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BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO, CON PULPA DE MARACUYÁ, Y ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA

ANGELLY PATRICIA MARTÍNEZ RODRÍGUEZ Ingeniera de Alimentos

UNIVERSIDAD DE CORDOBA

FACULTAD DE INGENIERIA

MAESTRIA EN CIENCIAS AGROALIMENTARIAS

BERASTEGUI

2012

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BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO,

CON SABOR A MARACUYÁ Y ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA

ANGELLY PATRICIA MARTÍNEZ RODRÍGUEZ Ingeniera de Alimentos




BERASTEGUI

2012

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BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO,

CON SABOR A MARACUYÁ Y ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA

ANGELLY PATRICIA MARTÍNEZ RODRÍGUEZ

Ingeniera de Alimentos

Directora

CLAUDIA DENISE DE PAULA

Ph. D. Ciencia y Tecnología de Alimentos




BERASTEGUI

2012

iv

El jurado calificador de este trabajo no será responsable de las ideas emitidas por

los autores.

(Artículo 46, acuerdo 006 de mayo 29 de 1979, Consejo Directivo).

v

Nota de aceptación

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________ Firma del jurado

______________________________ Firma del jurado

______________________________ Firma del jurado

vi

DEDICATORIA

A Dios, mis padres, mis hermanitos y mi Padrino, muchas gracias por ayudarme a

cumplir esta meta.

ANGELLY PATRICIA

vii

AGRADECIMIENTOS

Mis más sinceros agradecimientos a:

A la Universidad de Córdoba por permitirme desarrollar mis estudios y por toda la

ayuda brindada.

A la Beca-pasantía “Jóvenes Investigadores e Innovadores de Colciencias”, por

apoyarme durante el desarrollo de esta investigación.

A los jurados evaluadores y el Comité de Maestría en Ciencias Agroalimentarias por su

colaboración, esfuerzo y respaldo.

A mi Directora Claudia Denise de Paula, por su excelente apoyo y asesoría oportuna e

incondicional durante el desarrollo de esta investigación.

Al Ingeniero de Alimentos Herney Lozano, Jefe de Planta de la empresa Proleche

viii

(Cereté), por ser la luz que me permitió salir de la oscuridad en la fase más importante

de esta investigación.

A todos mis compañeros de la Maestría, y mis amigos Mauricio Sierra, Leonardo

Miranda, Katia Cury, Carlos García, Eder González, Yeniret Marín, Ferney Doria, y

Cristian Mangones, por el apoyo brindado en las diferentes etapas de la investigación.

Al profesor Plinio Cantero y todos los estudiantes del programa de Ingeniería de

alimentos por su indispensable participación en este trabajo.

Al profesor Dager Plata y la profesora Agustina Noble, jefes de departamento de los

programas de Informática y medios audiovisuales y Bacteriología por su importante

apoyo y excelente colaboración y a todos los estudiantes del Programa de Informática y

Educación física por su participación en las pruebas realizadas.

A los Auxiliares y todo el personal de laboratorios y Planta Piloto de la Universidad de

Córdoba, por su colaboración, servicio y apoyo.

Al personal del laboratorio de Análisis químico e instrumental, y al personal del edificio

de Laboratorios de Alimentos de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín,

por permitirme desarrollar parte de mi trabajo experimental en sus instalaciones, y por

gran amabilidad, apoyo y asesorías oportunas.

ix

A Yeni Isaza y Gabriel Restrepo, por ser las personas que me brindaron su apoyo y la

esperanza de terminar satisfactoriamente este trabajo de investigación.

x

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCION 1

2. REVISION DE LITERATURA 5

2.1 LACTOSUERO 5

2.1.1 Clasificación y composición 5

2.1.2 Producción mundial y nacional 8

2.1.3 Derivados comerciales 10

2.1.4 Beneficios del lactosuero, sus componentes y aplicación deportiva 12

2.2 BEBIDAS A PARTIR DE LACTOSUERO 13

2.2.1 Tipos de bebidas de lactosuero 14

2.2.2 Aspectos tecnológicos de la producción de bebidas de lactosuero 15

2.2.3 Investigaciones recientes sobre bebidas de lactosuero 18

2.2.4 Reglamentación Colombiana de bebidas 19

2.3 HIDROLISIS DE LA LACTOSA POR VIA ENZIMATICA 19

2.3.1 Fuentes de la enzima β-galactosidasa industrial 19

2.3.2 Proceso de hidrólisis de la lactosa y su aplicación industrial 20

2.4 ALIMENTOS Y COMPONENTES FUNCIONALES 21

2.4.1 L-glutamina 23

2.4.2 Aplicaciones de la L-glutamina en la salud humana 24

2.4.3 Aplicaciones de la L-glutamina en atletas 27

xi

2.4.4 L-glutamina y seguridad de consumo 29

3. OBJETIVOS 31

3.1 OBJETIVO GENERAL 31

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 31

4. MATERIALES Y METODOS 32

4.1 MATERIALES 32

4.2 METODOS 33

4.2.1 Recolección de lactosuero fresco 33

4.2.2 Caracterización fisicoquímica y bromatológica de la materia prima 33

4.2.3 Hidrólisis del lactosuero fresco 34

4.2.4 Elaboración de la bebida deslactosada y fermentada con pulpa de

maracuyá

35

4.2.5 Adición de L-glutamina y evaluación de su comportamiento 36

4.2.6 Diseño experimental y análisis de datos 39

5. RESULTADOS Y DISCUSIONES 41

5.1 CARACTERIZACIÓNFISICOQUÍMICA Y BROMATOLÓGICA

DE LA MATERIA PRIMA

41

5.2 HIDRÓLISIS DEL LACTOSUERO FRESCO 43

5.3 ELABORACION DE LA BEBIDA DESLACTOSADA Y

FERMENTADA CON PULPA DE MARACUYÁ

48

5.4 ADICIÓN DE L-GLUTAMINA Y EVALUACIÓN DE SU

COMPORTAMIENTO

51

6. CONCLUSIONES 60

7. RECOMENDACIONES 62

BIBLIOGRAFÍA 63

xii

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Composición (%) del lactosuero dulce y ácido 5

Tabla 2. Composición nutricional (g/100g) del lactosuero dulce

comercializado en polvo

6

Tabla 3. Alternativas tecnológicas de hidrólisis de lactosa aplicables a producción de bebidas de lactosuero

17

Tabla 4. Fuentes comerciales de β-galactosidasa para hidrólisis en alimentos

20

Tabla 5. Aplicaciones de la hidrólisis de la lactosa 21

Tabla 6. Análisis fisicoquímicos y bromatológicos 34

Tabla 7. Análisis microbiológicos realizados a las bebidas adicionadas

con L-glutamina

37

Tabla 8. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero fresco

41

Tabla 9. Parámetros fisicoquímicos de la pulpa de maracuyá 42

Tabla 10. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero pasteurizado

43

Tabla 11. Cambios del punto crioscópico durante el proceso de hidrólisis 46

Tabla 12. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero hidrolizado

48

Tabla 13. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos de la bebida sin pulpa

49

Tabla 14. Resultados de la prueba sensorial de ordenamiento-preferencia 50

Tabla 15. Análisis de coliformes totales y fecales para las bebidas con 55

xiii

L-glutamina en el tiempo Tabla 16. Análisis de mesófilos aerobios, hongos y levaduras para las

bebidas con L-glutamina en el tiempo 55

Tabla 17. Aceptabilidad de las bebidas con L-glutamina en el tiempo 57

xiv

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Volumen comercializado de quesos en Cundinamarca y

Antioquia

9

Figura 2. Productos obtenidos a partir del lactosuero 11

Figura 3. Evolución de la bebida carbonatada de lactosuero “Rivella” 15

Figura 4. Hidrólisis de lactosa por β-galactosidasa 20

Figura 5. Comportamiento del pH del lactosuero durante la hidrólisis 44

Figura 6. Comportamiento de la acidez del lactosuero durante la hidrólisis

45

Figura 7. Variación del punto crioscópico para el tratamiento 3 en el período de 16 horas

47

Figura 8. Resultados de pH y % de acidez de las bebidas con L-glutamina en el tiempo

51

Figura 9. Resultados de sólidos totales y sólidos solubles de las bebidas con L-glutamina en el tiempo

53

Figura 10. Resultados de proteína de las bebidas con L-glutamina en el tiempo

54

Figura 11. Seguimiento de la L-glutamina en el tiempo de almacenamiento

58

xv

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Formulario de consignación: Análisis fisicoquímicos,

microbiológicos y determinación de L- glutamina

76

Anexo B. Proceso para la hidrólisis del lactosuero fresco 77

Anexo C. Proceso para la elaboración de la bebida deslactosada y

fermentada, adicionada con L-glutamina

78

Anexo D. Formato empleado en la evaluación sensorial: Prueba de

ordenamiento preferencia

79

Anexo E. Formato empleado en la evaluación sensorial: Prueba de

aceptación

80

Anexo F. Patrón puro y curva de calibración de la L-glutamina 81

Anexo G. Balances de ingredientes y formulaciones de las bebidas

enriquecidas con L-glutamina

88

Anexo H. Resultados cromatográficos de las bebidas enriquecidas con L-

glutamina

91

xvi

RESUMEN

El lactosuero obtenido de la elaboración de queso fresco contiene proteínas de alto valor

biológico, sin embargo no es aprovechado en Colombia. El consumo del lactosuero

deslactosado podría contribuir a la disminución de la desnutrición infantil y fortalecer el

sistema inmunológico por el enriquecimiento con L- glutamina. El objetivo de esta

investigación fue obtener una bebida deslactosada y fermentada a partir de lactosuero

con pulpa de maracuyá, enriquecida con L-glutamina. Esta investigación fue de tipo

experimental y utilizó lactosuero de queso costeño proveniente del Municipio del

Sabanal (Córdoba), enzima Maxilact, cultivo termófilo DANISCO MY800, pulpa

comercial de maracuyá y estabilizantes. El lactosuero fue recolectado y refrigerado a 4

°C por 10 h, determinando su composición fisicoquímica y bromatológica al igual que la

pulpa, los cuales cumplieron con los parámetros establecidos por la Resolución

2310/1986 (Derivados lácteos) y la NTC 5468 (pulpas) . El lactosuero fue filtrado,

pasteurizado (70 °C/30 min), enfriado a 6 °C y estabilizado con tripolifosfato de sodio

(0.04 %). La hidrólisis se realizó con agitación intermitente durante 10 horas con

diferentes concentraciones de enzima: 4.4 mL/L (T1), 2.8 mL/L (T2), 1.2 mL/L (T3)

comparado con un control (sin enzima), realizando un seguimiento del pH y la acidez,

del cual la acidez no presentó significancia (p>0.05). A los tratamientos se les determinó

el porcentaje de variación del punto crioscópico, encontrándose que no existen

diferencias estadísticas (p>0.05) por lo que se seleccionó el tratamiento más económico

(T3), al cual fue realizado un seguimiento durante 16 h determinando el porcentaje

xvii

máximo de variación del punto crioscópico del 93.1% durante las 10 h de hidrólisis. La

bebida fue elaborada con una concentración final de 14 °Brix, con adición de pulpa de

maracuyá que aportó diferentes concentraciones de sólidos solubles (3.9%, 5.7%, 7.5%,

9.1% y 10.7%), evaluadas por 59 catadores no entrenados, empleando una prueba de

ordenamiento-preferencia, donde la bebida con 10% de pulpa fue la más preferida. Esta

bebida fue enriquecida con 1 g/L y 2 g/L de L-glutamina y almacenada durante 21 días a

4 °C, observando su comportamiento fisicoquímico, microbiológico, bromatológico,

sensorial, y se cuantificó el aminoácido adicionado por cromatografía líquida de alta

resolución (HPLC en inglés). Se presentaron diferencias significativas (p<0.05) sobre el

pH y la acidez, mientras que no existió significancia (p>0.05) entre los sólidos totales,

sólidos solubles y la proteína, al evaluar diferentes niveles de L-glutamina. Ambas

bebidas mantuvieron constante el valor de la grasa (0.2 %), cumpliendo con los

parámetros NTC 805/2005, la Resolución 2310/1986, y los parámetros microbiológicos

(coliformes totales, fecales, hongos y mesófilos) hasta el día 14. En la prueba sensorial

se determinó que ambas bebidas aumentaron ligeramente su aceptación con el tiempo de

almacenamiento, presentando el mismo término hedónico “Me gusta mucho” sin

presentar diferencias significativas (p>0.05) por adición de L-glutamina. La L-glutamina

fue identificada y cuantificada con valores superiores a los adicionados en las bebidas

durante todo el tiempo de almacenamiento, pudiendo ser declaradas como bebidas

enriquecidas con L-glutamina cumpliendo con la Resolución 333/2011. Finalmente,

ambas bebidas mantuvieron un tiempo de conservación de 14 días cumpliendo los

atributos de calidad estipulados en la normativa.

Palabras claves: Lactosuero, bebida, glutamina, maracuyá, alimento funcional.

xviii

ABSTRACT

The whey obtained from cheese making, contains proteins of high biological value but is

not used in Colombia. Whey hydrolyzed could help to reduce child malnutrition,

increase availability and enhance the immune system for the enrichment of L-glutamine.

The objective of this research was to obtain a fermented and hydrolyzed beverage from

whey with passion fruit pulp, enriched with L-glutamine. This research was

experimental and used coastal cheese whey from the Sabanal (Córdoba), enzyme

Maxilact, DANISCO thermophilus MY800 culture, commercial passion fruit pulp and

stabilizers. The whey was collected and refrigerated at 4 °C for 10 h, determined the

physicochemical and qualitative composition as pulp, which met the parameters set by

resolution 2310/1986 (Dairy) and NTC 5486 (pulps). The whey was filtered, pasteurized

(70 ° C/30 min), cooled to 6 °C and stabilized with sodium tripolyphosphate (0.04%).

The hydrolysis was performed with intermittent agitation for 10 hours with different

concentrations of enzyme: 4.4 mL/L (T1), 2.8 mL/L (T2), 1.2 mL/L (T3) and control (no

enzyme), they were monitored the pH and acidity, of which only the acidity did not

show significance (p <0.05). For the treatments were determined the percentage change

of the freezing point, and found no differences (p<0.05), it was selected the cheapest

treatment (T3), which was monitored for 16 h and it was determined a maximum

variation of the cryoscopic point of 93.1% during 10 h of hydrolysis. The beverage was

made with a final concentration of 14 °Brix, with the addition of passion fruit pulp that

provided different concentrations of soluble solid (3.9%, 5.7%, 7.5%, 9.1% and 10.7%).

xix

The beverages were evaluated by 59 untrained tasters, using a ranking-preference test,

where the beverage with 10% of pulp was the most preferred. This beverage was

enriched with 1 g/L and 2 g/L of L-glutamine and stored for 21 days at 4 ° C. In storage,

we evaluated its physical and chemical behavior, microbiology, bromatological, sensory,

and this amino acid was quantified by high resolution liquid chromatography (HPLC).

