Informe1-COMPRESIÓN UNIAXIAL

“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad”

Universidad Nacional AgrariaLa Molina

Tema: Esfuerzo de Deformación: Compresión Uniaxial de Quesos.

Curso: Laboratorio de Resistencia de Materiales para la Industria Alimentaria.

Grupo: A*

Profesora: Laura Linares.

Alumnos:

• Castañeda Pastor, Eduardo (20101468)

• Díaz Lavalle, Junior (20101477)

• Galindo Bravo, Aubry (20101255)

• Jiménez Castre, Gabriela (20101185)

2012

I. INTRODUCCIÓN

La estructura física y la composición de los alimentos son dos factores muy importantes en el campo de la física aplicada a la alimentación, pues van a estar en la fuente misma de los resultados experimentales. Son ellas las que provocarán tal o cual consecuencia o serán responsables de los diferentes efectos medidos.

La estructura física influirá grandemente en los acontecimientos mecánicos, pero también en los ópticos y, más generalmente, electromagnéticos.

El elemento básico de los productos agrícolas es la célula. Las células están organizadas en tejidos y, en el seno d un mismo producto, se encuentra un conjunto de tejidos diferentes. La tecnología alimentaria utiliza los productos en bruto para crear nuevos productos calentando, cortando, moliendo, mezclando los elementos básicos y, eventualmente, añadiendo ligantes alimentarios. Esto hace que el producto alimentario final pueda tener una estructura fisicoquímica muy compleja.

La textura, que no es sino un conjunto de propiedades identificadas con los sentidos fisiológicos, depende de la estructura física y, por ende, de las propiedades mecánicas del alimento, determinando de esta forma características muy importantes para la calidad del producto como crujiente, duro, tierno, blando, pegajoso, gomoso, harinoso. Es en este campo en el cual se aplican los conceptos básicos de la resistencia de materiales para los alimentos.

OBEJTIVO

o Realizar la prueba de compresión uniaxial en diferentes tipos de queso, a fin de caracterizarlos con parámetros teológicos.

II. REVISIÓN LITERARIA

1. EL QUESO

Según Roudot (2004), el queso es un alimento heterogéneo y anisótropo. Sus constituyentes principales son la caseína, el agua y las materias grasas. Las caseínas son responsables del aspecto sólido de los quesos. En condiciones normales son sólidas mientras que el agua es líquida, las materias grasa realizan una mezcla íntima entre las fracciones líquidas y sólidas. El desarrollo de la estructura del queso durante la fabricación implica la creación de una malla de caseínas que aprisiona la materia grasa de los glóbulos de leche y el agua.

Tecnológicamente, el queso es el producto fresco o maduro, sólido o semisólido, que resul ta de la coagulación de la leche natural (entera), de la desnatada total o parcialmente, de la nata, del suero de mantequilla, o de una mezcla de algunos de todos estos productos, por la acción del cuajo u otros coagulantes apropiados, con o sin hidrólisis previa de la lactosa, seguida del desuerado del coágulo obtenido. Este coágulo, llamado cuajada, está esencialmente constituido de un gel de caseína que retiene la materia grasa y una parte más o menos importante de la parte acuosa de la leche, el lacto-suero y en el que la relación entre la caseína y las proteínas del suero sea igual o superior a la de la leche (Chamorro et al., 2002).

A baja temperatura, los glóbulos grasos son sólidos y contribuyen a la rigidez del producto, complementando la estructura reticulada de las caseínas. A temperaturas intermedias, los glóbulos grasos son plásticos e influyen sobre la viscosidad del producto. A temperaturas más altas, las materias grasas son líquidas y contribuyen poco a la firmeza (Roudot, 2004).

El agua posee una función puramente física, como líquido de baja viscosidad. Juega el papel de lubricante entre las caseínas y las materias grasas, y gobierna tanto la reducción de la firmeza como la recuperación después de la compresión (Roudot, 2004).

En la elaboración quesera, con “cuajo”, una de las etapas decisivas en la calidad, el tipo característico, el rendimiento y la efectividad económica del producto, es la coagulación de la leche para obtener y posteriormente procesar y “desuerar” la cuajada (coágulo quesero). Ésta es un gel dinámico y el conocimiento; dominio y control de sus propiedades tiene doble importancia científica y práctica: a pesar de esto, aún en el mundo en gran medida, el control de este proceso mantiene un fuerte carácter artesanal y empírico, dirigido por el “maestro quesero” (Alvarado et al., 2001).

Según Scott (1991) y Ordóñez (1998) mencionados por Zúñiga et al. (2007) , es la cuajada formada al coagular la leche producida por la actividad enzimática de determinados microorganismos presentes en la leche o añadidos a ella, y por la adición de cuajo y subsiguiente separación del suero para la obtención de un coágulo más firme.

Desde un punto de vista de ingeniería el queso es un material compuesto conformado principalmente por agua, grasa, proteína y otros elementos, donde la caseína es el principal

componente estructural y la cual forma una red que puede ser dividida por las fronteras de los gránulos de la cuajada, partículas de grasa, agua y burbujas de gas. Generalmente, la caseína forma una red que se extiende en todas las direcciones formando una jaula, donde la rigidez depende de la abertura de la red, de la cantidad de agua que enlaza a la caseína y la presencia de grasa y agua libre. El agua actúa como un aditivo plástico donde el incremento del agua aumentará la plasticidad del producto y viceversa (Zúñiga et al., 2007). Además, el queso estructuralmente consiste de una matriz proteica continua en la cual los glóbulos de grasa se encuentran dispersos ocupando espacios vacíos en la matriz abierta actuando como aglomerados (Jaros et al., 2001 mencionado por Zúñiga et al., 2007).

2. TIPOS DE QUESO

La variabilidad en los quesos es muy elevada, ya que no solamente puede ser distinta la materia prima de que se parte (leche de vaca, oveja o cabra), sino que pueden realizarse mezclas muy diversas con ellas. También las diferentes tecnologías seguidas en las elaboraciones, así como pasteurizar o no la leche, emplear unos microorganismos u otros en los cultivos iniciadores, o modificar el tiempo, la temperatura o la intensidad de alguna operación del proceso, van a tener como consecuencia la obtención de quesos con características muy diferentes (Chamorro et al., 2002).

