasta que se precipiten las partículas del líquido. Así también los vapores desprendidos de la tercera etapa, se condensan y son arrastrados a la segunda etapa.
Como se observa, en este sistema ciertas porciones del líquido recorren más de una vez las diversas etapas mientras que otras abandonan el sistema después de circular una vez; esto da lugar a una permanencia variable de las partículas del líquido en el vaporizador lo cual es una desventaja para la leche pues su exposición al calor es variable y si no se maneja adecuadamente el sistema puede ocasionar cambios indeseables en la estabilidad de la leche.
Como se mencionó anteriormente, de acuerdo al diseño del evaporador, estos pueden ser de circulación (descripción anterior), de corriente descendiente y de placas. En los vaporizadores de corriente descendente la velocidad de la corriente permite que el producto haga el recorrido en el menor tiempo posible en donde el contacto entre el producto y la superficie calefactora es muy breve y de da entonces, un tratamiento moderado de la leche. Otra situación ventajosa que se tiene en este sistema es que la todas las partículas del liquido tardan el mismo tiempo en recorrer la instalación.
Figura 105. Evaporador de múltiple efecto.
Fuente: Practica de evaporación. http://es.scribd.com/doc/52814429/reporte-alimentos. Consultado diciembre 2011.
Otro sistema utilizado para la concentración por evaporación es el evaporador de placas donde el calentamiento se realizan por medio de las placas en lugar de intercambiadores tubulares, este sistema puede ser de simple o múltiple efectos y tiene la ventaja de ocupar menos espacio que el intercambiador tubular vertical. Una vez que el líquido se concentra pasando por las placas del evaporador; el producto concentrado pasa con los vapores desprendidos a una centrifuga cilíndrica que hace la separación del concentrado y los vapores.
Figura 106: Esquema de un evaporador de placas.
Fuente: GEA. Procesos de ingeniería. Disponible en: http://www.gea-niro.com.mx/lo-que-suministros/evaporadores_de_placas.asp. Consultado diciembre 2011.
Esta etapa del proceso también requiere un estricto control de las temperaturas y tiempos por cuanto por efecto del calor, la lactosa reacciona con las proteínas de la leche dando lugar a ácidos orgánicos como el fórmico y láctico y a productos de condensación responsables del color marrón de los productos lácteos sobre calentados.
En la concentración de la leche por evaporación hay un aumento en la concentración de compuestos solubles y coloidales y por esto también aumenta la viscosidad. En cuanto al pH, este disminuye ligeramente con la concentración como consecuencia de los cambios en la solubilidad de las sales.
5. Homogenización.
Una vez concentrada la leche en el evaporador; esta pasa al homogenizador. Amiot et al. (1992) sostiene que esta operación tiene como objeto conseguir que la emulsión de la grasa se mantenga estable durante el almacenamiento. La homogenización aumenta la viscosidad debido al incremento considerable de superficie que experimentan los glóbulos grasos a los que se fijan partículas de caseína; donde, se agrupan para formar conglomerados. El equipo utilizado para homogenizar es el mismo que se utiliza para el tratamiento de la leche para consumo.
6. Envasado
La leche homogenizada se distribuye en botellas de cuello estrecho o en envases de hojalata. El peso oscila entre 200 «“ 450g. La leche se envasa automáticamente en las máquinas envasadoras que según el tipo de envase lo sellan o sueldan.
7. Esterilización
Después del envasado, la leche evaporada en enviada al autoclave para la esterilización. Recordar en este caso, que la esterilización destruye todas las formas vivas y resistentes de microorganismos especialmente patógenos, esporulados termo resistentes como el Clostridium.
A diferencia del precalentamiento y evaporación; en la esterilización no se observa actividad enzimática pero si origina modificaciones en la composición de las caseínas. Al respecto, las micelas de caseína k se unen con la B-lactoglobulina que se ha desnaturalizado y que se encuentra en forma soluble en el lacto suero.