They were significant differences (p <0.05) on the pH, acidity, while there was no

significance between the total solids, soluble solids and protein, when was evaluated of

different levels of L-glutamine. In Both beverages were kept fat constant (0.2%), met the

NTC parameters 805/2005, Resolution 2310/1986, and microbiological parameters (total

and fecal coliforms, fungi and mesophilic) to day 14. In the sensory test beverages was

determined that both slightly increased their acceptance with storage time, presenting the

same term hedonic "I like a lot" without presenting significant differences (p> 0.05) by

addition of L-glutamine. The L-glutamine was identified and quantified with values

higher than initials values added in the beverages during all the storage time, they may

be declared as beverages enriched with L-glutamine meet the resolution 333/2011.

Finally, both drinks were maintained as a product of good quality with duration of 14

days.

Keywords: Whey, beverage, glutamine, passion fruit, functional food.

1

1. INTRODUCCION

El lactosuero es un subproducto de la fabricación de queso fresco, y se caracteriza

porque contiene proteínas y fracciones proteicas de alto valor biológico como la β-

lactoglobulina (6-8 g/L), la α- lactoalbúmina (1-2 g/L), péptidos, albúmina sérica (0.4

g/L), inmunoglobulinas, lactoferrina, lactoperoxidasa y glicomacropéptidos, alta

cantidad de lactosa (44-52 g/L), minerales (4.3-9.5 g/L) y vitaminas (Londoño et al.,

2008; Haraguchi et al., 2006). Para el año 2010, Colombia registró en los departamentos

de Antioquia y Cundinamarca un total de 10 millones de kg de queso comercializado,

donde se obtuvieron aproximadamente 90.000.000 L de lactosuero (Agronet, 2011).

En Colombia el lactosuero producido no es aprovechado en su totalidad, sino que se

utiliza para engorde de animales o sencillamente es vertido a corrientes de agua debido

al desconocimiento de otras formas de aprovechamiento del mismo. El aprovechamiento

del lactosuero es de gran importancia ya que debido a su alto valor nutritivo y

energético, es consumido por bacterias y otros microorganismos que utilizan el oxígeno

del agua, siendo la demanda biológica del lactosuero de 40.000 a 50.000 de mg O2/L

(Londoño et al., 2008).

2

A pesar de la existencia de recursos tan ricos en minerales y aminoácidos como el

lactosuero, en Colombia los datos de desnutrición en niños y niñas menores de 5 años de

edad son graves, ya que el 3.4% presentan desnutrición global (peso - edad) y el 9.0%

desnutrición crónica (talla - edad). Para los niños, niñas y jóvenes entre los 5 y 17 años

de edad, se ha registrado un retraso en talla y delgadez del 2.1%, donde uno de cada 10

niños adolescentes presenta un retraso significativo del crecimiento. El estado

nutricional en niños de 6 a 59 meses es aún más crítico, ya que uno de 4 niños presenta

anemia (27,5%), mientras que en los adolescentes de 13 a 17 años, solo el 11% de ellos

la presenta. En Colombia, se ha registrado que el 39% de los habitantes entre 5 a 64

años, no consumen productos lácteos diariamente y el 14,8% no consume carnes o

huevos diariamente, pero el 22,1% consume gaseosas o refrescos diariamente (ENSIN,

2010). Por lo anterior, el aprovechamiento del lactosuero como bebida refrescante sería

una buena alternativa para contribuir en la disminución de las falencias nutricionales en

Colombia, gracias a las proteínas, aminoácidos esenciales y otros componentes con

actividad anticancerígena (proteína concentrada de suero, α-albúmina y lactoferrina),

que beneficiaría a todos los consumidores principalmente a los más vulnerables como

ancianos (Parodi, 2001; USDA, 2011). Por esta razón, es conveniente su

aprovechamiento, ya que se evitaría la contaminación ambiental y se disminuiría el

desperdicio de las industrias queseras, debido a que el lactosuero representa 83% del

volumen total de la leche tratada. Este volumen representa valores altos de producción e

incrementa los ingresos de los productores de queso, como también la posibilidad de

brindar valor agregado a este subproducto, para que pueda ser comercializado en forma

de bebidas refrescantes tipo jugo adicionado con un componente funcional como es la L-

3

glutamina que ayuda al sostenimiento del sistema inmunológico (Inda, 2003).

En Suiza, se elabora una bebida refrescante carbonatada “Rivella” elaborada a partir de

lactosuero desproteinizado desde 1952, que es comercializada en Canadá, Francia y

otros países. Está bebida se encuentra en diferentes presentaciones y sabores: Rivella

Green, Rivella blue, Rivella red y Rivella yellow (Rivella, 2011).

En Colombia, el lactosuero es desaprovechado, mientras que en EE UU es utilizada

como materia prima principal para la elaboración de productos como Nitrotech

conformado principalmente por la proteína del lactosuero procesada con tecnología de

hiperdispersión nanomolecular, que permite una absorción de aminoácidos de una forma

casi instantánea en el músculo, con aumento rápido de la masa y fuerza muscular,

gracias al diminuto tamaño de las partículas (2 µn). Ambos productos son utilizados por

los fisicoculturistas como Jay Cutler (Ms Olympia 2006) y su consumo se ha

incrementado en los últimos años (Jackson y Stoppani, 2007). En Colombia, se obtuvo

una bebida fermentada con adición de pulpa de maracuyá a partir del lactosuero (Flórez

y Peña, 2001), además, se empleó la biotransformación del lactosuero con un conjunto

de microorganismos del kéfir para obtener una bebida refrescante de tipo lácteo (Lara y

Caselles, 2003), y una bebida fermentada de suero de queso fresco inoculada con

Lactobacillus casei (Londoño et al., 2008).

El desarrollo de una bebida a base de lactosuero adicionada con L-glutamina,

incrementaría su valor nutritivo, el consumo de este tipo de bebida podría contribuir a

disminuir la población desnutrida en Colombia y posibilitaría su desarrollo

agroindustrial aumentando la disponibilidad de alimentos de alto valor biológico a la

4

población de escasos recursos puesto que estas bebidas se caracterizan por ser

económicas (Londoño et al., 2008). Como el lactosuero contiene grandes cantidades de

lactosa, el proceso de hidrólisis generará un impacto positivo al facilitar su consumo por

la población intolerante a la lactosa, que está conformada por el 25% de los americanos

caucásicos (Samartín, 2003). Sumándose a lo anterior, se destacan sus propiedades

funcionales aportadas por sus proteínas, que refuerzan directamente aspectos

importantes de la función inmune (proteger contra la enfermedad y la infección), y

además proporciona una fuente de calcio biodisponible que ayuda a mantener la salud

ósea (Cribb, 2004; Guéguen y Pointillart, 2000; Cribb, 2005).

La importancia del aprovechamiento del lactosuero es la obtención de productos

rentables y de alto valor nutritivo que podría contribuir a la disminución de la población

desnutrida en Colombia, beneficiando principalmente a los productores de queso

costeño. Por este motivo, el objetivo principal de esta investigación fue desarrollar una

bebida deslactosada y fermentada a partir de lactosuero, con pulpa de maracuyá y

enriquecida con L-glutamina.

5

2. REVISION DE LITERATURA

2.1 LACTOSUERO

El lactosuero es la parte líquida que queda después de separar la cuajada al elaborar

queso; también se define como el producto resultante de la coagulación de la leche en la

fabricación del queso tras la separación de la mayor parte de la caseína y la grasa

(Ministerio de Salud, 1986).

2.1.1 Clasificación y composición. El lactosuero puede clasificarse en suero dulce o

suero ácido, según la leche utilizada, el tipo de queso a fabricar y el sistema de

coagulación (Inda, 2003). La composición del lactosuero teniendo en cuenta ésta

clasificación, se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1. Composición (%) del lactosuero dulce y ácido COMPONENTE SUERO DULCE SUERO ÁCIDO

Humedad 93-94 94-95 Grasa 0,2-0,7 0,04 Proteínas 0,8-1,0 0,8-1,0 Lactosa 4,5-5,0 4,5-5,0 Sales Minerales 0,05 0,4

Fuente: Inda, 2003.

6

En la Tabla 2, se muestra la composición nutricional del lactosuero dulce comercializado

en polvo.

Tabla 2. Composición nutricional (g/100g) del lactosuero dulce comercializado en polvo

AMINOÁCIDO SUERO DULCE EN POLVO Triptófano 0.205 Treonina 0.817 Isoleucina 0.719 Leucina 1.186 Lisina 1.030 Metonina 0,241 Cistina 0.253 Fenilalanina 0.407 Tirosina 0.363 Valina 0.697 Arginina 0.375 Histidina 0.237 Alanina 0.598 Acido aspártico 1.269 Ácido glutámico 2.248 Glicina 0.280 Prolina 0.786 Serina 0.622

Fuente: USDA, 2011.

El lactosuero dulce comercializado en polvo en Estados Unidos, presenta una

composición alta de ácido glutámico que es el compuesto homónimo de la L-glutamina,

ya que al sustituirse el -OH del ácido carboxílico terminal del ácido glutámico por un

grupo amino (NH2) se forma la L-glutamina.

(USDA, 2011; Tapiero et al., 2002).

7

Aunque tiene un contenido proteico bajo, la proteína de suero posee un alto valor

biológico, contiene la mayor cantidad de aminoácidos esenciales (400 mg/g) siendo

superior al huevo, y posee 32 mg/g de aminoácidos azufrados con un valor superior al de

la carne y la caseína comparados nutricionalmente (Londoño et al., 2008; Smithers,

2008). Estas proteínas tienen usos múltiples y son una excelente opción para las

personas que valoran el papel de una dieta saludable para ayudar a mantener y mejorar la

salud (Zemel, 2003). Además de las proteínas, el lactosuero presenta una cantidad rica

de minerales donde sobresale el potasio, seguido de calcio, fósforo, sodio, magnesio,

zinc, cobre y hierro. Cuenta también con vitaminas del grupo B (tiamina [0.5 mg/100g],

ácido pantoténico [5.6 mg/100g], riboflavina [2.2 mg/100g], piridoxina [2.4 mg/100g])

y ácido ascórbico (Londoño et al., 2008).

Cabe aclarar que el 73% de los sólidos del suero es la lactosa, por lo tanto la cantidad de

suero que pueden consumir personas con intolerancia a la lactosa es limitado, porque

carecen de la habilidad para hidrolizar el azúcar (Endara, 2002; Rodríguez et al., 2008).

El lactosuero debido a su composición y altísimos volúmenes de producción, es

fundamentalmente el gran responsable del grado de contaminación de los efluentes

lácteos. Para apreciar el grado de contaminación únicamente no se tiene en cuenta la

composición química cuantitativa, sino la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) que

se expresa en miligramos de oxígenos exigidos para la destrucción, por oxidación

microbiana de las materias orgánicas. En lo que se refiere a la capacidad de depuración

de un sistema, se considera habitualmente la DBO5, es decir la demanda de oxígeno al

8

cabo de 5 días. El problema radica en que el sector lácteo es uno de los sectores

industriales más representativos de muchos países, al igual que otros alimentos de origen

animal como la carne y los huevos. La carne proviene, principalmente, de ganado

bovino, ya sea bajo sistemas especializados o de doble propósito (Chagas, 2008).

2.1.2 Producción mundial y nacional. A nivel mundial la producción de leche fresca

alcanzó los 697,8 T métricas en el año 2010, donde Asia es considerado como el mayor

productor (252,3 T métricas aportados principalmente por India, China y Pakistán),

seguidos por la Unión Europea (151,6 T métricas) y los Estados Unidos (78,7 T

métricas); considerando la India (112,6 T métricas) como el principal país productor de

leche a nivel mundial en el año 2010 (FAO, 2011). En el mercado de Europa y Estados

Unidos hace ya varios años comenzaron a aparecer una variedad de productos a base de

lactosuero, como suero en polvo, proteína de suero concentrada, proteína de suero

aislada, bebidas, medicamentos, entre otros, que aprovechan las bondades nutricionales

de este efluente y solucionan en gran parte los problemas ambientales que provoca. Para

el año 2008, Estados Unidos exportó a todo el mundo 201.281 T métricas de suero dulce

y 120.996 T de proteína de suero concentrado en polvo, mientras que en el 2009,

exportó 206.448 T de suero dulce en polvo en el mundo (USDA, 2010).

En los países de América Latina, la producción de leche no es muy alta a excepción de

Brasil, quien a nivel mundial se ubicó en el puesto número 5 en la producción de leche

fresca entera (30.007.800 T métricas), mientras que Argentina solo se ubicó en el puesto

número 17 (10.366.300 T métricas) para el año 2009 (FAOSTAT, 2009). El lactosuero

9

en América Latina es aprovechable en mínimas cantidades para alimento de animales,

como cerdos y bovinos, y la mayor parte es desechada a los ríos y lagunas, provocando

un incremento en los niveles de contaminación de las zonas aledañas a las plantas

queseras (Londoño et al., 2008). Particularmente, Colombia en el año 2009 se ubicó en

el puesto número 21 en producción de leche fresca a nivel mundial con una participación

de 7.426.304 T métricas de leche (FAOSTAT, 2009). Actualmente, la producción

lechera en Colombia es la actividad más importante en el sector agropecuario después de

la producción de carne, y según la encuesta nacional agropecuaria realizada en el año

2009, la producción de leche en Colombia fue de 15.7 millones de litros del cual el 41%

es destinado al sector industrial (ENA, 2009).

Durante los últimos 3 años, los departamentos de Cundinamarca y Antioquia obtuvieron

los mayores volúmenes de producción y comercialización de queso campesino, queso

doble crema en plantas de proceso (Agronet, 2011). El total de los volúmenes

comercializados para los diferentes tipos de quesos en estos departamentos se muestra

en la Figura 1.

Figura 1. Volumen comercializado de quesos en Cundinamarca y Antioquia

Fuente: Agronet, 2011.