La Tipicidad de los quesos

Para caracterizar un queso en lo que corresponde a su tipicidad, es necesario conocer el máximo de informaciones objetivas y cuantificables en 5 campos (Castañeda et al., 2000):

La naturaleza de la leche, en relación con la raza, las practicas de producción, las condiciones de la colecta y la composición.

La tecnología utilizada.

El ecosistema microbiano que participa en el aspecto (pasta, corteza) y en las propiedades organolépticas (textura, sabor).

La evolución fisicoquímica y bioquímica durante la maduración.

Las características sensoriales del producto final.

El aspecto reológico está presente en las últimas tres aéreas.

2.1. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE LECHE

Queso de vaca.

Queso de oveja.

Queso de cabra.

Queso de mezcla de algunas de ellas.

2.2. CLASIFICACIÓN DEPENDIENDO DEL TIPO DE COAGULACIÓN

Coagulación acida.

Coagulación mixta: ácido-enzimática.

Coagulación enzimática.

2.3. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU TEXTURA

Quesos de ojos redondeados.

Quesos de textura granular.

Quesos de textura cerrada.

2.4. CLASIFICACIÓN DE LOS QUESOS DE ACUERDO A LA NORMA A-6 DE LA FAO / OMS 1978 (Tabla 1)

Teniendo en cuenta:

El porcentaje de humedad del queso sin considerar su grasa, o lo que es igual, a la humedad del queso desgrasado (HQD).

La relación grasa/extracto seco (G/ES).

La ausencia o no de la fase de maduración.

Tabla 1. Clasificación de los quesos según la Norma A-6 de la FAO/OMS.

Fuente: Chamorro et al. (2002).

2.5. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU TECNOLOGÍA

Se distinguen tres tipos de quesos:

Frescos.

De pasta blanda.

De pasta prensada.

2.5.1. Quesos frescos

Son los que están dispuestos para el consumo al finalizar el proceso de fabricación. Se obtienen al coagular la leche, previamente pasterizada. Estos quesos pueden elaborarse con leche entera, desnatada y con entera enriquecida con nata (Chamorro et al., 2002).

La coagulación puede ser de tres tipos (Chamorro et al., 2002):

a) Acida. Por adición de cultivos iniciadores cuyos microorganismos acidifican la leche coagulándola

b) Enzimática. Por adición de una enzima proteolítica (cuajo).

c) Mixta. Por acción del ácido láctico y del cuajo

Estos quesos tienen un alto contenido en humedad (>67 %) y no han sufrido un proceso de maduración, por lo que suelen tener características gustativas similares a la leche fresca o leche acidificada. Deben consumirse en pocos días y su transporte y conservación se realizará a temperatura de 2-10°C.

Son quesos sin corteza o con corteza muy fina, que apenas se prensan. El interior presenta un corte cerrado, ligado, sin ojos, de aspecto gelatinoso y brillante, de color blanco en los de coagulación enzimática o mixta predominantemente enzimática, y blando, untuoso, granular, a veces con estrías, en los de coagulación acida (Chamorro et al., 2002).

El sabor predominante es dulce en los de coagulación enzimática y ligeramente ácido en los de coagulación mixta y acida. Tiene un punto salado, lechoso, húmedo, graso. La textura en boca está entre gomosa, gelatinosa sensación bucal como la que produce la gelatina) y fundente (que se solubiliza fácilmente con la temperatura de la boca antes de deglutirlo).

Tabla 2. Composición media de los quesos frescos.

Fuente: Early (1998).

2.5.2. Quesos blandos o de pasta blanda

Son aquellos que, tras el proceso de elaboración, requieren mantenerse cierto tiempo en unas condiciones de temperatura y humedad determinadas para que se produzcan cambios físicos y químicos que les den unas características típicas para cada tipo de queso. Tienen un alta HQD o humedad del queso desgrasado (>67 %) (Chamorro et al., 2002).

En algunos de ellos, la maduración se produce como consecuencia del desarrollo de ciertos microorganismos en su superficie y/o en su interior, desarrollando olores y sensaciones gustativas muy características.

La coagulación de la leche puede ser láctica, mixta o enzimática; en general es larga, desde 1 hora hasta 24 horas, y se lleva a cabo a temperaturas bajas, próximas a 25°C. En función de cómo sean su coagulación y la tecnología empleada, pueden presentar una corteza de cierta consistencia (Chamorro et al., 2002).

2.5.3. Quesos de pasta prensada

Chamorro et al. (2002) menciona que dentro de este grupo se incluyen quesos que, por su consistencia, pueden clasificarse como extraduros, cuando su humedad en el queso desgrasado (HQD) es menor del 51%, y quesos que tienen una HQD del 67%, que recuerdan por sus características organolépticas a los quesos de pasta blanda; también, como éstos, pueden definirse como quesos curados o madurados.

El proceso de elaboración es común a los otros tipos de quesos, pero varía en la ausencia o intensidad de algunas fases o etapas. En general, el trabajo de la cuajada en la cuba se continúa hasta que el lacto-suero adquiere la acidez adecuada y el grano de cuajada está suficientemente firme y elástico para el tipo de queso que se desea.

El prensado previo y/o posterior de la cuajada y su grado de intensidad serán también factores determinantes de las características de los quesos de este grupo, así como el tipo de maduración y su duración.

Bajo contenido graso Cremoso

Teniendo en cuenta el tipo de coagulación y los factores antes mencionados, podemos agrupar los quesos de pasta prensada en:

Quesos de pasta prensada y coagulación predominantemente láctica.

Quesos de pasta prensada y coagulación enzimática.

Quesos de pasta prensada obtenidos con coagulante de origen vegetal.

Tabla 2. Cuatro grandes grupos de quesos.

Fuente: Revilla (1982).

Queso Edam

El queso Edam es originario de la localidad de Edam en Holanda, es un queso hecho a base de leche de vaca, de pasta prensada (tierna, dura o semidura, según su estado de madurez). Es de color amarillo pálido o amarillo mantecoso con un sabor ligeramente ácido, con un contenido de grasa del 30 al 45% sobre el total de materia seca. Scott (1991) y Madrid (1994) mencionados por Osorio et al. (2004), también coinciden en que el queso Edam se fabrica con un contenido de grasa del 30, 40 y 50% sobre la materia seca, además añade que se elaboran en forma de esferas aplastadas o bloques y que su textura es elástica, más blanda que la del queso Gouda y con pocos ojos, los cuales son redondos y ovales. Su maduración requiere un tiempo de 3 a 4 semanas a 12-14oC.

Queso Parmesano

El parmesano es un famoso queso italiano de pasta dura.

Tabla 3. Contenido de nutrimentos de algunos quesos, en 100 gramos de muestra

Fuente: Revilla (1982).

3. CONDICIONES DE MEDIDA

La mayor parte de los tipos de quesos tienen propiedades reológicas variables en función de la profundidad de extracción de las muestras a estudiar. Los ensayos se efectúan sin la corteza en la mayor parte de los casos, ya que la estructura física de esta parte es distinta de la del queso, debido principalmente a una agregación diferente de las moléculas de caseína (Roudot, 2004).

El queso posee la propiedad de ser un producto alimentario en el que resulta relativamente cómodo cortar muestras de forma sencilla y perfectamente definidas (Roudot, 2004).

Zúñiga et al. (2007) señalan que las propiedades mecánicas se definen por lo general como el comportamiento en cuanto a esfuerzo-deformación de un material en condiciones de carga estática o carga dinámica, en tanto que la reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de la materia. Por lo general, los procedimientos para probar los materiales consisten en pruebas no destructivas que producen poca deformación y pruebas destructivas que acarrean deformaciones mayores. Las primeras resultan muy convenientes para caracterizar las varias estructuras reticulares comunes en muchos alimentos como el queso; en tanto que las segundas, son útiles para determinar la extensibilidad y la resistencia máxima de estas estructuras. La combinación de los dos tipos de pruebas es provechosa para entender las relaciones entre la micro y macro estructura y las propiedades complejas de los alimentos, como la textura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Gastronom%C3%ADa_de_Italia

4. MÉTODO DE MEDIDA

El queso es uno de los primeros productos alimentarios que ha sido estudiado desde el punto de vista de la reología, y de la textura, debido a su apariencia de producto homogéneo e isótropo, y de las posibilidades de cambio de fase sólido/líquido que ofrece (Roudot, 2004).

4.1. COMPRESIÓN UNIAXIAL

Es el método físico más popular en la evaluación de las propiedades mecánicas de los productos alimentarios. Si se intenta relacionarlo con nociones teóricas estrictas, se está obligado a utilizar muestras de formas geométricas normalizadas, paralelepípedos o cilindros, sacadas del producto a estudiar. Es particularmente importante tener en cuenta este preliminar pues numerosos errores en las curvas resultantes y en la interpretación final provienen de defectos de configuración de las muestras; en particular, debe tenerse muy en cuenta el paralelismo de las caras aplastadas. Otro elemento que no se debe despreciar en la definición de las muestras es el conocimiento de la heterogeneidad y de la posible anisotropía del producto en estudio (Roudot, 2004).

La compresión puede ser uniaxial cuando ocurre en una sola dirección y volumétrica, cuando se comprime en tres direcciones. La compresión uniaxial aplicada a un sólido de Hooke, con el área de la sección transversal uniforme para deformaciones pequeñas antes de la ruptura, da origen a la propiedad conocida como coeficiente o módulo elástico (E), que representa la pendiente de la curva esfuerzo versus deformación que se obtiene en esta prueba. Pero como la mayoría de los alimentos son de naturaleza viscoelástica y por lo general se someten a niveles de compresión más grandes, la definición exacta del módulo elástico rara vez se aplica a alimentos (Alvarado et al., 2001).

El ensayo consiste en aplastar lentamente la muestra, y anotar continuamente la evolución simultanea de la deformación del producto y del esfuerzo ejercido para obtener esta deformación como se puede observar en la Figura 1 (Roudt, 2004).

Figura 1. Esquema del principio de la compresión uniaxial.

Los parámetros reológicos a medir a través de este método son: El Módulo de deformabilidad (MD), estimado como la regresión lineal de la parte inicial de la curva, la Tensión o Esfuerzo (σf), la Deformación (εf), la energía (Wf) a la fractura (Castañeda et al,2007). En la Figura 1 se esquematiza una curva de compresión y se identifican los parámetros reológicos obtenidos.

Se define el esfuerzo normal como el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie de contacto, mientras que la deformación viene dada por el cociente entre la variación de altura de la muestra y su altura inicial (Roudot, 2004).

Se debe indicar, que cuando se aplasta un producto, en la mayoría de ocasiones, tiene tendencia a hincharse por la superficie libre (Figura 2). Esto ha conducido a definir un nuevo coeficiente llamado “coeficiente de Poisson”, que está definido por el cociente de deformación en una dirección perpendicular a la fuerza aplicada y la deformación del sentido de la fuerza (Roudot, 2004).

Figura 2. Definición del coeficiente de Poisson.

Un ensayo compresión sobre un producto alimentario da, típicamente, una curva de la forma representada en la Figura 3, en coordenadas esfuerzo-deformación (Roudot, 2004).

Figura 3. Curva carga-descarga de un producto alimentario.

Roudot (2004) menciona que se puede señalar que la curva de aplastamiento es muy cóncava en el origen y, después, tiende hacia una recta. Esta concavidad puede ser mucho menor pero existe siempre. Se debe a dos efectos: el primero es un defecto de paralelismo entre los dos planos de aplastamiento (se trata pues de un artefacto), el segundo proviene de un aplastamiento del tejido del producto en estudio, en el caso de vegetales, por ejemplo, de un reordenamiento celular debido a la presión ejercida. Si se detiene la compresión antes de la ruptura (en A por ejemplo) y se descarga la muestra, el esfuerzo cae bruscamente, lo que denota un carácter elástico, después cae cada vez más lentamente, lo que es signo de viscosidad, para por fin alcanzar el cero para una

deformación no nula, lo que muestra el carácter plástico del producto bajo este esfuerzo σA. Estrictamente, la medida de la deformación elástica no debería efectuarse más que después de un infinito de reposo, a fin de dar tiempo a la parte viscosa de la deformación para desaparecer. De hecho, a menudo se desprecia este retraso para no obtener más que dos valores: la deformación elástica εe, y la deformación plástica εp. Los límites de la parte viscosa de la deformación son particularmente vagos, lo que explica que se desprecie frecuentemente este efecto. Esto plantea problemas, pues la viscosidad es siempre pequeña frente a la viscosidad (para deformaciones débiles) o a la plasticidad (para deformaciones importantes), en el caso de productos sólidos.