10

Los quesos, constituyen hoy por hoy el principal destino de la leche en la mayoría de los

países y los departamentos de mayor producción de leche en Colombia. Esta expansión

de la industria quesera produce grandes volúmenes de suero lácteo o lactosuero, único

subproducto remanente de la elaboración. Pero, el lactosuero representa un producto

residual que genera grandes problemas ambientales. Por cada kg de queso producido se

desechan aproximadamente nueve litros de suero, según la Figura 1 en Cundinamarca y

Antioquia se produjeron aproximadamente 90.000.000 L de lactosuero en el 2010,

donde el 45% es arrojado en ríos y centros de aguas residuales. Se ha calculado que una

industria quesera pequeña, produce una contaminación comparable a la de 36.000

personas (Agronet, 2011; Parra, 2009).

El porcentaje restante es tratado y transformado en varios productos alimenticios, del

cual cerca del 45% es usado directamente en forma líquida, 30% en polvo, 15% como

lactosa y subproductos, y el resto como concentrados de proteína de lactosuero (Panesar

et al., 2007; Parra, 2009). Sin embargo, este efluente desaprovechado constituye una

importante fuente nutricional, ya que incluye en su composición un completo perfil de

minerales, proteínas de alto valor biológico y representa una importante fuente de

hidratos de carbono para la población (Ronda, 2000; Agronet, 2011).

2.1.3 Derivados comerciales. Existen diferentes productos obtenidos a partir del

lactosuero. En la Figura 2, se encuentran esquematizados, los diferentes procesos que

dan lugar a éstos productos (Cuartas, 2005).

11

Figura 2. Productos obtenidos a partir del lactosuero. Fuente: Cuartas, 2005.

Otros productos del suero como suero desmineralizado, proteína de suero concentrada,

proteína de suero aislada, suero reducido en lactosa y concentrado en minerales,

emplean evaporación, secado, centrifugación, cristalización, cromatografía, intercambio

de iones, electrodiálisis, procesos de membranas y absorción con carbón activado para

remover el color (Smith, 2008).

Actualmente, se están estudiando las variaciones únicas en cromatografía a través de

intercambio iónico, de afinidad de membranas, la adsorción bioselectiva, y un proceso

llamado extracción micelar inversa para separar y purificar las proteínas específicas del

suero. En la Universidad de Wisconsin, Madison, se han logrado separaciones de las

12

proteínas del suero usando la cromatografía de membrana como la lactoferrina y la beta-

lactoglobulina. En la Universidad de California, Davis, se ha desarrollado la técnica de

extracción micelar inversa, la cual ofrecen la posibilidad de extracción continua de

proteínas específicas de una mezcla acuosa, logrando al mismo tiempo la concentración

y purificación de proteínas específicas en una manera eficiente (Smith, 2008).

2.1.4 Beneficios del lactosuero, sus componentes y aplicación deportiva. El

lactosuero posee varios compuestos bioactivos que ofrecen una gran potencial para

extender los beneficios de salud a personas activas más allá de la composición de

cuerpo. Entre los componentes importantes tenemos: beta-lactoglobulina, alfa-

lactoalbúmina, inmunoglobulinas, lactoferrina, lactoperoxidasa, proteasa-peptona,

glicomacropéptido, péptidos y minerales. Otro componente muy utilizado por atletas en

entrenamiento intensivo son las inmunoglobulinas, que ayudan a sostener el sistema

inmunológico y evitar el efecto inmunosupresor que presentan debido al agotador

entrenamiento y disminución de las defensas (Ha y Zemel, 2003).

Dentro de los componentes benéficos del lactosuero, también se encuentran las proteínas

del suero, las cuales son una fuente de aminoácidos esenciales, una fuente de proteínas

para la defensa contra infecciones microbianas y una fuente de factores de crecimiento y

moduladores de las propiedades biológicas (Harper, 2008). También se ha demostrado,

que la proteína de suero en dosis bajas (2-4 %) aumenta la saciedad en humanos en

comparación con los carbohidratos, incrementa la energía (348 kJ) y reduce la ingesta de

alimentos de forma espontánea, mientras que la presencia del ion calcio aumenta la

13

excreción fecal de grasa en un 5,2 g/día; por esta razón es ampliamente utilizada en

programas para pérdida de peso en atletas (Astrup et al., 2010; Poppitt et al.,2011;

Chung et al.¸2009). En el área deportiva, estas proteínas son de alto consumo ya que

permiten el aumento de la masa, fuerza muscular y el mantenimiento del sistema

inmunológico, gracias a los BCAA (aminoácidos de cadena ramificada) y aminoácidos

como la arginina. Los BCAA son indispensables ya que son metabolizados en el

músculo causando directamente un aumento de la fuerza muscular, mientras que la

arginina es la encargada de la producción de la “GH” (hormona de crecimiento) y el

“NO” (óxido nítrico). La “GH” aumenta el diámetro de las fibras musculares y el “NO”

produce la vasodilatación que permite el transporte adecuado de los aminoácidos a los

músculos (Jackson y Stoppani, 2007; Wataru et al., 2006).

La proteína de suero es tan importante que se han incorporado en bebidas deportivas y

barras de chocolate especiales para deportistas, por el alto contenido de aminoácidos de

cadena ramificada (BCCA) que son los únicos capaces de proporcionar una fuente

rápida de energía durante el ejercicio de resistencia, en donde la síntesis de toda la

proteína corporal se reduce logrando disminuir la fatiga durante el ejercicio aeróbico

prolongado (Gonca, 2008).

2.2 BEBIDAS A PARTIR DE LACTOSUERO

Las bebidas de lactosuero son un producto tradicional potable basado en el lactosuero

líquido como el principal o por lo menos como un componente importante, y

14

generalmente es usado el lactosuero como materia prima ideal para la elaboración de

bebidas lácteas nutricionales (Jelen, 2009; Jelen y Tossavainen, 2003).

2.2.1 Tipos de bebidas de lactosuero. Existen varios tipos de bebidas desarrolladas a

base de lactosuero, sin embargo los cuatro tipos básicos de bebidas a base de lactosuero

son los siguientes:

a) Bebidas de lactosuero tipo jugos de frutas: Son las más comunes y utilizan

lactosuero desproteinizado (sin proteínas) o el permeado de lactosuero

ultrafiltrado (UF) con mezcla de jugos de frutas, encontradas en los mercados

locales de hoy en día. Los ingredientes básicos son lactosuero líquido y jugos de

frutas líquidos o concentrados. Los sabores empleados son naranja, limón,

mango, maracuyá, y combinación de frutas exóticas. El lactosuero ácido es

utilizado para elaboración de bebidas isotónicas para deportistas con sabores

ácidos, enriquecidas con vitaminas y minerales (Jelen, 2009).

b) Bebidas tipo lácteo: Se utiliza el lactosuero, o componentes del lactosuero como

un ingrediente en una bebida tipo yogurt. Puede desarrollarse en dos formas:

leche no fermentadas y en productos fermentados. Las únicas diferencias son las

características del producto final (pH neutro o ácido) (Jelen, 2009).

c) Bebidas tipo carbonatadas refrescantes: Se caracterizan por utilizar lactosuero

altamente clarificado, desproteinizado y carbonatado. El producto más

representativo en el mercado mundial (Suiza, Alemania, Finlandia, Austria y

15

Noruega) es la bebida suiza “Rivella” consumida en Canadá y Holanda desde

1952. Es una bebida de lactosuero pasteurizada, carbonatada con diversos

sabores “Rivella Red” estimulante con extractos de hierbas, “Rivella blue” baja

en calorías, “Rivella Green” con extractos de té verde y “Rivella yellow” sin

edulcorantes artificiales, refrescante y sabor delicado a base de vegetales como

la soya (Parra, 2009; Rivella, 2011). En la Figura 3 se observan estos productos y

su evolución en el tiempo.

Figura 3. Evolución de bebida carbonatada de lactosuero “Rivella” Fuente: Rivella, 2011.

d) Bebidas basadas en lactosuero y otros componentes: Estas bebidas se

desarrollan para deportistas durante el periodo de gran ansiedad previa a las

competencias, ya que abarca las bebidas nutricionales basadas en la proteína del

lactosuero debido a su fácil digestión. Estas bebidas emplean componentes del

lactosuero como PSC (Proteína de suero concentrada), APS (aislado de proteína

de suero) y lactosuero hidrolizado para elaboración de bebidas deportivas e

isotónicas y con multi-minerales (Jelen, 2009; Harper, 2008).

2.2.2 Aspectos tecnológicos de la producción de bebidas de lactosuero. Además de

operaciones como la filtración para remover residuos de grasa y caseína, la preparación,

2011

16

pasteurización, enfriamiento y almacenamiento, existen 5 etapas especializadas para la

elaboración de productos a base de lactosuero, las cuales son:

a) Procesos de membrana para remover o concentrar la proteína del lactosuero: Se

emplean operaciones como microfiltración (MF) para separar las caseínas. La

ultrafiltración (UF) para retirar las proteínas del lactosuero y obtener un lactosuero

desproteinizado empleado para elaboración de bebidas carbonatadas (Jelen, 2009).

b) Desmineralización parcial o total: La desmineralización se realiza por

nanofiltración, ya que los minerales son cerca del 10% del total de los sólidos del

lactosuero. Cuando se requiere una desmineralización más completa como en el caso

la manufactura de PCS, APS y especialmente la producción de fórmulas infantiles, se

debe realizar el procesamiento del suero por electrodiálisis o por intercambio iónico

para garantizar una desmineralización al 90% (Berrocal y Chaveron, 2005)

c) Fermentación: El lactosuero UF contiene lactosa como componente principal y su

fermentación no presenta ningún tipo de inconvenientes, pero se ha demostrado que

en fermentaciones con microorganismos tipo Lactobacilli, el lactosuero UF es un

medio nutricionalmente incompleto lo cual ocasiona que el crecimiento de este

microorganismo sea más lento comparado con el mismo medio enriquecido

(Vasiljevic y Jelen, 2001). Un beneficio adicional de la fermentación es la obtención

de péptidos bioactivos cuando se emplean cepas adecuadas de LAB (Lactobacillus)

en procesos fermentativos (Korhonene y Philanto, 2006)

17

d) Hidrolisis de lactosa: Se realiza por razones relacionadas con la nutrición

(intolerancia a la lactosa), conveniencia sensorial (incremento del dulzor) y por

tecnología (para facilitar crecimiento de microorganismos no fermentadores de

lactosa como la Saccharomyces cerevisiae). En la Tabla 3, se muestran algunas

alternativas para la hidrólisis de lactosuero a nivel industrial (Gänzle et al., 2008).

Tabla 3. Alternativas tecnológicas de hidrolisis de lactosa aplicables a producción

de bebidas de lactosuero. PROCESO CARACTERISTICAS

Hidrolisis catalizada con ácido Solución acuosa de lactosa calentada a pH< 1.5 Adición directa de ácido Temperatura alrededor de 90 °C Intercambio iónico Temperatura alrededor de 150 °C Tecnología de enzima inmovilizada Reactor con lactasa inmovilizada en columna o

membrana. Enzima soluble (libre) Preparación de enzima purificada adicionada al

producto, de un solo uso no reutilizable. Reactores de membrana con enzima

soluble (libre) Enzima libre que permanece en el reactor por

continua separación por UF. Extracto crudo celular Homogeneizado de lactasa producido por cultivos

microbianos como la fuente de enzima. Fuente: Gänzle et al., 2008.

La lactosa hidrolizada en bebidas de lactosuero puede ser ventajosa para la reducción de

un alto contenido calórico de estos productos, especialmente en bebidas tipo jugos de

frutas, donde el lactosuero excede el 80% del total del volumen, además de incrementar

el dulzor alrededor de 4 veces, comparado con la lactosa sin hidrolizar (Repelius, 2001).

e) Parcial eliminación de lactosa por procesos cromatográficos: Esta remoción se

realiza especialmente en lactosuero para la elaboración de bebidas tipo lácteo

saborizadas o producidas a partir de PCS líquida o adicionando lactosuero dulce a la

leche antes de la remoción cromatográfica de la lactosa. La remoción de la lactosa

18

del lactosuero destinado a la producción de bebidas a base de lactosuero pre-

concentrado se realiza con el fin de evitar la cristalización (Jelen y Tossavainen,

2003).

2.2.3 Investigaciones recientes sobre bebidas de lactosuero. Países diferentes a Suiza

han realizado diversas investigaciones con el fin de aprovechar el lactosuero de sus

industrias. Honduras, ha realizado investigaciones por parte de la Universidad de

Zamorano, en el cual se elaboró una bebida a partir de suero de queso y leche

descremada con sabor a mango (Endara, 2002). En México, el Departamento de

Graduados e Investigación en Alimentos desarrolló una bebida de lactosuero usando una

fermentación con el hongo del té (Belloso y Hernández, 2003).

En Colombia, también se ha intentado aprovechar el lactosuero, un ejemplo de ello son

las investigaciones desarrolladas por las Universidades de Córdoba y Libre de

Barranquilla, en la cual se obtuvo una bebida fermentada con adición de pulpa de

maracuyá (Flórez y Peña, 2001) y una bebida refrescante tipo lácteo por

biotransformación del lactosuero con un microorganismo del kéfir (Lara y Caselles,

2003).

Todas las investigaciones buscan aumentar los beneficios provenientes del lactosuero,

por ello se han incursionado probióticos como en el caso de la investigación desarrollada

en la Universidad Nacional de Medellín, donde se obtuvo una bebida fermentada de

suero de queso fresco inoculada con Lactobacillus casei (Londoño et al., 2008).

19

2.2.4 Reglamentación Colombiana de bebidas. En Colombia no existe una

reglamentación para las bebidas desarrolladas a partir de lactosuero hidrolizado. Sin

embargo el Ministerio de Salud exige que todas las bebidas lácteas fermentadas cumplan

con las normas NTC 805/2005 y la Resolución 2310/1986 del Ministerio de Salud para

derivados lácteos. Si la bebida contiene pulpa de frutas, ésta debe cumplir con la

Resolución 7992/1991 del Ministerio de Salud de Colombia.

2.3 HIDRÓLISIS DE LA LACTOSA POR VIA ENZIMATICA

La hidrólisis de la lactosa por vía enzimática se realiza empleando de la enzima β-

galactosidasa (lactasa). Este proceso también es conocido como “deslactosado” y se

aplica a la leche y derivados lácteos como el lactosuero, con el objetivo de disminuir el

contenido de lactosa, cuyo principal fin es facilitar su consumo a personas que presentan

intolerancia a la lactosa (Demirhan y Ozbek, 2007).