Tabla 4. Parámetros reológicos de diferentes tipos de queso.

Fuente: Prentice et al. (1993).

Durante la compresión de una muestra el área de contacto real entre las placas de compresión y la muestra se incrementará, la cantidad de aumento depende de la fricción entre la muestra y las placas de compresión. Para el cálculo de la tensión real en la muestra que tenemos que tener esto en cuenta (Luyten, 1988).

Tabla 5. Módulos de elasticidad de diferentes quesos obtenidos por diferentes métodos.

Fuente: Prentice et al. (1993).

Costell (1994) mencionado por Zúñiga et al. (2007), menciona que el valor de fuerza máxima está relacionado con la firmeza del alimento, con las dimensiones del plato de compresión, de la distancia de penetración y de la velocidad con que se aplica la fuerza. Debido a la naturaleza visco-elástica de los alimentos, la magnitud de la compresión desarrollada no solo es función de la deformación, sino también de la velocidad impuesta.

La compresión uniaxial es un ensayo muy utilizado en los quesos de pasta dura o semi-dura. Se realiza mediante una placa cilíndrica de gran diámetro, hasta alcanzar una deformación superior al punto de ruptura. No es raro sobrepasar un compresión del 50% de la altura inicial de la muestra. El rozamiento entre la muestra y la superficie de los instrumentos de medida es un parámetro importante que puede modificar considerablemente los resultados. Esto es visible a veces por un cambio de la concavidad de la curva, obtenida con, o sin, rozamiento. Por lo tanto, es necesario bloquear todo el deslizamiento, o bien, al contrario, favorecerlo por aplicación de una capa de aceite sobre las caras de la muestra. La determinación del punto de ruptura es generalmente muy difícil, ya que el proceso de ruptura está distribuido en el tiempo y comienza antes de que la curva esfuerzo deformación haya alcanzado su máximo. Las curvas obtenidas pueden ser muy distintas y se puede decir que estos perfiles de compresión podrían ser considerados como firmas reológicas de los quesos estudiados. Por ejemplo, el cheddar o el parmesano tienen deformaciones pequeñas (20%) en la ruptura, mientras que el comté rebasa el 50%, el emmental alcanza el 60% y el gouda puede rebasar el 70% (Roudot, 2004).

4.2. INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN

Muchas variables influyen en la consistencia del queso. Esto ha sido estudiado por varios trabajadores y críticas se han hecho (por ejemplo Walstra y van Vliet, 1982; Eberhard, 1985; Walstra et al, 1986; Prentice, 1987 mencionados por Luyten, 1988).

a) Contenido de agua

Un contenido de agua creciente disminuye la fuerza necesaria para una determinada deformación; agua ablanda un queso. La deformación a la fractura generalmente no cambia; por ejemplo, Creamer y Olson (1982) mencionados por Luyten (1988), encontraron efectos similares mediante la adición de humedad a pequeñas muestras de queso Cheddar maduro. Por la regulación de la deshidratación durante el prensado y maduración es incluso posible para controlar la firmeza de un queso.

b) Contenido graso

Un queso bajo en grasa es más firme y elástico. La tensión a la rotura y la energía necesaria para cortar el queso, disminuyen a temperatura ambiente con el aumento del contenido de grasa (Green et al., 1986 mencionado por Luyten, 1988). En general, un menor contenido de grasa va junto con un mayor contenido de agua, pero con un menor contenido de agua en la materia sin grasa.

c) pH

Un queso más ácido es más corto y más firme. Un queso de alta humedad que ha sufrido suficientemente proteólisis "licua" a pH alto, pero no a pH bajo (Luyten, 1988).

d) Maduración

Quesos de alta humedad suelen ser más suaves y más líquidos con la maduración. Quesos con un contenido de agua inferior se hacen más cortos y más firmes (Luyten, 1988).

Zúñiga et al. (2007) encontraron que el grado de maduración del queso tiene un efecto significativo sobre su dureza, donde al aumentar el tiempo de maduración aumenta el valor de la dureza. El incremento de la dureza del queso con respecto al tiempo de maduración puede deberse a la disminución del contenido de humedad del producto, grasa y proteína, lo cual de acuerdo a Castañeda (2002) y Osorio (2004) mencionado por Zúñiga et al. (2007), se debe a que un aumento de éstos componentes estructurales debilitan la estructura proteica, mientras que una disminución de los mismos provoca un endurecimiento en el queso.

En el caso de quesos semiduros, un grupo de investigadores del ISPJAE y del IIIA desarrollaron un extenso trabajo con quesos de diferentes tipos (Gouda, Saniso, Dambo, Fontina, Patagrás), tomando varias producciones y en distintas fábricas; al realizar una doble compresión a diferentes velocidades y niveles de compresión, se calculan los parámetros del perfil de textura, según las curvas obtenidas. Se encontraron magníficas correlaciones con las evaluaciones sensoriales de la dureza y la elasticidad, cuando las condiciones de operación del instrumento fueron de 20 [cm/min] de velocidad de compresión y un 75% de compresión de la muestra cortada en forma de cubo (Alvarado et al., 2001). La técnica ha sido también empleada para estudiar los cambios durante la maduración de quesos y las relaciones de la textura con la degradación de las proteínas y la composición de los quesos.

También se utilizan los ultrasonidos en el queso, pues la velocidad de estas ondas aumenta con la firmeza. Se han encontrado correlaciones con el módulo de Young, así como con la madurez del queso. Sin embargo, el estado físico del queso es sensible a la temperatura y, como en los ensayos clásicos, es necesario tener en cuenta este factor (Roudot, 2004).

5. REOLOGÍA

Reología se define como el estudio de la deformación y flujo de la material. Esta definición se puede expresar también como el estudio de la relación entre el esfuerzo aplicado a un material y la deformación que sufre dicho material. Según esto, si un material se deforma pero no fluye cuando se aplica un esfuerzo, se tiene un material solido; si el material fluye cuando se aplica un esfuerzo muy pequeño (en términos matemáticos: un diferencial de esfuerzo), entonces se trata de un fluido (Alvardo et al., 2001).

Zúñiga et al. (2007), afirma que se puede decir que cada queso, en un instante dado de su afinado, constituye una entidad reológica y que numerosos parámetros son capaces de modificar su comportamiento. Además este producto lácteo, es un material altamente viscoelástico cuya relación esfuerzo-deformación dependen significativamente del factor tiempo y cuyas propiedades reológicas están determinadas por la composición química del producto definiendo el tipo de queso: duro, semiduro o suave.

La caracterización reológica de queso es importante como un medio para determinar cuerpo y textura característicos y también para examinar cómo estos parámetros se ven afectados por la composición, técnicas de transformación y las condiciones de almacenamiento (Nedovomá, 2010).

6. TEXTURA

La textura puede considerarse como una manifestación de las propiedades reológicas de un alimento. Es un atributo importante de calidad que influye en los hábitos alimentarios, la salud bucal y la preferencia del consumidor; en el procesamiento y manipulación de alimentos, puede tomarse como índice de deterioro. La importancia de la textura en la calidad total varía ampliamente en función del tipo de alimento, entre otros factores; así, por ejemplo en aquellos casos donde la textura puede ser un factor crítico en la calidad de alimentos tales como papas fritas, hojuelas de maíz, galletas, sorbetos y otros productos crujientes. Por todo ello existe mucho interés por tratar de media la textura a través de métodos cuantitativos (Alvarado et al., 2001).

Ureña et al. (1999), el atributo que se evalúa en la deformación del alimento sólido se llama textura, consistencia en el caso de los alimentos semi-sólidos y viscosidad en alimentos líquidos.

Las características texturales se clasifican en tres categorías: atributos mecánicos, geométricos y de composición (Tabla 6). Estos tributos son la manifestación o resultado de una combinación de propiedades físicas y químicas, que incluyen la forma, tamaño, número, naturaleza y disposición de los elementos estructurales constituyentes.

Tabla 6. Clasificación de las características texturales.

Fuente: Ureña et al. (1999).

Muller (1973) menciona que la resistencia es la propiedad de un cuerpo en virtud de la cual soporta la aplicación de una fuerza sin sufrir ruptura, o una deformación profunda. La ruptura se produce por dos mecanismos que con frecuencia operan conjuntamente.

En teoría, en un sólido elástico, la carga se reparte homogéneamente entre los enlaces interatómicos y cuando sobrepasa ciertos límites se rompen todos. En la realidad, sin embargo, la carga no se distribuye de un modo tan homogéneo y los enlaces se van rompiendo sucesivamente. De otra parte, en el producto existen pequeñas fisuras que afectan a la resistencia, por los que los valores de resistencia a la ruptura, límite de rotura, calculados sobre la base de las fuerzas interatómicas son siempre mucho más altos que los determinados experimentalmente y los resultados obtenidos con una misma muestra varían muy ampliamente (Muller, 1973).

Para Jaros et al. (2001) mencionados por Zúñiga et al. (2007), las propiedades texturales del queso se ven afectadas por su composición fisicoquímica, siendo importantes el contenido de grasa, de proteínas y de humedad, aunque también influyen la tecnología de procesamiento y la intensidad de la proteólisis. La red proteica de los quesos está formada por las a s1 y las β-caseínas, cuyas cadenas helicoidales forman celdas que encierran los glóbulos de grasa, haciendo que la relación de grasa proteína en la leche sea crítica (Castañeda, 2002), así como el contenido de minerales, un incremento en materia grasa y contenido de agua debilitan la estructura proteica, mientras que una disminución de los mismos provoca un endurecimiento.

El número y distribución de las fisuras de un producto viene determinado por la estructura del mismo y el tratamiento a que se ha sometido. Cuanto más uniforme, cuanto mayores y mejor alineadas estén sus unidades estructurales, tanto más resistente será el producto (Muller, 1973).

La evaluación de la textura se puede realizar por métodos sensoriales e instrumentales, siendo estos últimos métodos indirectos cuyos resultados tiene sentido únicamente se están relacionados conceptual y estadísticamente con los obtenidos por métodos sensoriales, los cuales deben de considerarse como definitivos (Ureña et al., 1999).

Para la evaluación de la textura por técnicas instrumentales se ha desarrollado u gran número de equipos que miden la deformación de una muestra. Estos pueden se clasificados en cinco categorías: fundamentales, imitativos, empíricos, químicos y microscópicos (Lewis, 1993).

III. MATERIALES Y MÉTODOS

III.1Materiales: Tres tipos de queso comercial: fresco, madurado y parmesano. Seis repeticiones por cada

tipo de queso a evaluar. Texturómetro QTS, con su accesorio de compresión (plato QTS) Vernier Molde para obtener las muestras de queso (saca-bocados) Termómetro

III.2Metodología Experimental:

Preparación de la muestra:

Los tres tipos de queso comercial, se moldearán en forma de un cilindro de dimensiones 19 mm diámetro y 21mm. De altura (utilizando un molde).

Anotar las dimensiones reales de las muestras.

Medir la temperatura de la muestra.

Acondicionamiento del equipo:

Calibrar el equipo, sin ninguna base y con su respectivo accesorio CNS-QTS-CAL (vástago de 80mm.) Conexión con la computadora.

Colocar el accesorio correspondiente a la prueba a realizar, para este caso: placa superior cilíndrica de 1.8cm de diámetro.

Colocar la muestra en la parte central de la mesa, y bajo la placa cilíndrica (Manual bookfield, 2003)

Método de compresión uniaxial:

El método consiste en comprimir la muestra de queso hasta 75% de su altura original y la velocidad de compresión será 60mm/min.

Las muestras se analizan por duplicado (Fontecha et al., 1996).

Los datos se guardan en un archivo.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Se utilizó para la prueba el queso fresco de ninguna marca en particular. El queso fresco sometido a la prueba se encontraba a temperatura ambiente. Se realizaron 6 repeticiones, las cuales se llevaron a cabo con una velocidad de compresión de 60 mm/minuto, con barras cilíndricas de queso fresco de dimensiones 2.1 x 1.8cm. La deformación unitaria se obtiene del cociente entre la deformación total producida y la longitud del cilindro, el esfuerzo se obtiene del cociente entre la carga y el área de la sección transversal perpendicular a la carga. A continuación se presentan los gráficos esfuerzo- porcentaje de deformación para cada una de las repeticiones, donde se visualiza la región de elasticidad, la región de plasticidad, el módulo de deformabilidad (MD) y el esfuerzo de fractura (σf). El módulo de elasticidad o MD se determinó a partir de una regresión lineal para los datos experimentales (región inicial de la curva esfuerzo- deformación porcentual).