2.3.1 Fuentes de la enzima β-galactosidasa industrial. La enzima β-galactosidasa

(lactasa) es ampliamente distribuida en la naturaleza de acuerdo a varias funciones entre

ellas la digestión, degradación lisosomal y catabolismo. Esta enzima se encuentra en las

microvellosidades del tracto intestinal de mamíferos y varios microorganismos como en

bacterias de forma intracelular, y en hongos y levaduras en forma extracelular o

intracelular (Whitaker et al., 2003). Para uso comercial la lactasa es extraída de fuentes

microbianas, principalmente levaduras y hongos, considerados seguros y enzimas de

grado alimentario. Las más utilizadas se observa en la Tabla 4.

20

Tabla 4. Fuentes comerciales de β-galactosidasa para hidrolisis en alimentos.

ORGANISMO pH ÓPTIMO Bacteria Bacillus spp.relacionados con S. thermophilus 5,5 – 6,5 Levaduras Kluyveromyces fragilis 6,5 – 7,5 Kluyveromyces lactis 6,5 – 6,7 Candida pseudotropicalis 6,2 Hongos Aspergillus niger 2,5 – 4,0 Aspergillus orzyae 4,5 – 5,0

Fuente: Whitaker et al., 2003

Las enzimas comerciales usualmente se clasifican en enzimas de pH ácidos (pH óptimos

< 5) y en enzimas de pH neutro (pH óptimo 5,5 – 7,0) para uso en leche o lactosuero.

2.3.2 Proceso de hidrólisis de la lactosa y su aplicación industrial. Este proceso es

realizado por la enzima β-d-galactosidasa galactohidrolasa (E.C.3.2.1.23 lactasa) que se

encuentra en la naturaleza en microorganismos, plantas y tejidos animales (Pessela et al.,

2003; Haider y Husain, 2009). Ésta enzima es la encargada de catalizar la hidrólisis de la

lactosa en sus azúcares: galactosa y glucosa, como se presenta en la Figura 4.

Figura 4. Hidrolisis de lactosa por β-galactosidasa. Fuente: Whitaker et al., 2003.

El producto obtenido de la hidrólisis es mucho más dulce, más soluble, más fácil de

fermentar y fácilmente absorbido por el intestino. Por consiguiente, la hidrolisis de

Lactosa D- galactosa D- glucosa

H2O

21

lactosa en leche o lactosuero proporciona nuevas propiedades funcionales de éstos

ingredientes que pueden ser explotados en gran variedad de productos, o puede

comercializarse como producto “deslactosado”. En la Tabla 5, se presentan algunas

aplicaciones del proceso de hidrólisis de lactosa (Whitaker et al., 2003; Repelius, 2001).

Tabla 5. Aplicaciones de la hidrólisis de la lactosa

PRODUCTO/PROCESO VENTAJAS Leche baja en lactosa Supera el problema de intolerancia a la lactosa Leche condensada azucarada, helado y dulce de leche

Reduce la cristalización de la lactosa en concentración o productos lácteos congelados.

Yogurt y queso Acelera la maduración por producción de azúcares fermentados con mayor facilidad.

Jarabes de azúcar de lactosuero desproteinizado

Aumento de la dulzura de la glucosa y la galactosa permitiendo múltiples usos en helado, productos de panadería, confitería y bebidas no alcohólicas

Fermentación de etanol Las levaduras fermentativas crecen más fácilmente en la glucosa producida

Fuente: Whitaker et al., 2003.

2.4 ALIMENTOS Y COMPONENTES FUNCIONALES

Los alimentos funcionales se definen como productos que contienen una sustancia

biológicamente activa, llamada nutracéuticos o componente funcional, que al ser

incluidos en la dieta habitual, modulan procesos metabólicos o fisiológicos, reduciendo

el riesgo de enfermedades crónicas más allá de la salud básica (Olagnero et al., 2007).

Dentro de los componentes funcionales más conocidos para la producción de esta

variedad de alimentos son el calcio y vitamina D que promueven la salud en los huesos,

la fibra y probióticos para mantener la salud del sistema digestivo, esteroles de plantas,

omega 3 y la soya para reducir el riesgo de enfermedades cardiacas, minerales como el

22

potasio para reducir la presión cardiaca y péptidos bioactivos obtenidos principalmente

del lactosuero que impactan de forma positiva funciones corporales dependiendo de los

aminoácidos que lo conforman, por ejemplo, productos como CALPIS ® y EVOLUS ®

comercializados en Japón y Finlandia, presentan péptidos bioactivos con capacidad

antihipertensiva comprobada (IFIC, 2009; Alvarado y Guerra, 2010; Otte et al., 2007).

Componentes funcionales que actualmente han ganado popular atención a pesar de la

poca evidencia científica son aquellos que actúan sobre los impulsores inmunológicos,

energéticos y combatientes de la fatiga, los cuales generalmente se incluyen en las

bebidas energéticas son las vitaminas, minerales, y estimulantes físicos y mentales

legales (IFIC, 2007). Dentro de los más utilizados sin ningún tipo de limitación se

encuentran:

a) Taurina: derivado de la cisteína que en el cuerpo provoca la producción de sales

biliares indispensables para la absorción de lípidos. Adicionada en una bebida

energética, la taurina permite la obtención de energía por oxidación de la grasa

corporal (IFIC, 2007).

b) Colina: combate la fatiga en compañía de la taurina, ya que mantiene el

rendimiento muscular por el incremento en la producción de síntesis de

acetilcolina, cuyo descenso produce la fatiga muscular (Spector et al., 1995).

c) Cafeína: generalmente es usado para mejorar la concentración mental y función

cognitiva, sin embargo en bebidas deportivas es usado como diurético

contribuyendo a la pérdida de líquidos (Wemple et al., 1997).

d) Carnitina: Encargado del incremento de la oxidación de lípidos y los

23

almacenamientos de reserva de energía en forma de glucógeno en los músculos

(IFIC, 2007).

e) Bicarbonato de sodio: durante el ejercicio se promueve la disminución del pH

debido a la producción de ácido láctico en los músculos. El bicarbonato de sodio

ayuda a prevenir esto actuando como buffer (IFIC, 2007).

f) BCAA (aminoácidos de cadena ramificada): Los BCAA son un substrato para

la oxidación cuando las reservas de glucógeno estén bajas, ya sea por la ingesta

baja en carbohidratos o el ejercicio prolongado (ejercicio de resistencia y fuerza)

(IFIC, 2007)

g) Aminoácidos libres: se utilizan generalmente para incrementar la tasa de síntesis

proteica, contribuyendo a un aumento rápido de masa (Rasmussen et al., 2000)

h) Antioxidantes: Se encargan de disminuir la rata de peroxidación lipídica y el

daño oxidativo en el músculo esquelético después del ejercicio extenuante (IFIC,

2007).

2.4.1 L-glutamina. La L-glutamina (ácido 2,5-diamino-5-oxo-pentanoico) es el más

abundante aminoácido libre en el músculo esquelético, tejidos y plasma (Tapiero et al.,

2002; Hamilton, 1945). Este aminoácido desempeña una serie de funciones fisiológicas

básicas, entre ellas muchos aspectos del metabolismo del nitrógeno (como la

transferencia de aminoácidos, gluconeogénesis, la síntesis de nucleótidos, la síntesis de

urea y precursor de neurotransmisores), como un precursor de anabólicos para el

crecimiento muscular, en el equilibrio ácido-base en el riñón y como una importante

fuente de combustible para el sistema inmunológico del intestino (Melis et al., 2004).

24

La L-glutamina se sintetiza endógenamente desde el aminoácido glutamato por la

glutamina sintetasa, que se produce principalmente en el músculo esquelético y en otros

tejidos, incluidos los de pulmón, cerebro, hígado y tejido adiposo (Stipanuk y Watford,

2006).

El contenido de Glutamina en las proteínas de los alimentos se estima en

aproximadamente 4-5%, lo que sugiere que la ingesta diaria típica de glutamina en los

alimentos por la mayoría de los adultos es de aproximadamente 5 g (1,5 g proteína / kg

de peso corporal en adultos de 70 kg) (Shao y Hathcock, 2008).

2.4.2 Aplicaciones de la L-glutamina en la salud humana. Investigaciones clínicas

realizadas en animales y humanos, utilizando como suplemento oral la L-glutamina

demuestran que este aminoácido proporciona salud adicional y/o beneficios de ejecución

más allá de la admisión normal de la proteína dietética (Shao y Hathcock, 2008), dentro

de éstas se encuentran las siguientes:

a) En el sistema inmunológico: Investigaciones realizadas han demostrado el efecto

de la L-glutamina en los TLRs (Toll-like receptors: receptores encargados de dar la

respuesta inmune especifica) como modulador del sistema inmunológico en el

cuidado crítico de pacientes, disminuyendo las citosinas pro-inflamatorias y mejoran

la función bactericida de neutrófilos incrementando los niveles de glutatión y

capacidad oxidativa de los pacientes en estudio (Bárcena et al., 2008).

Centibas et al. (2010) evaluaron el efecto de la suplementación enriquecida con L-

glutamina por vía intravenosa, en pacientes con nutrición parenteral total (NPT) y

25

UCI (Cuidados intensivos) quienes tenían síndrome de respuesta inflamatoria a la

muerte grado 2 (SRIM) causada por la sepsis de citosinas del sistema inmune lo que

ocasiona susceptibilidad a la inflamación. Esta investigación determinó que los

pacientes con administración intravenosa (NPT) enriquecida con L-glutamina

disminuyeron significativamente la muerte celular de leucocitos suprimiendo la

inflamación, al suministrar dosis de 0.4 g/kg/día del aminoácido.

Fan et al. (2009), evaluaron los efectos de la glutamina en el mantenimiento del

glutatión (MG) y la función del sistema inmunológico en pacientes con cirugías

abdominales, observando que en el grupo con NPT enriquecida con glutamina

mantuvo los niveles de glutatión en el plasma y las células rojas en la sangre, la

capacidad antioxidante durante el periodo postoperatorio presentando tendencias a la

disminución de la incidencia de complicaciones infecciosas y la estancia hospitalaria.

De igual forma, Humbert et al. (2007) comprobaron que la L-glutamina mantiene el

nivel de glutatión en perros y juega un rol importante en la defensa del continuo

estrés oxidativo de tejidos y procesos de detoxificación.

Investigaciones realizadas por Modello et al. (2010) en pacientes anoréxicos

demostraron que la nutrición parenteral enriquecida con L-glutamina durante 20 días

con dosis de 0.18 g/kg/día, mejora y estimula considerablemente el estado del sistema

inmunológico debido las diferencias significativas entre los niveles de neopterina

(biomarcador que refleja la activación del sistema inmune) obtenidos antes y después

del tratamiento, y el aumento significativo de linfocitos.

Peng et al. (2006) determinaron que pacientes quemados cuyo daño inmunológico es

26

severo, al ser suplementados con gránulos de L-glutamina (oral o por tubo) redujeron

el riesgo de inmunosupresión, mejoraron la función inmunológica reduciendo su

estadía en el hospital.

b) En pacientes con enfermedades crónicas: Se han realizado varios estudios sobre

el efecto de la L-glutamina en pacientes con enfermedades crónicas, una de las más

importantes es el cáncer de cabeza y cuello, donde los pacientes desarrollan mucositis

significativas ocasionadas por las quimioterapias. Investigaciones realizadas por

Cerchietti et al. (2006) demostraron que suministrar 0.4g/kg/día del complejo

alanina-glutamina por vía intravenosa a pacientes con cáncer, puede ser una medida

preventiva para disminuir la mucositis. Otra enfermedad que produce mucositis es el

síndrome de Crohn, donde Roggenbuck et al. (2008) demostraron que la ingestión de

suplementos nutricionales orales a base de glutamina y una concentración de

micronutrientes antioxidantes, reducen la inflamación de la mucosa y promueven

mejoras en los pacientes.

Enfermedades como la epilepsia, daños traumáticos al cerebro y altos niveles de zinc

contribuyen al daño cerebral debido al estrés oxidativo generado por el incremento en

la generación de especies de óxido reactivo, e inhibición de la glutatión reductasa. La

investigación desarrollada por Ralph et al. (2010), demostró que los aminoácidos

histidina, cistina, glutamina y treonina protegen en diferentes aspectos de la toxicidad

del zinc contribuyendo posiblemente a la protección de las células cerebrales de los

efectos tóxicos del zinc.

27

Tsai et al. (2011), realizaron estudios sobre el efecto de la L-glutamina en ratas con

diabetes tipo 1, a las que se les suministró una dosis de 41.7 g/Kg, observándose un

incremento en el potencial antioxidante y en el nivel de neopterina, y un decremento

del estrés oxidativo, que es generado por esta enfermedad y el principal responsable

de la inflamación y disminución del efecto inmunológico.

c) En pacientes con malnutrición: Los recién nacidos de bajo peso generalmente

requieren de nutrición parenteral, ocasionando disfunción hepática una complicación

muy frecuente. Wang et al. (2010) evaluaron el efecto de la suplementación

parenteral con L-glutamina en la función hepática de recién nacidos de bajo peso,

determinando que éste aminoácido puede mejorar la tolerancia hepática en el recién

nacido sugiriendo un efecto hepato-protector.

La malnutrición es una de las principales causas de alteraciones cerebrales, sin

embargo, las investigaciones desarrolladas por Ladd et al. (2010) que consistían en

evaluar el efecto de la L-glutamina en ratas con malnutrición después del nacimiento,

permitieron concluir que éste aminoácido protege a las ratas contra alteraciones

cerebrales inducidas por la malnutrición ocasionadas por el aumento del volumen de

las células neuronales durante el desarrollo.

2.4.3 Aplicaciones de la L-glutamina en atletas. Diariamente, la glutamina en el

cuerpo humano disminuye en virtud de estrés como el ejercicio y la enfermedad. Por

esta razón, la glutamina ha recibido considerable atención, debido a que la disminución

28

en la concentración plasmática de glutamina se asocia a la inmunosupresión después del

ejercicio intenso y al síndrome de sobre-entrenamiento (Castell y Newsholm, 2001). El

consumo de glutamina o péptidos de glutamina como suplemento se recomienda para los

deportistas, ya que investigaciones realizados en atletas japoneses demuestran que la

adición de 4 g de péptido de glutamina en 200 mL de limonada, incrementa los niveles

de glutamina y aminoácidos de cadena ramificada en el plasma sanguíneo y disminuye

la tasa de triptófano, después de una maratón de 45 Km; demostrando que la L-

glutamina detiene la acción catabólica y genera la acción anabólica por medio de la

estimulación de producción de arginina en los riñones (Sawaki et al., 2004; Wataru et

al., 2006).

Cruzat y Tirapegui (2009) han estudiado el efecto de suplementar oralmente en ratas el

dipeptido L-alanina y L-glutamina (DIP) y una solución con alanína y glutamina (1g/kg)

ambos en forma libres, antes de ser sometidas a ejercicio de larga duración evaluando las

concentraciones de glutamina, glutamato y glutatión en el tejido. Los resultados

obtenidos determinaron que los suministros representan una fuente efectiva de glutamina

y glutamato que se almacena en los músculos y el hígado mejorando el estado redox de

la célula. El glutatión que generalmente disminuye en estados de ejercicio presentó un

incremento al administrar L-glutamina, lo cual es de gran importancia ya que es el

encargado de proporcionar la resistencia a las lesiones celulares de los tejidos

musculares.

De igual forma, investigaciones realizados por Rogero et al. (2006) determinaron que no

29

existen diferencias significativas entre la suplementación con L-glutamina y el DIP, ya

que no existe diferencias entre los niveles de L-glutamina obtenidos en el plasma y

tejido muscular de ratas que han sido sometidas a ejercicios exhaustos y suplementadas

con los diferentes tratamientos de estudio.

2.4.4 L-glutamina y seguridad de consumo. Actualmente, los efectos beneficiosos de

la L-glutamina y su uso como ingredientes en suplementos dietéticos y alimentos

funcionales han promovido estudios sobre su seguridad. Ensayos clínicos realizados en

humanos, han permitido determinar las valoraciones sobre el riesgo de niveles de

Seguridad Observada (NSO), en la cual se evidencia la ausencia de los efectos adversos

en la admisión oral suplementada de glutamina hasta de 14 g/d. Estos niveles se han

identificado como los respectivos NSO para los adultos saludables normales. Galera et

al. (2010) en sus investigaciones, evaluaron la seguridad de la administración oral de L-

glutamina en personas de mediana edad y ancianos, suministrando 0.5g/kg/día en forma

de un polvo blanco cristalino preparado a temperatura ambiente para consumo

inmediato, con leche y caseinato de calcio. En esta investigación se determinó que el

consumo de L-glutamina incrementa los linfocitos, sin presentar evidencia de la

generación de metabolitos tóxicos, demostrando buena tolerancia sin efectos adversos

excepto en pacientes con enfermedad renal.

Existen dosis mucho más altas para el suministro de estos aminoácidos en humanos,

pero aún no hay consenso, con respecto a la dosis ideal para la suplementación oral de

L-glutamina) (Galera et al., 2010; Shao y Hatchcock, 2008).

30

Estudios más recientes realizados en ratas por El-Sheikh y Khalil (2011) sobre el efecto

que produce el suministro de L-arginina y la L-glutamina como un posible modulador

del estrés oxidativo y la toxicidad inducida por el nitrito de sodio en ratas, han

demostrado que éstos aminoácidos pueden reducir el estrés oxidativo y mejorar el

peligro de los efectos del nitrito de sodio, gracias a su acción como antioxidante e

inmunonutrientes; como también el consumo de L-glutamina mejora la síntesis de

proteínas.

31

3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

ü Desarrollar una bebida deslactosada y fermentada, a partir del lactosuero, con

sabor a maracuyá y enriquecida con L- glutamina.

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

ü Seleccionar la concentración de enzima que proporcione mayor porcentaje de

hidrólisis del lactosuero, tomando como referencia el descenso del punto

crioscópico.

ü Establecer la relación bebida deslactosada y fermentada/pulpa de maracuyá más

adecuada mediante un análisis sensorial utilizando una prueba de ordenamiento -

preferencia.

ü Evaluar la influencia del tiempo de almacenamiento (0, 7, 14 y 21 días) y de la

adición de L-glutamina, en función de las propiedades fisicoquímicas,

microbiológicas y sensoriales de la bebida deslactosada y fermentada a partir del

lactosuero, con sabor a maracuyá, enriquecida con L-glutamina.

32

4. MATERIALES Y METODOS

Las actividades correspondientes a la caracterización fisicoquímica y bromatológica de

la materia prima fueron realizadas en el Laboratorio de Análisis de Alimentos de la

Universidad de Córdoba, sede Berástegui y en la Planta Piloto de Operaciones Unitarias

de la Universidad de Sucre (Sincelejo). Las actividades como hidrólisis del lactosuero,

elaboración de la bebida deslactosada y fermentada con pulpa de maracuyá se

desarrollaron en la Planta Piloto de la Universidad de Córdoba. Los análisis de

crioscopía se efectuaron en el Laboratorio de Control de Calidad de la Planta de

Proleche localizada en Cereté (Córdoba), los análisis de cromatografía líquida de alta

eficacia se realizó en el Laboratorio de Análisis Instrumental de la Universidad Nacional

de Colombia Sede Medellín. Los análisis microbiológicos fueron desarrollados en el

Laboratorio de Bacteriología y Laboratorio de Microbiología de Alimentos de la

Universidad de Córdoba, sedes Central y Berástegui.

4.1 MATERIALES

Las materias primas utilizadas en la elaboración de la bebida fueron: lactosuero fresco

33

de queso costeño, sacarosa, pulpa pasteurizada de maracuyá comercial, estabilizantes:

tripolifosfato de sodio y Multigel (CMC, goma guar y goma xantan), enzima Maxilact

L2000 (lactasa de levadura láctea Kluyveromyses marxianus var lactis), cultivo lácteo

termófilo DANISCO`S Choozit MY800 (fermentos lácticos concentrados liofilizados

para inoculación directa: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii sub

bulgaricus y Lactococcus lactis sub lactis), y L-glutamina (alta pureza).

4.2 METODOS

4.2.1 Recolección de lactosuero fresco. El lactosuero de queso costeño fue recolectado

en una quesera artesanal del Municipio el Sabanal en Montería-Córdoba, el mismo día

de su elaboración y fue refrigerado inmediatamente a 4 ºC para su posterior

procesamiento.

4.2.2 Caracterización fisicoquímica y bromatológica de la materia prima. El

lactosuero de queso fresco fue sometido a los análisis fisicoquímicos y bromatológicos

presentados en la Tabla 6, excepto sólidos solubles, mientras que a la pulpa pasteurizada

de maracuyá comercial, solamente se le determinó los análisis fisicoquímicos. Todos los

análisis fueron realizados por triplicado y los resultados son presentados con su

promedio + desviación estándar. Para la recolección de cada uno de los datos se utilizó

el formato presentado en el Anexo A.

34

Tabla 6. Análisis fisicoquímicos y bromatológicos

4.2.3 Hidrólisis del lactosuero fresco. La hidrólisis se desarrolló según lo mostrado en

el Anexo B. Inicialmente, el lactosuero fue filtrado (filtro de papel desechable empleado

para el recibo de leche) y pasteurizado a una temperatura de 70 ºC durante 30 minutos y

enfriado hasta 10 + 2 ºC. Al lactosuero pasteurizado se le realizaron los análisis

fisicoquímicos y bromatológicos mostrados en la Tabla 5 excluyendo el análisis de

sólidos solubles.

Posteriormente fue adicionado el estabilizante (tripolifosfato de sodio) al 0.04% disuelto

previamente en un poco de lactosuero, e inmediatamente se agregó la enzima (β-

galactosidasa) directamente al lactosuero a diferentes concentraciones en mL/L: 4.4

mL/L (T1), 2.8 mL/L (T2) y 1.2mL/L (T3). La hidrólisis de 1 L de lactosuero se realizó

a 10 + 2 ºC con agitación intermitente por un período de 10 horas. A los 3 tratamientos

empleados y el control (lactosuero sin enzima) se les realizó análisis de pH y acidez a las

0, 3.5, 7 y 10 horas. Para determinar el porcentaje de hidrólisis del lactosuero, se

tomaron muestras a cada tratamiento al inicio y al final del proceso de hidrólisis (0 h y

10 h), las cuales fueron sometidas a un tratamiento térmico de 85 ºC/1 min para inhibir

ANALISIS METODO Acidez A.O.A.C. 947.05/90

Fisicoquímicos pH A.O.A.C. 981.12/90 Sólidos Solubles A.O.A.C. 932.12/90 Sólidos Totales A.O.A.C. 925.105/90 Proteína A.O.A.C. 920.05/90

Bromatológicos Materia grasa A.O.A.C. 989.04/90 Lactosa FIL 28 A

Fuente: AOAC, 2000; FIL, 1991.

35

la enzima β-galactosidasa, luego fueron refrigeradas a 4 ºC y transportadas para su

análisis, en un tiempo inferior a 12 horas. A estas muestras se les determinó el punto

crioscópico según el método FIL 108B (1991), mediante el crioscópio termistor CRYO-

STAR, Funke Gerber, modelo I, el cual usó como líquido refrigerante etilenglicol. La

variación del punto crioscópico para cada tratamiento fue expresada en grados ºHorvet,

o su equivalente en grados centígrados (°C = 0,96231°H – 0,0024) (Matak, 1999). Al

suero hidrolizado seleccionado, se le realizaron análisis de pH, acidez, sólidos totales,

proteína y grasa, según los métodos mostrados en la Tabla 5. Para determinar el

tratamiento con mayor porcentaje de hidrólisis se evaluó el cambio en el punto

crioscópico de cada tratamiento, y se seleccionó el que presentó mayor variación. Al

tratamiento seleccionado se le realizó un seguimiento luego de finalizado el tiempo de

hidrólisis, en el cual se determinó el punto crioscópico cada 2 horas durante 16 h para

determinar el porcentaje máximo de variación del mismo.

4.2.4 Elaboración de la bebida deslactosada y fermentada con pulpa de maracuyá.

La bebida fue elaborada a partir del lactosuero hidrolizado seleccionado en el ítem 4.2.3

y según el flujograma mostrado en el Anexo C.

La formulación de la bebida se desarrolló con base a la caracterización de las materias

primas (pulpa pasteurizada de maracuyá y lactosuero hidrolizado), teniendo en cuenta

que la bebida final debía tener 14 ºBrix.

Inicialmente, al suero hidrolizado se le adicionó sacarosa, se pasteurizó y luego fue

enfriado rápidamente a 44 ºC adicionando el cultivo lácteo termófilo liofilizado para

36

inoculación directa. El conjunto fue incubado manteniendo esta temperatura aproximada

por 2 horas hasta alcanzar el pH de 5.8, donde aún no se había alcanzado el punto

isoeléctrico de la proteína sérica, y por ende, no había formación de coágulo. Alcanzado

este pH, se disminuyó la temperatura hasta 4 ºC para detener la fermentación. Durante el

proceso de elaboración de la bebida se realizaron análisis de pH, acidez y sólidos

solubles a la bebida pasteurizada y fermentada.

Para determinar el mejor porcentaje de pulpa pasteurizada de maracuyá a utilizar en la

formulación de la bebida deslactosada y fermentada, se evaluaron 5 tratamientos según

el porcentaje de sólidos solubles aportados por la pulpa de maracuyá (3.9, 5.7, 7.5, 9.1 y

10.7%), a las que se les adicionó directamente 0,05% de estabilizante (Multigel).

Finalmente, las bebidas fueron evaluadas por medio de un análisis sensorial usando 59

catadores no entrenados pertenecientes al programa de Ingeniería de Alimentos de la

Universidad de Córdoba, sede Berástegui, empleando una prueba de ordenamiento-

preferencia en la que el valor 1 corresponde a más preferida y la 5 menos preferida

(Anexo D). Las 5 muestras fueron codificadas con números de tres dígitos y presentadas

en vasos plásticos con una cantidad aproximada de 30 mL de cada bebida, las cuales

fueron presentadas orden casualizado al catador.

4.2.5 Adición de L-glutamina y evaluación de su comportamiento. A la bebida

seleccionada por los catadores en el ítem 4.2.4, se le adicionó dos concentraciones de L-

glutamina (1 g/L y 2 g/L). Los dos productos obtenidos fueron envasados en botellas de

polietileno de 1 L previamente higienizadas con vapor y codificadas como G1 (1 g/L) y

37

G2 (2 g/L), posteriormente fueron almacenados a una temperatura de refrigeración (4 +

2 ºC) durante 21 días. Para evaluar el comportamiento de las bebidas durante el

almacenamiento, se tomaron muestras en los días 0, 7, 14 y 21, los cuales fueron

realizados análisis fisicoquímicos (pH, acidez y sólidos solubles), bromatológicos

(sólidos totales, proteína y grasa) según los métodos presentados en la Tabla 6, del ítem

4.2.2. Además, se realizaron los análisis microbiológicos presentados en la Tabla 7,

según la Norma Técnica Colombiana 4458 y 4132, para coliformes, mohos y levaduras e

ISO 4833 para mesófilos.

Tabla 7. Análisis microbiológicos realizados a las bebidas adicionadas con L-glutamina

ANALISIS METODO Mesófilos aerobios Recuento en placa Hongos y levaduras Recuento en placa Coliformes totales y fecales NMP

Fuente: NTC, 2007; NTC, 1997.

También se realizó una evaluación sensorial de cada bebida en almacenamiento, por

medio de una prueba de aceptación empleando 95 consumidores potenciales del

producto de ambos sexos, cuyas edades estaban comprendidas entre los 16 y 49 años de

edad. Para este análisis, se utilizó una escala hedónica de nueve puntos, con extremos en

(1) “me disgusta extremadamente” y (9) “me gusta extremadamente”, con el cual, los

consumidores expresaron cuanto les gustó/disgustó las muestras (Anexo E).

Para verificar la presencia de la L-glutamina adicionada en la bebida y cuantificarla, se

tomó una muestra de cada bebida durante los días de almacenamiento 0, 7, 14 y 21, las

cuales fueron filtradas con papel filtro Watman N° 10 a presión atmosférica a

38

temperatura de 4 + 2 °C para evitar su deterioro. Luego fueron analizadas por medio de

cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC en inglés) (Gratzfeld y Schuster, 2001).

Las condiciones en que se realizaron los análisis de HPLC fueron las siguientes:

ü Equipo: HPLC Agilent 1100, con bomba cuaternaria G1311A, un detector de

arreglo de diodos (DAD) G1315B y un automuestreador G1313A con capacidad

para 100 muestras. Columna ZORBAX Eclipse AAA Agilent RP-C9, con 4.6

mm de diámetro, 150 mm de largo, y 5 µm de tamaño de partícula. La

temperatura de operación fue de 40 °C. El sistema cuenta con precolumna y

derivatización on-line.

Fase móvil: Línea A: Buffer Fosfato (NaH2PO4) ajustado pH 7.8 con solución de

NaOH 1M. Línea B: acetronitrilo: alcohol metílico: agua (ACN:MeOH:H2O),

(45:45:10, v/v/v).