Gráfico 1. Esfuerzo-deformación del queso fresco (Primera repetición).

Tabla 1. Parámetros reológicos

experimental del queso freso

(Primera repetición)

σf = Esfuerzo a la fractura (N/m2) 57165.9968

Porcentaje de la deformación a la fractura (εf) 57.095237

Módulo de deformación (N/m2) 545.78

Gráfico 2. Esfuerzo-deformación del queso fresco (Segunda repetición).

Tabla 2. Parámetros reológicos experimental del queso freso (Segunda repetición)




Gráfico 3. Esfuerzo-deformación del queso fresco (Tercera repetición).

Tabla 3. Parámetros reológicos experimental del queso freso (Tercera repetición)




Gráfico 4. Esfuerzo-deformación del queso fresco (Cuarta repetición).

Tabla 4. Parámetros reológicos experimental del queso freso (Cuarta repetición)




Gráfico 5. Esfuerzo-deformación del queso fresco (Quinta repetición).

Tabla 5. Parámetros reológicos experimental del queso freso (Quinta repetición)




Gráfico 6. Esfuerzo-deformación del queso fresco (Sexta repetición).

Tabla 6. Parámetros reológicos experimental del queso freso (Sexta repetición)




Gráfico 7. Esfuerzo-deformación para 6 muestras de queso fresco

Tabla 7. Parámetros reológicos promedio del queso fresco




Desviación estándar de MD 40.1832078

Se utilizó para la prueba el queso Edam de marca Bonle. El queso fresco sometido a la prueba se encontraba a temperatura ambiente. Se realizaron 6 repeticiones, las cuales se llevaron a cabo con una velocidad de compresión de 60 mm/minuto, con barras cilíndricas de queso fresco de dimensiones 2.1 x 1.8cm.

Gráfico 8. Esfuerzo-deformación del queso Edam (Primera repetición).

Tabla 8. Parámetros reológicos experimental del queso Edam (Primera repetición)




Gráfico 9. Esfuerzo-deformación del queso Edam (Segunda repetición).

Tabla 9. Parámetros reológicos experimental del queso Edam (Segunda repetición)




Gráfico 10. Esfuerzo-deformación del queso Edam (Tercera repetición).

Tabla 10. Parámetros reológicos experimental del queso Edam (Tercera repetición)




Gráfico 11. Esfuerzo-deformación del queso Edam (Cuarta repetición).

Tabla 11. Parámetros reológicos experimental del queso Edam (Cuarta repetición)




Gráfico 12. Esfuerzo-deformación del queso Edam (Quinta repetición).

Tabla 12. Parámetros reológicos experimental del queso Edam (Quinta repetición)




Gráfico 13. Esfuerzo-deformación del queso Edam (Sexta repetición).

Tabla 13. Parámetros reológicos experimental del queso Edam (Sexta repetición)




Gráfico 14. Esfuerzo-deformación para 6 muestras de queso Edam

Tabla 14. Parámetros reológicos promedio del queso Edam


Porcentaje de la deformación a la fractura (εf)

51.015874


Desviación estándar de MD 136.737449

Se utilizó para la prueba el queso Parmesano sin marca. El queso fresco sometido a la prueba se encontraba a temperatura ambiente. Se realizaron 6 repeticiones, las cuales se llevaron a cabo con una velocidad de compresión de 60 mm/minuto, con barras cilíndricas de queso fresco de dimensiones 2.1 x 1.8cm.

Gráfico 15. Esfuerzo-deformación del queso Parmesano (Primera repetición).

Tabla 15. Parámetros reológicos experimental del queso Parmesano (Primera repetición)



Módulo de deformación (N/m2) 20982

Gráfico 16. Esfuerzo-deformación del queso Parmesano (Segunda repetición).

Tabla 16. Parámetros reológicos experimental del queso Parmesano (Segunda repetición)




Gráfico 17. Esfuerzo-deformación del queso Parmesano (Tercera repetición).

Tabla 17. Parámetros reológicos experimental del queso Parmesano (Tercera repetición)




Gráfico 18. Esfuerzo-deformación del queso Parmesano (Cuarta repetición).

Tabla 18. Parámetros reológicos experimental del queso Parmesano (Cuarta repetición)




Gráfico 19. Esfuerzo-deformación del queso Parmesano (Quinta repetición).

Tabla 19. Parámetros reológicos experimental del queso Parmesano (Quinta repetición)




Gráfico 20. Esfuerzo-deformación del queso Parmesano (Sexta repetición).

Tabla 20.

Parámetros reológicos experimental del queso Parmesano (Sexta repetición)




Gráfico 21. Esfuerzo-deformación para 6 muestras de queso Parmesano

Tabla 21. Parámetros reológicos promedio del queso Parmesano


Porcentaje de la deformación a la fractura (εf)

36.880952


Desviación estándar de MD (para 3 repeticiones)

2047.51821

- Se puede observar en las Gráficas los puntos de ruptura de los diferentes quesos y como éste tiene un comportamiento viscoelástico, para los diferentes tipos de quesos tratados.

- Mediante regresión lineal se obtuvo el módulo de deformación (MD) de los tres tipos de quesos, siendo el MD del queso parmesano el mayor con un valor de 22380.9333 N/m2, seguido por el queso Edam (madurado) con un MD igual a 1064.8386 N/m2, superando al queso fresco con un valor de 581.265767 N/m2, esto se debe a diferentes características que priman en cada tipo de queso. Zúñiga et al. (2007), afirma que se puede decir que cada queso, en un instante dado de su afinado, constituye una entidad reológica y que numerosos parámetros son capaces de modificar su comportamiento. Además este producto lácteo, es un material altamente viscoelástico cuya relación esfuerzo-deformación dependen significativamente del factor tiempo y cuyas propiedades reológicas están determinadas por la composición química del producto definiendo el tipo de queso: duro, semiduro o suave.