ü Agentes derivatizantes:

- Solución buffer fosfato (NaH2PO4) 0.4 N Agilent PN 5061-3339

- Reactivo FMOC (9-fluorenilmetil cloroformato) Agilent PN 5061-3337

- Reactivo OPA (Oftaldehído) Agilent PN 5061-335

ü Configuración de la bomba cuaternaria: Flujo de 2 mL/min, tiempo de

retención 26 minutos con un tiempo posterior de 4 minutos.

ü Ajuste del detector: Lámpara ultravioleta. Lectura a 338 nm para aminoácidos

con derivatizante OPA, y lectura a 262 nm para aminoácidos con derivatizante

FMOC.

ü Preparación de la muestra: 1 mL de cada muestra fue inyectada a un filtro de

39

jeringa de polipropileno y membrana de celulosa regenerada de 0.45 µm y 13

mm de diámetro, y depositado en un vial cónico ámbar con tapón de rosca para

Agilent 1100.

ü Cuantificación del analito: La cantidad de aminoácido L-glutamina presente se

determinó utilizando el método de áreas de picos, por medio de una curva de

calibración (Anexo F).

4.2.6 Diseño experimental y análisis de datos. La investigación se realizó en las

siguientes etapas:

ü Hidrólisis del lactosuero: Durante la hidrólisis del lactosuero, se utilizó un diseño

factorial 4 x 4 tomando como factores: concentración de enzima (4.48mL/L,

2.8mL/L, 1.2mL/L y control) y tiempo de hidrólisis (0, 3.5, 7, 10 horas), cuyas

variables respuestas fueron pH y acidez. Sin embargo, para la selección del

mejor tratamiento, se utilizó un diseño completamente al azar al nivel de

significancia del 5%, tomando como factores: concentración de enzima

(4.48mL/L, 2.8mL/L, 1.2mL/L) y tiempo de hidrólisis (0, 3.5, 7, 10 horas), cuya

variable respuesta fue el punto crioscópico. En éste último diseño, el tratamiento

control fue utilizado solamente como blanco, ya que su valor fue constante.

ü Selección de la bebida deslactosada y fermentada con la concentración de pulpa

de maracuyá con mayor preferencia: Prueba de Friedman al nivel de

significancia del 5%.

ü Adición de L-glutamina. Para la prueba de aceptación durante el tiempo de

almacenamiento se utilizó un análisis de varianza (ANOVA) y el test de Tukey al

nivel del 5% de significancia para comparación entre las medias.

40

Para el análisis de los datos se utilizó el paquete estadístico R 2.7.1. y Statgraphics plus

versión 5.1.

41

5. RESULTADOS Y DISCUSIONES

5.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA Y BROMATOLÓGICA DE LA

MATERIA PRIMA

Los resultados de los análisis fisicoquímicos y bromatológicos de lactosuero se

presentan en la Tabla 8.

Tabla 8. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero fresco

CARACTERISTICA PROMEDIO* Acidez (% ác. Láctico) 0,11 + 0,01 Fisicoquímicos pH 6,58 + 0,01 S. Totales (%) 6,83 + 0,57 Proteína (%) 0,98 + 0,01 Bromatológicos M. Grasa (%) 0,40 + 0,00 Lactosa (%) 4,54 + 0,02

* Media de 3 repeticiones + desviación estándar

Todos los resultados obtenidos se encuentran dentro de los parámetros estipulados por la

Resolución 2310/1986 en el artículo 52, sobre las características del suero líquido.

De igual forma, se determinó que los resultados de pH y acidez expresada en ácido

láctico son similares con la investigación desarrollada por Flórez y Peña (2001) (6,7 y

0,09% respectivamente) y Londoño et al., (2008) (6,47 y 0,08% respectivamente). Los

sólidos totales al relacionarse con los estudios de Londoño et al., (2008) son menores,

42

sin embargo cumplen con lo exigido por el Ministerio de Salud (1986). La proteína

(0,98%) concuerda con la reportada por Londoño et al., (2008) (0,96%), pero se

encuentra por encima del valor reportado por Flórez y Peña (2001) (0,83%). La grasa a

diferencia de otras investigaciones no se estandarizó al 1%, puesto que se desea

aprovechar el lactosuero al 100% incluso después de la fermentación, a diferencia de la

investigación desarrollada por Flórez y Peña (2008) la cual desarrolló una bebida con

bajo contenido en grasa (descremada). La cantidad de lactosa reportada (4,54%), es un

poco más alta que la reportada por Londoño et al. (2008) (4,4%), pero concuerda con la

obtenida por Flórez y Peña (2001) en su investigación (4,69%).

Cabe aclarar que la materia prima utilizada por las investigaciones de Flórez y Peña

(2001) y Londoño et al. (2008) difiere de la empleada en esta investigación, ya que sus

condiciones de ordeño, el ambiente y los efectos del clima (localización) afectan la

composición de la leche y sus características microbiológicas (FAO, 1998; Castro,

2002).

Los resultados de los análisis fisicoquímicos de la pulpa comercial de maracuyá se

presentan en la Tabla 9.

Tabla 9. Parámetros fisicoquímicos de la pulpa de maracuyá

* Media de 3 repeticiones + Desviación estándar

La acidez obtenida para la pulpa comercial de maracuyá expresada en ácido cítrico,

presentó un valor menor al reportado por Londoño et al. (2008) (2,81% ac. cítrico), el

CARASTERISTICA PROMEDIO* Acidez (% ácido cítrico) 2,33 + 0,15 pH 2,51 + 0,01 Sólidos solubles (%) 11,67 + 0,58

43

pH fue muy similar (2,65), mientras que los sólidos solubles presentaron un valor mucho

menor (21°Brix). La diferencia entre la cantidad de sólidos solubles podría ser debido al

grado de madurez de la fruta seleccionada en la investigación de Londoño et al. (2008);

ya que la pulpa empleada en esta investigación fue una pulpa comercial pasteurizada y

estandarizada (11,67 + 0,58 °Brix) que cumple con la NTC 5468/2007 para jugos y

zumos de fruta, donde se establece que la cantidad de sólidos solubles para los jugos

comerciales de maracuyá (Passiflora edulis) debe encontrarse entre 12°Brix y 13°Brix.

5.2 HIDRÓLISIS DEL LACTOSUERO FRESCO

Los resultados del lactosuero filtrado y pasteurizado se presentan en la Tabla 10.

Tabla 10. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero pasteurizado

CARACTERISTICA PROMEDIO * Acidez (% ác. láctico) 0,11 + 0,01

Fisicoquímicos pH 6,58 + 0,01 S. totales (%) 7,15 + 0,14 Proteína (%) 0,98 + 0,02

Bromatológicos M. grasa (%) 0,40 + 0,00 Lactosa (%) 4,53 + 0,08


No se detectó variación en las características de acidez, pH, proteína, materia grasa con

relación al lactosuero fresco. Se presentó un ligero descenso de lactosa (0,01%) y un

aumento en el contenido de sólidos totales (0,3%), lo cual podría deberse la

fermentación de una pequeña cantidad de lactosa por microorganismos propios del

lactosuero, reflejándose en el incremento de sólidos totales, pero no lo suficiente para

alterar el pH y la acidez.

44

Durante el proceso de hidrólisis se obtuvieron los resultados de pH presentados en la

Figura 5 para cada uno de los tratamientos empleados T1 (4.4 mL/L), T2 (2.8 mL/L), T3

(1.2 mL/L) y el control (sin enzima).

Figura 5. Comportamiento del pH del lactosuero durante la hidrólisis

Según la Figura 5, se observa que todos los tratamientos presentan una tendencia a

disminuir el pH durante el proceso de hidrólisis. Durante este proceso se determinó que

el pH presenta diferencias significativas por el efecto del factor tratamiento enzimático,

donde se observan dos grupos homogéneos, el primer grupo conformado por T1, T2 y el

control, y un segundo grupo conformado por el tratamiento T3 (1,2 mL/L). Lo anterior

significa, que no existen diferencias entre los tratamientos T1, T2 y control, mientras

que existen diferencias significativas (p < 0,05) entre el T3 y los demás tratamientos del

primer grupo. Sin embargo, a pesar de las diferencias estadísticas, los cambios

observados se dan en un rango muy pequeño 6,53 y 6,58. Cabe aclarar, que ningún

tratamiento tuvo una variación de pH superior a 0,1 atribuido a la adición del

45

estabilizante tripolifosfato de sodio desempeñándose como regulador de pH (buffer),

aditivo legalmente permitido según la NTC 3856/2004 para productos lácteos y la norma

general para aditivos alimentarios del Codex Alimentario (CODEX, 1995).

En la Figura 6, se observa el comportamiento de la acidez del lactosuero para cada

tratamiento durante el proceso de hidrólisis.

Figura 6. Comportamiento de la acidez del lactosuero durante la hidrólisis

Según los resultados presentados en la Figura 6, se determinó que la acidez no presenta

una diferencia significativa (p > 0,05) por el efecto del factor tratamiento enzimático

durante la hidrólisis de la lactosa. La acidez presentó significancia (p < 0,05) por el

efecto del factor tiempo en el que se observan dos grupos. El primer grupo conformado

por los tratamientos T1, T3 y control y un segundo grupo conformado por el tratamiento

cuyo valor fue ligeramente superior (0,113% ácido láctico).

46

Durante la hidrólisis se registró el cambio del punto crioscópico para cada uno de los

tratamientos, los cuales se presentan en la Tabla 11.

Tabla 11. Cambios del punto crioscópico durante el proceso de hidrólisis TRATAMIENTO PUNTO CRIOSCOPICO (°H)*

T1 -0,1687 + 0,00054 a

T2 -0,1651 + 0,00173 a T3 -0,1643 + 0,00135 a


Según lo observado en la Tabla 11, durante la hidrólisis se registró un descenso del

punto crioscópico de los tratamientos, ya que ésta propiedad coligativa está en función

de la concentración de los solutos y sus pesos moleculares; por lo tanto, la obtención de

azúcares más simples como la glucosa y la galactosa durante la hidrólisis, es la principal

causa en la disminución del punto de congelación (MacSweeney y Fox, 2009). Durante

la hidrólisis el tratamiento Control presentó un descenso crioscópico de -0,0005 °Horvet.

Este valor fue restado al cambio en el punto crioscópico de cada uno de los tratamientos

para determinar el cambio real, por esta razón, el tratamiento Control (sin enzima) no

fue incluido dentro del análisis estadístico. Según los resultados estadísticos obtenidos,

no se presentaron diferencias significativas (p > 0,05) en el descenso del punto

crioscópico por el efecto del factor tratamiento enzimático, es decir, para las cantidades

de enzima utilizadas se obtuvo el mismo grado de variación en el punto crioscópico del

lactosuero. Como no existe diferencia entre los tratamientos, es posible obtener el

mismo grado de hidrólisis a las 10 horas bajo las condiciones establecidas, por este

motivo se seleccionó el tratamiento T3 (1,2 mL/L) ya que al poseer la concentración de

enzima más baja era el tratamiento más económico.

En la Figura 7 se presenta el descenso crioscópico del tratamiento seleccionado (T3) en

el período de 16 horas de hidrólisis bajo las mismas condiciones.

47

Figura 7. Variación del punto crioscópico para el tratamiento 3 en el período de 16h.

Se observa, que el descenso crioscópico alcanzó una condición asisntótica a partir de las

12 horas. El cambio promedio registrado durante las horas 12 – 16 fue de -0,0015 °H,

obteniendo el punto crioscópico más bajo a las 16 horas (-0,7859 °H equivalente a -

0,7586 °C). De acuerdo a lo anterior, se determinó que el descenso crioscópico

alcanzado por el tratamiento T3 fue de 93,10% hasta las 10 horas, considerando como

descenso crioscópico máximo el valor alcanzado a las 16 horas de hidrólisis. Este alto

porcentaje del descenso crioscópico es directamente proporcional a la hidrólisis de la

lactosa, por lo tanto, se puede asumir que se obtuvo más del 80% de hidrólisis de

lactosa, el cual es el porcentaje mínimo a obtener bajo las condiciones empleadas según

la ficha técnica del fabricante.

48

5.3 ELABORACIÓN DE LA BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA

CON PULPA DE MARACUYÁ

Seleccionado el tratamiento T3 para el proceso de hidrólisis, se caracterizó el lactosuero

hidrolizado cuyos resultados se presentan en la Tabla 12.

Tabla 12. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero hidrolizado

CARACTERISTICA PROMEDIO* Acidez (% ác. láctico) 0,11 + 0,01

Fisicoquímicos pH 6,53 + 0,01 S. totales (%) 8,20 + 0,21 S. solubles (%) 7,47 + 0,12

Bromatológicos Proteína (%) 0,96 + 0,20 M. grasa (%) 0,40 + 0,00


La acidez y el porcentaje de grasa del lactosuero hidrolizado permanecieron constantes

con relación al lactosuero fresco, mientras que los sólidos totales presentaron un

aumento de 7,15 + 0,14 a 8,20 + 0,2, debido al proceso de hidrólisis de la lactosa, en el

cual se produce galactosa y glucosa. La proteína disminuyó de 0,98 + 0,02 a 0,96 +

0,20 y el pH disminuyó de 6,58 + 0,01 a 6,53 + 0,01, valores pequeños, pudiendo decir

insignificantes.

En el desarrollo de las bebidas se estableció que debían tener una concentración final de

14 °Brix, para esto se realizaron varios pre-ensayos, en los cuales se determinó que el

proceso de fermentación a las condiciones establecidas presentaba un aumento en los

sólidos solubles de 1,4 °Brix. Esto fue tenido en cuenta en la formulación para adición

49

de sacarosa. Luego de pasteurizada la mezcla, se realizó la fermentación hasta alcanzar

un pH de 5,8 (Anexo G).

Los resultados de los parámetros fisicoquímicos y bromatológicos de la bebida sin

pulpa pasteurizada y fermentada son observados en la Tabla 13.

Tabla 13. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos de la bebida sin pulpa CARACTERISTICA B. PASTEURIZADA* B. FERMENTADA* Acidez (% ác. láctico) 0,11 + 0,01 0,15 + 0,01 pH 6,52 + 0,01 5,83 + 0,06 S. totales (%) 13,98 + 0,11 14,28 + 0,11 S. solubles (%) 13,67 + 0,35 13,83 + 0,29 Proteína (%) 0,94 + 0,02 1,20 + 0,09 M. grasa (%) 0,20 + 0,00 0,17 + 0,06


La bebida pasteurizada sin pulpa elaborada a partir de lactosuero hidrolizado presentó un

aumento de sólidos totales del 5,78% y un aumento de sólidos solubles del 6,20%,

debido a la sacarosa adicionada. También se presentó una disminución de la proteína del

0,02% y una disminución de la grasa del 0,2%, ya que al adicionar otros sólidos estos

componentes disminuyen proporcionalmente; sin embargo, características como el pH y

la acidez permanecieron constantes.

La bebida fermentada sin pulpa presentó un incremento de sólidos totales del 0,3%, un

incremento de sólidos solubles del 0,16%, un incremento de acidez del 0,04% y una

disminución del pH del 10,58%, debido a la fermentación de los azúcares presentes

(glucosa, galactosa y restos de lactosa) por las bacterias. La grasa disminuyó levemente

en un 0,03%, mientras que la proteina se incremento en un 0,26% comparada con la

50

bebida pasteurizada.

La Tabla 14 presenta los resultados de la prueba sensorial realizada a las bebidas

deslactosadas, fermentadas y saborizadas a diferentes porcentajes de sólidos solubles (S.

S) aportados por la pulpa de maracuyá.

Tabla 14. Resultados de la prueba sensorial de ordenamiento- preferencia por el test de Friedman

S. S. APORTADOS POR LA PULPA (%) RESULTADO* 3,9 219a

5,7 181ab 7,5 156b 9,1 188ab

10,7 172ab * Medias con misma letra no difieren entre sí al nivel del 5 % de probabilidad

para el test de Friedman. (dms = 47, 6)

La bebida con menor calificación (156) fue la bebida donde la pulpa aportó el 7,5% de

sólidos solubles a la formulación siendo evaluada como la más preferida (p < 0,05),

mientras que la bebida con la mayor calificación (219) fue la bebida donde la pulpa

aportó solamente el 3,9% de sólidos solubles a la formulación, la cual fue considerada

como la menos preferida. Las bebidas donde la pulpa aportó el 5,7, 9,1, y 10,7% de

sólidos solubles no presentaron diferencias significativas entre sí. Los catadores

declararon que les gustó la combinacion de un derivado lácteo con sabor a maracuyá, les

pareció un producto muy bueno, novedoso e interesante desarrollado a partir de un

subproducto con mejores caracteristicas y un mayor valor agregado.

Con base a lo anterior, se seleccionó la bebida de lactosuero deslactosado y fermentado

donde la pulpa de maracuyá aportó el 7,5% de sólidos solubles de la formulación.

51

5.4 ADICIÓN DE L-GLUTAMINA Y EVALUACIÓN DE SU

COMPORTAMIENTO

A la bebida de lactosuero deslactosado y fermentado con aporte de sólidos solubles del

7,5% de la pulpa de maracuyá, se le adicionó dos concentraciones de L-glutamina (1 g/L

y 2 g/L) y se les realizó un seguimiento de los parámetros fisicoquímicos,

bromatológicos, microbiológicos, sensoriales y la estabilidad de la L-glutamina como

factor principal durante su almacenamiento.

En la Figura 8 se presentan los valores medios con intervalos LSD (95%) del pH y la

acidez expresada en porcentaje de ácido láctico, de cada bebida adicionada con L-

glutamina (1 g/L y 2 g/L).

Figura 8. Resultados de pH y % de acidez de las bebidas con L-glutamina en

el tiempo

Se observa que existen diferencias significativas (p < 0,05) sobre el ph y la acidez de las

bebidas por el efecto de la cantidad de L-glutamina (1 g/L y 2 g/L). También difieren en

el mismo nivel de significancia en el tiempo de almacenamiento, ya que se observa una

tendencia a disminuir el pH durante ese período, del cual la bebida con 2 g/L de L-

52

glutamina presentó el pH más bajo durante el almacenamiento (4,52). En la acidez de las

bebidas, el tiempo presentó el mismo comportamiento, permaneciendo constante los

últimos 7 días. La bebida de pH más bajo, obtuvo un porcentaje de acidez expresado en

porcentaje de ácido láctico superior (0,74%) al final del periodo. Los cambios del pH

con relación a la formulación podrían deberse a la variabilidad propia de la pulpa

adicionada y a la cantidad de L-glutamina, ya que al ser un aminoácido de carácter

ácido, podría llegar a afectar el pH (Galera et al., 2010).

Corroborando con otros estudios en los que se obtuvieron bebidas fermentadas similares

a partir del lactosuero fresco, se observa que los valores obtenidos con relación al pH

son superiores a los reportados por Londoño et al. (2008) (3,73-3,51%) y por Londoño y

Marciales (1999) (4,45-4,30), mientras que la acidez es inferior a los valores reportados

por Londoño et. al. (2008) (0,81 a 0,90%) y por Londoño y Marciales (1999) (0,38 a

0,42%), lo cual podría atribuirse a que estas investigaciones detuvieron el proceso de

fermentativo a un pH de 4,41 con acidez de 0,32%, valores inferiores comparados con

los empleados en ésta investigación.

Los valores obtenidos cumplen con lo exigido en la Resolución 2310/1986, donde una

bebida fermentada y descremada con adición de pulpa “yogurt descremado” debe

mantener una acidez comprendida entre 0,70-1,50%.

En la Figura 9 se presentan los valores medios con intervalos LSD (95 %) de los sólidos

totales y los sólidos solubles de las bebidas con L-glutamina expresados en porcentaje.

53

Figura 9. Resultados de sólidos totales y sólidos solubles de las bebidas con

L-glutamina en el tiempo

Se observa que no existen diferencias significativas (p > 0,05) sobre los sólidos totales y

los sólidos solubles de las bebidas por el efecto de la cantidad de L-glutamina

adicionada (1 g/L y 2 g/L) durante los 21 días de almacenamiento; sin embargo, si existe

significancia (p < 0,05) en estas variables por el efecto del tiempo.

Los sólidos totales presentaron una tendencia al aumento pronunciado en ambas bebidas

(1 g/L y 2 g/L de L-glutamina) durante el lapso del tiempo del día 0-7 y del día 14-21,

en el cual, la bebida con 1 g/L de L-glutamina presentó el mayor incremento de sólidos

totales. Sin embargo, durante el transcurso del día 7 al día 14, se observó una

disminución pronunciada de los sólidos totales en ambas bebidas, en el cual la bebida

con 1 g/L presentó el valor más bajo, lo cual podría ser una variabilidad propia de la

pulpa adicionada.

Los sólidos solubles presentaron menor variación en el tiempo. La bebida enriquecida

con 1 g/L de L-glutamina se mantuvo constante hasta el día 14 y finalmente presentó un

ligero incremento hasta día 21, obteniendo el mayor valor (14,3 %); mientras que la

bebida enriquecida con 2 g/L del aminoácido presentó un comportamiento diferente los

54

primeros 7 días donde se mantuvo constante, con una elevación en el día 14, para

mantenerse constante nuevamente los 14 y 21 días.

Al comparar los resultados obtenidos con otras investigaciones realizadas en bebidas

fermentadas similares a las del presente estudio, se determinó que los valores de sólidos

totales obtenidos son inferiores a los reportados por Londoño et al. (2008) (16-17,5%) y

similares a los reportados por Jaramillo et al. (1996) (14,5%), mientras los de sólidos

solubles son muy similares a los obtenidos por Londoño et al. (2008) (14,1-14,3 °Brix) y

Jaramillo et al. (1996) (12-14,5 °Brix), cumpliendo así con lo establecido en la

resolucion 2310/1986 que establece valores ente 14 y 16 °Brix.

En el Figura 10 se presentan los valores medios con intervalos LSD (95%) del

porcentaje de proteína para las bebidas con L-glutamina.

Figura 10. Resultados de Proteína de las bebidas con L-glutamina en el tiempo

Se observa que no existen diferencias significativas (p > 0,05) en el porcentaje de

proteína por efecto de la cantidad de L-glutamina adicionada (1 g/L y 2 g/L). Sin

embargo, existen diferencias significativas (p < 0,05) en el tiempo, ya que se presenta

55

una clara tendencia a la disminución de las proteínas (0,3%) en ambas bebidas durante

este período. Los valores de proteína concuerdan con los obtenidos por Londoño et al.

(2008) (1- 0,95%) presentando la misma tendencia y son semejantes a los reportados por

Londoño y Marciales (1999) (0,94-0,92 %) y Flórez y Peña (2001) (0,98 - 1,55%).

Los resultados del porcentaje de grasa para cada una de las bebidas fue de 0,2% + 0,06 el

cual se mantuvo constante durante todo el período de estudio. La NTC 805/2005,

establece para bebidas lácteas fermentadas descremadas valor máximo de 0,5% m/m,

por lo tanto, ambas bebidas enriquecidas con L-glutamina pueden considerarse como

descremadas ya que su porcentaje es inferior al estipulado en la normatividad.

Los resultados de los análisis microbiológicos: coliformes fecales y totales expresados

en NMP/mL, para cada una de las bebidas con L-glutamina durante el tiempo de

almacenamiento, pueden ser visualizados en la Tabla 15.

Tabla 15. Análisis de coliformes totales y fecales (NMP/mL) para las bebidas con L-glutamina en el tiempo *

TIEMPO BEBIDA G1 (1 g/L) BEBIDA G2 (2 g/L) (Días) C. totales C. fecales C. totales C. fecales

0 < 3 < 3 < 3 < 3 7 < 3 < 3 < 3 < 3

14 < 3 < 3 < 3 < 3 21 < 3 < 3 < 3 < 3

* Resultados promedio de tres repeticiones.

Las bebidas con adición de L-glutamina durante todo el tiempo de almacenamiento se

mantuvieron por debajo de los parámetros establecidos por la NTC 805/2005 para

56

bebidas lacteas fermentadas y la Resolución 2310/1986 para derivados lácteos,

considerando ambas bebidas como un producto que cumple con la normatividad

Colombiana.

Los resultados de los análisis microbiológicos para mesófilos aeróbios, hongos y

levaduras expresados en UFC/mL, para cada una de las bebidas con L-glutamina durante

el almacenamiento, se presentan en la Tabla 16.

Tabla 16. Análisis de mesófilos aerobios, hongos y levaduras (H y L) (UFC/mL) para las bebidas con L-glutamina en el tiempo *

Según la NTC 805/2005, la Resolucion 2310/1986 establecida para hongos y levaduras

en leches fermentadas y derivados lácteos, y los resultados observados en la Tabla 16,

ambas bebidas desde el día 0 hasta el día 14 se consideraron como un producto que

cumple con la norma, mientras que el día 21 las bebidas se salieron de los parámetros

establecidos, siendo por lo tanto descartadas por no ser consideradas aptas para consumo

humano.

Los resultados de la prueba de aceptacion de las bebidas con L-glutamina se observan en

la Tabla 17.

TIEMPO BEBIDA G1 (1 g/L) BEBIDA G2 (2 g/L)

(Días) Hongos y Mesófilos Hongos y Mesófilos Levaduras aerobios Levaduras aerobios

0 <200 <2000 <200 <2000 7 <500 <2000 <500 <2000

14 <500 <3000 <500 <2000 21 >500 >3000 >500 >3000

* Resultados promedio de tres repeticiones.

57

Tabla 17. Aceptabilidad de las bebidas con L-glutamina en el tiempo

Por medio de la Tabla 17 se observa que no hubo diferencia (p > 0,05) en la aceptación

de las bebidas en relación a la concentración de L-glutamina en cada uno de los días

evaluados. Sin embargo, el tiempo afectó significativamente (p < 0,05) presentandose

una tendencia al aumento en la calificación hedónica desde “Me gusta ligeramente” (día

0), hasta “Me gusta mucho” (días 7 y 14) por parte de los catadores. Este incremento en

la aceptabilidad de las bebidas podría atriburse a la disminución del pH del producto lo

cual modificaría el sabor de las bebidas acentuando el sabor ácido y a la tendencia a

incrementar los sóludos solubles, que podrían estar proporcionando un balance dulzor-

ácido de sensación más agradable, que fue manifestada por los catadores los últimos días

de evaluación. Estos también expresaron que las bebidas presentaban excelente

presentación y un sabor exquisito al paladar, refrescante y delicioso, con una buena

combinacion entre lácteo y cítrico, un producto de buena calidad, innovador,

homogeneo con un sabor característico a la fruta natural “maracuyá”, y les gustaría que

el producto saliera al mercado. Algunos catadores manifestaron comprar el producto,

pues estaba interesados en su consumo.

En las bebidas se determinó la presencia de L-glutamina (HPLC) durante el

almacenamiento siendo detectada en un tiempo de retención aproximado de 7,3 minutos

TIEMPO BEBIDA G1* BEBIDA G2* (Días) (1 g/L) (2 g/L)

0 6,20a 6,49a 7 7,21b 7,44b

14 7,49b 7,47b * Medias en la misma columna con misma letra no difieren entre sí (p > 0,05). Calificación: 6= Me gusta ligeramente; 7= Me gusta mucho; 8= Me gusta muchísimo.

58

a 338 nm (Anexo H).

La figura 11 presenta los valores del contenido de L-glutamina (g/L) en función del

tiempo y las formulaciones de estudio.

Figura 11. Seguimiento de la L-glutamina el tiempo de almacenamiento

Se observa que la L-glutamina fue detectada en ambas bebidas en cantidades superiores

a las adicionadas (1 g/L y 2 g/L), lo cual confirma la presencia del aminoácido después

de elaborada la bebida. Lo anterior, está acorde a los resultados de Pescuma et al (2010),

el cual determinó la presencia del aminoácido L-glutamina (53,2 µg/mL finalizada la

fermentación y 15 µg/mL después de 28 días de almacenamiento) en una bebida

fermentada a partir lactosuero con adición de proteína concentrada de suero al 35 %

(PCS35), donde el aminoácido fue obtenido solamente por la proteólisis de la proteína

de suero realizada por el L. delbrueckii bulgaricus durante 24 horas de fermentación.

Cabe aclarar, que el cultivo L. bulgarigus y el St. Termophilus es capaz de degradar la

59

mayor parte de las proteínas de lactosuero en la fermentación, y después de liberados los

aminoácidos, no los consumen cuando el tiempo de fermentación inferior a 24 horas

(Pescuma et al., 2008); es por esto, que las bebidas desarrolladas en este estudio podrían

presentan una cantidad del aminoácido superior a la adicionada.