- En teoría, en un sólido elástico, la carga se reparte homogéneamente entre los enlaces interatómicos y cuando sobrepasa ciertos límites se rompen todos. En la realidad, sin embargo, la carga no se distribuye de un modo tan homogéneo y los enlaces se van rompiendo sucesivamente. De otra parte, en el producto existen pequeñas fisuras que afectan a la resistencia, por los que los valores de resistencia a la ruptura, límite de rotura, calculados sobre la base de las fuerzas interatómicas son siempre mucho más altos que los determinados experimentalmente y los resultados obtenidos con una misma muestra varían muy ampliamente (Muller, 1973).

- Zúñiga et al., (2007), menciona que la caseína forma una red que se extiende en todas las direcciones formando una jaula, donde la rigidez depende de la abertura de la red, de la cantidad de agua que enlaza a la caseína y la presencia de grasa y agua libre. Con esto se corrobora que el queso parmesano quien tiene un alto contenido de caseína y bajo contenido de agua presenta una mayor rigidez y es más difícil de deformarlo, ya que según el autor, el agua actúa como un aditivo plástico donde el incremento del agua aumentará la plasticidad del producto.

- El aumento de MD podría ser el resultado de la fusión de las partículas de caseína por el cambio de las fuerzas inter e intra moleculares (geles de caseína). Algunos autores indican que las partículas de caseína sufren reacomodamiento, fusión y sinéresis en el proceso de formar la cuajada; los geles de caseína son dinámicos por naturaleza (Fraud et al., 2008).

- Como se observa en la Tabla 4 (De La Revisión Literaria), el MD del queso Edam es 500 KN/m2 pero en la Tabla 5 es 340 KN/m2, conseguid por otro método (Prentice et al, 1993). En cambio para el parmesano fue de 1980 KN/m2 y 550 KN/m2 por otro método, valores muy diferentes a los conseguidos en la práctica.

- Zúñiga et al. (2007) encontraron que el grado de maduración del queso tiene un efecto significativo sobre su dureza, donde al aumentar el tiempo de maduración aumenta el valor de la dureza. El incremento de la dureza del queso con respecto al tiempo de maduración puede deberse a la disminución del contenido de humedad del producto,

grasa y proteína, lo cual de acuerdo a Castañeda (2002) y Osorio (2004) mencionado por Zúñiga et al. (2007), se debe a que un aumento de éstos componentes estructurales debilitan la estructura proteica, mientras que una disminución de los mismos provoca un endurecimiento en el queso. Al tener el queso parmesano un tiempo de maduración mayor al de los otros dos tipos de queso, en donde el queso fresco no pasa por ningún proceso de maduración por lo que es menos duro en comparación con los otros dos.

- En el caso de quesos semiduros, un grupo de investigadores del ISPJAE y del IIIA desarrollaron un extenso trabajo con quesos de diferentes tipos (Gouda, Saniso, Dambo, Fontina, Patagrás), tomando varias producciones y en distintas fábricas; al realizar una doble compresión a diferentes velocidades y niveles de compresión, se calculan los parámetros del perfil de textura, según las curvas obtenidas. Se encontraron magníficas correlaciones con las evaluaciones sensoriales de la dureza y la elasticidad, cuando las condiciones de operación del instrumento fueron de 20 [cm/min] de velocidad de compresión y un 75% de compresión de la muestra cortada en forma de cubo (Alvarado et al., 2001). La técnica ha sido también empleada para estudiar los cambios durante la maduración de quesos y las relaciones de la textura con la degradación de las proteínas y la composición de los quesos.

- Un contenido de agua creciente disminuye la fuerza necesaria para una determinada deformación; el agua ablanda un queso. La deformación a la fractura generalmente no cambia; por ejemplo, Creamer y Olson (1982) mencionados por Luyten (1988), encontraron efectos similares mediante la adición de humedad a pequeñas muestras de queso Cheddar maduro. Por los contenido de agua diferentes en estos tres tipos de queso es que se da la diferenciación en su Módulo de deformación así como en el esfuerzo de fractura, en donde se necesitó un mayor esfuerzo para el queso parmesano, seguido del queso madurado y finalmente el menor esfuerzo de fractura lo presentó l queso fresco.

- Según los resultados obtenidos el queso fresco presentó una menor resistencia a la deformación; ya que, estos quesos tienen un alto contenido en humedad (>67 %) y no han sufrido un proceso de maduración, son quesos sin corteza o con corteza muy fina, que apenas se prensan. (Chamorro et al., 2002). Quesos de alta humedad suelen ser más suaves y más líquidos con la maduración. Quesos con un contenido de agua inferior se hacen más cortos y más firmes (Luyten, 1988), como es el caso del parmesano.

- El queso Edam presentó un valor intermedio de resistencia a la fractura según la grafica que obtuvimos en los resultados, ya que este presenta una humedad del 67%, clasificándose dentro de los quesos de pasta prensada (Chamorro et al., 2002).

- El contenido de grasa es otro factor que influye sobre la dureza de los quesos; un queso bajo en grasa es más firme y elástico. La tensión a la rotura y la energía necesaria para cortar el queso, disminuyen a temperatura ambiente con el aumento del contenido de grasa (Green et al., 1986 mencionado por Luyten, 1988). En general, un menor contenido

de grasa va junto con un mayor contenido de agua, pero con un menor contenido de agua en la materia sin grasa.

- El queso fresco al contar con un contenido de grasa de 0.5% (Early, 1998), es un producto más elástico que el queso Edam con un contenido de grasa del 30 al 45% sobre el total de materia seca. Scott (1991) y Madrid (1994) mencionados por Osorio et al. (2004), también coinciden en que el queso Edam se fabrica con un contenido de grasa del 30, 40 y 50% sobre la materia seca, además añade que se elaboran en forma de esferas aplastadas o bloques y que su textura es elástica, más blanda que la del queso Parmesano y con pocos ojos, los cuales son redondos y ovales.

- En cuanto a al porcentaje de deformación (εf), el queso fresco presente un mayor valor con 62.7210 %, seguido por el queso Edam con 51.015874 %, y por último con un menor valor el queso parmesano con 36.880952%. Según (Roudot, 2004). El cheddar o el parmesano tienen deformaciones pequeñas (20%) en la ruptura. Esto se comprobó al observar un mayor esfuerzo, menor deformación y una menor área de fractura calculada con los datos obtenidos. Además el queso parmesano tiene mayor tiempo de maduración. Zúñiga et al. (2007) encontró que el grado de maduración del queso tiene un efecto significativo sobre su dureza, donde al aumentar el tiempo de maduración aumenta el valor de la dureza. El incremento de la dureza del queso con respecto al tiempo de maduración puede deberse a la disminución del contenido de humedad del producto y grasa.