Las bebidas enriquecidas con el aminoácido presentaron una tendencia a la disminución

de la cantidad de L-glutamina en 0,14 g/L para la bebida G1 y 0,08 g/L para la bebida

G2, es decir, un 1,19% y 0,33% durante los 21 días de almacenamiento; sin embargo, las

bebidas en almacenamieno mantuvieron la cantidad mínima suministrada del

aminoácido y la variación del componente fue muy poca. El excedente del aminoácido

detectado en ambas bebidas, podría representar la cantidad del aminoácido inicial

presente en el lactosuero sumado a la cantidad de aminoácido obtenido después de la

fermentación. La Resolución 333/2011 del Ministerio de Protección Social establece que

solo puede declararse un alimento con el término enriquecido cuando se le ha adicionado

por lo menos en un 10% el valor del componente de referencia, por lo tanto, estas

bebidas pueden ser declaradas como bebidas enriquecidas con L-glutamina ya que la

cantidad adicionada en ambas bebidas supera el 10% de la cantidad inicial cumpliendo

con lo exigido por la normatividad.

60

6. CONCLUSIONES

- Los tres tratamientos con β-galactosidasa obtuvieron el mismo porcentaje de

variación del punto crioscópico y por ende el mismo grado de hidrólisis.

- El tratamiento seleccionado fue el que contenía la concentración más baja de

enzima β-galactosidasa favorecido por el bajo costo de producción.

- La relación bebida deslactosada y fermentada/pulpa preferida por los

consumidores fue aquella donde la pulpa de maracuyá aportó el 7,5% de los

sólidos solubles

- Las bebidas enriquecidas con L-glutamina cumplieron los requerimientos de la

normatividad colombiana hasta los 14 días de almacenamiento.

- La concentración de L-glutamina no presentó diferencias en el grado de

aceptación de las bebidas, sin embargo el incremento de sólidos solubles y la

disminución del pH afectó positivamente aumentando la calificación hedónica de

“Me gusta ligeramente” a “Me gusta mucho”.

- La bebida deslactosada y fermentada a partir de lactosuero con sabor a maracuyá,

puede declararse como enriquecida con L-glutamina según la resolución

333/2012, y podría brindar al cuerpo humano parte de las bondades funcionales

61

referenciadas por este aminoácido.

62

7. RECOMENDACIONES

- Determinar la concentración inicial de L-glutamina en cada una de las materias

primas utilizadas, y realizar una evaluación del comportamiento del aminoácido

en el tiempo por triplicado.

- Estandarizar el proceso de hidrólisis del lactosuero y realizar la determinación

inicial de lactosa y su evolución durante la hidrólisis para establecer el porcentaje

exacto de azúcar hidrolizado.

- Elaborar la bebida implementando procesos de homogenización, ultrafiltración y

carbonatación para que pueda abarcar otros tipos de bebidas a base de lactosuero

como las bebidas refrescantes carbonatadas y bebidas deportivas.

- Realizar un análisis de viabilidad para determinar la posible comercialización del

producto en el mercado Nacional.

- Realizar un análisis para determinar el costo de producción de las bebidas bajo

un proceso de producción estandarizado.

- Realizar la producción de la bebida a nivel industrial, para ajuste real de las

variables.

- Realizar un análisis nutricional específico de las bebidas obtenidas.

63

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75

76

ANEXO A- FORMULARIO DE CONSIGNACIÓN: Análisis fisicoquímicos,

microbiológicos y determinación de L-glutamina

Día: ______ Mes: _____ Año: ______

Código de muestra: _________ Repetición (__) Réplica (__) N°___

TIPO DE MUESTRA:

Suero Fresco (__) S. Pasteurizado (__) S. Deslactosado (__)

Pulpa (__) Bebida Pasteurizada (__) Bebida Fermentada (__)

ANÁLISIS FISICOQUIMICOS RESULTADO

Acidez (g ác. Láctico/100 g)

pH

Sólidos totales

ANALISIS BROMATOLOGICOS (g/100 g)

Proteína

Materia grasa

Lactosa

ANALISIS MICROBIOLÓGICOS

Mesófilos aerobios (UFC)

Hongos y levaduras (UFC)

Coliformes totales y fecales (NMP)

CUANTIFICACIÓN POR HPLC

L-glutamina (ppm)

77

ANEXO B- PROCESO PARA LA HIDROLISIS DEL LACTOSUERO FRESCO

Lactosuero dulce

Filtrado

Pasteurización T =70°C t =30 min

Enfriamiento T = 10°C

Adición de estabilizante

T = 10°C t = 10 h

Muestra 2

Muestra 1

Tripolifosfato de sodio: 0.04% (

Hidrólisis Muestreo cada 3.5 h

Concentraciones: 1,2mL/L – 2.8mL/L – 4.4mL/L.

Lactosuero hidrolizado

Adición de Enzima β - galactosidasa

78

ANEXO C- PROCESO PARA LA ELABORACION DE LA BEBIDA

DESLACTOSADA Y FERMENTADA, ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA

Lactosuero hidrolizado

Envases Plásticos (1L)

Adición de azúcar °Brix finales = 14 °Brix Pasteurización T = 75 °C t = 30 min Enfriamiento

T = 44 °C

Fermentación Muestra 3

Cultivo yogurt (DVS) T = 44 °C hasta pH = 5,8

Muestra 4

Enfriamiento

T = 4 °C Adición de pulpa comercial [Sólidos solubles] aportados por la pulpa:

3.9%, 5.7 %, 7.5%, 9.1% y 10.7% Adición de estabilizante [Multigel] = 0,05 % Evaluación sensorial Ordenamiento-preferencia

Adición de L-glutamina

[L-glutamina]1 = 1 g/L [L-glutamina]2 = 2 g/L

Codificación de las bebidas

Almacenamiento T = 4 + 2 °C

Estabilidad del producto Días de muestreo = 0, 7, 14 y 21 Envasado Códigos = G1 (1 g/L) y G2 (2 g/L)

79

ANEXO D- FORMATO EMPLEADO EN LA EVALUACION SENSORIAL

PRUEBA DE ORDENAMIENTO-PREFERENCIA

Nombre: ____________________Edad: ____Sexo: ___Fecha: ___/___/______

Por favor, pruebe las 5 muestras presentadas de bebida de lactosuero deslactosado y

fermentado, con sabor a maracuyá. Ordénelas de acuerdo con su preferencia, colocando

el número 1 (mayor preferencia)… y 5 (menor preferencia) en frente del código de la

muestra. Enjuague la boca después de la degustación de cada muestra y espere treinta

segundos.

CÓDIGO DE LA MUESTRA Orden de Preferencia 507 ______

984 ______

170 ______

619 ______

423 ______

Observaciones:__________________________________________________________

_______________________________________________________________________

¡ ! Gracias ¡!

80

ANEXO E- FORMATO EMPLEADO EN LA EVALUACION SENSORIAL

PRUEBA DE ACEPTACION

Nombre: ___________________ Edad: ___ Sexo: ___ Fecha: ___/___/_____ Usted está recibiendo dos muestras de una bebida de lactosuero deslactosado, fermentado, con sabor a maracuyá adicionado con L-glutamina. Por favor, indique utilizando la escala de abajo, cuanto le gusta o disgusta cada muestra. Enjuague la boca después de la evaluación y espere 30 segundos:

CODIGO: 379 827

Me gusta extremadamente ___________ ___________ Me gusta muchísimo ___________ ___________ Me gusta mucho ___________ ___________ Me gusta ligeramente ___________ ___________ Ni me gusta, ni me disgusta ___________ ___________ Me disgusta ligeramente ___________ ___________ Me disgusta mucho ___________ ___________ Me disgusta muchísimo ___________ ___________ Me disgusta extremadamente ___________ ___________ Observaciones:

________________________________________________________________

¡ ! Mil Gracias ¡!

81

ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA

L-GLUTAMINA

1. Patrón de L-glutamina utilizado para la curva de calibración.

2. Reporte de la curva de calibración de la L-glutamina

82


L-GLUTAMINA

3. Reporte del patrón L-glutamina a 409 ppm:

83


L-GLUTAMINA

84


L-GLUTAMINA


85


L-GLUTAMINA

86


L-GLUTAMINA


87


L-GLUTAMINA

88

ANEXO G- BALANCES DE INGREDIENTES Y FORMULACIONES DE LAS

BEBIDAS ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA

Este ejemplo de balance de ingredientes, corresponde a la obtención de la bebida

seleccionada por los catadores donde la pulpa aporta el 7,5% de sólidos solubles, y a un

enriquecimiento de la bebida con 2 g de L-glutamina por Kg de bebida

aproximadamente. Para este balance se tuvo en cuenta el incremento de los sólidos

solubles (1,4 °Brix) durante la fermentación y la concentración final del estabilizante

multigel (0,05%).

TERMINOS EMPLEADOS:

LH= Lactosuero hidrolizado Wss= C. Sólidos solubles A= Azúcar WP= C. Proteína BP= Bebida Pasteurizada WG= C. Grasa BF= Bebida Fermentada WA= C. Agua P= Pulpa E= Estabilizante G= L-glutamina BE=Bebida enriquecida W= Composición

RELACIONES:

1) BF.WBFSS = BP.WBP

SS + 1,4 2) P.WPSS = 0,075 (BE.WBE

SS)

3) G = 0,002 BE 4) E = 0,0005BE

LH = ? WLH

ss = 0,0747 WLH

P = 0,0096 WLH

G = 0.004 WLH

A = 0,9117

BP = ? WBP

ss = ? WBP

P = 0,0094 WBP

G = 0,002 WBP

A = ?

BF = ? WBF

ss = ? WBF

P = 0,012 WBF

G = 0,0017 WBF

A = ?

BE = 1000 G WBE

ss = 0.14 WBE

P = 0,012 WBE

G = 0,0013 WBE

A = 0,8467

PASTEURIZACIÓN

FERMENTACION

MEZCLA

A = ? WA

ss = 1.0

P = ? WP

ss = 0.1167 WP

A = 0.8833

E = ? WE

ss = 1.0

G = ? WG

ss = 1.0

89

ANEXO G- BALANCES DE INGREDIENTES Y FORMULACIONES DE

LAS BEBIDAS ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA

SOLUCION:

De la relación 2 tenemos:

P.WPSS = 0,075 (BE.WBE

SS) P(0,1167) = 0,075(1000g x 0,14); Entonces: P = 89,97g

De la relación 3 tenemos: G = 0,002 BE G = 0,002 (1000g); Entonces: G = 2g De la relación 4 tenemos:

E = 0,0005BE E = 0,0005 (1000 g) Entonces: E = 0,5 g

ETAPA: MEZCLA

- Balance total: BF +P + E +G = BE BF = BE – P- E – G BF = 1000g – 89,98g – 0,5g – 2g BF = 907,52g

- Balance de sólidos solubles: BF.WBF

SS + P. WPSS + E. WE

SS + G. WGSS = BE. WBE

SS (907,52g). WBF

SS + (89.97gx0,1167) + (0,5gx1) + (2gx1) = (1000gx0,14) (907,52g). WBF

SS + 10,5g + 0,5g + 2g = 140g (907,52g). WBF

SS = 127g Entonces: WBFSS = 0,1399

WBFA = 1 – (0.1399 + 0,012 + 0,0017) WBF

A = 0,8464

- Reemplazando en la relación 1 tenemos: BF.WBF

SS = BP.WBPSS + 1,4

(907,52g x 0,1399) = BP.WBPSS + 1,4 Ecuación 1: BP.WBP

SS = 125.6g ETAPA: FERMENTACIÓN

- Balance global: BF = BP Entonces: BP = 907,53g

- Reemplazando BP en la ecuación 1 tenemos: BP. WBP

SS = 125,6g 907,53g x WBP

SS = 125,6g Entonces: WBPSS = 0.1384

WBPA = 1 – (0.1384 + 0,0094 + 0,002) WBF

A = 0,8502

90

ANEXO G- BALANCES DE INGREDIENTES Y FORMULACIONES DE

LAS BEBIDAS ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA

ETAPA: PASTEURIZACION: - Balance global:

LH + A = BP LH = 907,53g – A Ecuación 2: LH = 907,53g – A

- Balance de sólidos solubles: LH. WLH

SS + A. WASS = BP.WBP

SS LH(0,0747) + A(1,0) = BP.WBP

SS 0,0747LH + A = BP.WBP

SS Reemplazando la Ecuación 1 tenemos: 0,0747LH + A = 125,6g A= 125,6g – 0,0747LH Ecuación 3: A= 125,6g – 0,0747LH

- Reemplazando la ecuación 3 en la ecuación 2 tenemos: LH = 907,53g – (125g – 0,0747LH) LH= 907,53g – 125g + 0,0747LH LH – 0,0747LH = 907,53g – 125g 0,9253LH = 782,53g LH = 845,7g Entonces: LH= 845,7g

- Reemplazando en la ecuación 3 tenemos: A = 125,6g – 0,0747LH A = 125.6g – 0,0747(845,7g) A = 125,6g – 63,17g Entonces: A = 62,43g

CONCLUSION

Para elaborar una bebida deslactosada y fermentada con una pulpa de maracuyá a 11,67°Brix, que aporte solamente 7,5% de sólidos solubles a la bebida enriquecida con 2g/L de L-glutamina se necesitan los siguientes ingredientes:

INGREDIENTE CANTIDAD (g) Lactosuero hidrolizado 854,7 Azúcar 62,43 Pulpa de maracuyá 89,97 Estabilizante multigel 0,5 L-glutamina 2 BEBIDA OBTENIDA 1000

91

ANEXO H- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS

ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA

Áreas y TR para L-glutamina por HPLC: Método de análisis para aminoácidos

usando columna SORBAX ECLIPSE-AAA 4,6 x 150mm, 5 µm

BEBIDA* DÍA AREA TIEMPO DE RETENCION CONCENTRACIÓN G1 0 638,51453 7,232 1210,79755 G1 7 641,47986 7,310 1216,42077 G1 14 577,60022 7,305 1095,28453 G1 21 562,82629 7,294 1067,26844 G2 0 1320,81140 7,269 2504,65075 G2 7 1293,69019 7,280 2453,22024 G2 14 1280,95142 7,341 2429,06346 G2 21 1277,04370 7,374 2421,65318

* Las bebidas elaboradas son: G1 (1 g/L de L-glutamina) y G2 (2 g/L de L-glutamina).

Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 0. (338 nm)

92


Resultados del reporte para la bebida G1 en el día 0:

93

ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS




94





95





96





97





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99





100





101





102





103




Documents

BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO ... BEBIDA DESLACTOSADA Y... · i bebida deslactosada y fermentada a partir del lactosuero, con pulpa de maracuyÁ, y enriquecida