- Roudot (2004) menciona que se puede señalar que la curva de aplastamiento es muy cóncava en el origen y, después, tiende hacia una recta. Esta concavidad puede ser mucho menor pero existe siempre. Se debe a dos efectos: el primero es un defecto de paralelismo entre los dos planos de aplastamiento (se trata pues de un artefacto), el segundo proviene de un aplastamiento del tejido del producto en estudio. Esto se puede observar en la mayoría de las graficas obtenidas pero no en todas debidas a variables no controladas en la experimentación.

- Después del punto de fractura la curva cae cada vez más lentamente, lo que es signo de viscosidad, para por fin alcanzar el cero para una deformación no nula, lo que muestra el carácter plástico del producto bajo este esfuerzo (Roudot, 2004).

- Es particularmente importante tener en cuenta este preliminar pues numerosos errores en las curvas resultantes y en la interpretación final provienen de defectos de configuración de las muestras; en particular, debe tenerse muy en cuenta el paralelismo de las caras aplastadas. Otro elemento que no se debe despreciar en la definición de las muestras es el conocimiento de la heterogeneidad y de la posible anisotropía del producto en estudio (Roudot, 2004).

- El mismo autor señala que se está obligado a utilizar muestras de formas geométricas normalizadas, paralelepípedos o cilindros, sacadas del producto a estudiar. Es

particularmente importante tener en cuenta este preliminar pues numerosos errores en las curvas resultantes y en la interpretación final provienen de defectos de configuración de las muestras; en particular, debe tenerse muy en cuenta el paralelismo de las caras aplastadas.

- Las muestras e obtuvieron de diferentes partes del queso, incluso de la corteza lo cual fue erróneo, debido a que los ensayos se efectúan sin la corteza en la mayor parte de los casos, ya que la estructura física de esta parte es distinta de la del queso (Roudot, 2004). Durante la práctica se cometieron errores atribuidos a los cortes realizados en los tipos de quesos, ya que lo mencionado por el autor no se tuvo en cuenta y la disponibilidad de queso fue limitada.

- En la práctica no se controló la temperatura a la cual se trabajó por lo este pudo haber sido un error al momento de trabajar con los diferentes tipos de quesos ya que a bajas temperaturas, los glóbulos grasos son sólidos y contribuyen a la rigidez del producto, complementando la estructura reticulada de las caseínas. A temperaturas intermedias, los glóbulos grasos son plásticos e influyen sobre la viscosidad del producto. A temperaturas más altas, las materias grasas son líquidas y contribuyen poco a la firmeza (Roudot, 2004).

- Por lo tanto para caracterizar un queso en lo que corresponde a su tipicidad, es necesario conocer el máximo de informaciones objetivas y cuantificables en 5 campos (Castañeda et al., 2000):

o La naturaleza de la leche, en relación con la raza, las practicas de producción, las condiciones de la colecta y la composición.

o La tecnología utilizada.

o El ecosistema microbiano que participa en el aspecto (pasta, corteza) y en las propiedades organolépticas (textura, sabor).

o La evolución fisicoquímica y bioquímica durante la maduración.

o Las características sensoriales del producto final.

V. CONCLUSIONES

- Según las pruebas realizadas se puede concluir que el queso parmesano es más duro y menos plástico, presentando menor deformación y menor área de fractura.

- Los valores de Módulo de deformación (MD) aumentan en los queso de la siguiente manera: queso fresco, queso Edam y queso parmesano. Los valores MD muestran que las propiedades elásticas dominan sobre las viscosas, en un comportamiento típico de gel.

- Los valores de MD reportados son menores a los encontrados en fuentes bibliográficas.

- La dureza como parámetro textural del queso se incrementa significativamente con el tiempo de maduración, en donde el queso Parmesano al tener un tiempo de maduración mayor suele ser más duro que los otros dos.

- Debido a su alto contenido de agua, y no pasar por un tiempo de maduración, el queso fresco presentó una mayor deformación y mayor área de fractura.

- La determinación y conocimiento de los parámetros reológicos servirá para establecer datos que permitan identificar quesos elaborados con diferentes tecnologías y a partir de leche de distintas especies, que pueden servir como base para establecer una caracterización basada en parámetros cuantificables como los reológicos.

- El tipo de corte y la uniformidad en las muestras afectan los resultados finales.

VI. CUESTIONARIO

Esquematice la red proteica del queso y como varía con su composición.

La red proteica de los quesos está formada por las αs1 y β-caseínas, cuyas cadenas helicoidales forman celdas que encierran los glóbulos de grasa, haciendo que la relación de grasa proteína en la leche sea crítica (Castañeda, 2002), así como el contenido de minerales, un incremento en materia grasa y contenido de agua debilitan la estructura proteica, mientras que una disminución de los mismos provoca un endurecimiento en el queso.

FIGURA: 1) Monómero de αs1-CN o β-CN con anillo de fosfato cargado; 2) Tetrámero de monómeros de αs1-CN; 3) Modelo plano de un núcleo polimérico de αs1-CN y β-CN.

Para Jaros et al. (2001) las propiedades texturales del queso se ven afectadas por su composición fisicoquímica, siendo importantes el contenido de grasa, de proteínas y de humedad, aunque también influyen la tecnología de procesamiento y la intensidad de la proteólisis. Relación entre las propiedades texturales y las físico químicas. La estructura a nivel micro y macro son los elementos principales que definen la textura de un alimento, y esta estructura depende primordialmente de los componentes del alimento, en el queso está conformada por una red proteica de caseína y grasa, haciendo que la relación entre grasa y proteína sea crítica, influyendo en las propiedades texturales del queso.

Durante la maduración del queso ocurrió una disminución del contenido de proteína, grasa y humedad, afectando las propiedades texturales.

Lugar que ocuparía glóbulo

de grasa

La dureza aumentó en la medida en que el contenido de grasa, proteína y humedad disminuyeron, un incremento en materia grasa y contenido de agua debilitan la estructura proteica, mientras que una disminución de los mismos provoca un endurecimiento en el queso. Lo mismo ocurrió para la adhesividad, cohesividad y masticabilidad, con excepción de la resortabilidad la cual disminuyó.

VII. BIBLIOGRAFÍA

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