UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

INTEGRANTES:CHIMBO CASTILLO LUIS GIRON CUNGUIA JESUS EDUARDO IPANAQUE MAZA EDGAR JOEL

INGENIERO:JULIO CESAR JIMENEZ

CURSO:MODELOS EXPERIMENTALES

CICLO:V CICLO

FACULTAD:ING. INDUSTRIAL

ESCUELA:ING. AGROINDUSTRIAL

I. TITULO:

EFECTO DEL % DE CULTIVO, % DE AZUCAR Y TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO EN LA DETERMINACION DE LOS GRADOS BRIX DEL YOGURT

II. INTRODUCCION

La fermentación láctica o fermentación anoxidativa realizada por bacterias quimiotróficas (bacterias acido lácticas) obtiene su energía a partir de la lactosa para su metabolismo.

La lactosa de la leche es transformada por vía oxidativa EMBDER-MEYERHOF-PARNAS a partir de su hidrólisis éxoenzimática, es decir, fuera de la pared celular hasta glucosa y galactosa.

En la leche la velocidad con que se produce esta transformación genera una reordenación y reconfiguración de las micelas de proteínas formando un coágulo de características diferenciadas.

Esta cinética de consumo de la lactosa (fermentación) se ve influenciada por factores externos como la temperatura, la concentración de sustratos y la concentración inicial de las bacterias fermentativas ácido-lácticas, etc.

Estudiaremos los efectos de los factores que influyen en los grados ºBrix del yogurt, entre los factores a estudiar, en este modelo experimental son los % de cultivo, los cuales son muy importantes para la fermentación de la leche (materia prima), % de azúcar el cual le dará las características de la dulzura del producto final (yogurt) y la temperatura de almacenamiento; en los grados ºBrix en el producto final.

Para estudiar el efecto de estos factores, los analizaremos mediante un diseño factorial 2k el cual constara con 3 factores, con dos niveles cada uno, el cual nos permitirá saber o determinar qué factores influirán en los grados ºBrix del producto final (yogurt natural)

III. COMPRENSION Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

La fermentación láctica o fermentación anoxidativa realizada por bacterias quimiotróficas (bacterias acido lácticas) obtiene su energía a partir de la lactosa para su metabolismo.

La lactosa de la leche es transformada por vía oxidativa EMBDER-MEYERHOF-PARNAS a partir de su hidrólisis éxoenzimática, es decir, fuera de la pared celular hasta glucosa y galactosa.

En la leche la velocidad con que se produce esta transformación genera una reordenación y reconfiguración de las micelas de proteínas formando un coágulo de características diferenciadas.

Esta cinética de consumo de la lactosa (fermentación) se ve influenciada por factores externos como la temperatura, la concentración de sustratos y la concentración inicial de las bacterias fermentativas ácido-lácticas, etc.

Por ello, controlando estos factores podremos optimizar la coagulación de la leche, por ejemplo en la elaboración del yogurt aflanado.

La estabilidad del coágulo formado por fermentación ácido láctica sé vera influenciado por la temperatura y la concentración del cultivo iniciador, determinando una cinética de la acidificación, que resuelve la estabilidad y la viscosidad del coagulo formado en la elaboración del yogurt aflanado.

Esta característica podrá ser evaluada determinando los valores de grado de ºBrix y viscosidad para cada combinación de temperatura y concentración de cultivo iniciador ensayado.

El yogurt tiene como base 2 especies bacterianas que viven en él; ellos son: el Streptococcus thermophilus y el Lactobacillusbulgaricus cuya relación cuantitativa es de 1:1 a 2:3aproximadamente (Madrid, 1994).

Es por estas razones que se llevó a plantear el siguiente problema:

¿Cuál será el efecto del % de cultivo, % de azúcar y la temperatura de almacenamiento frente a los grados brix en el yogurt natural?

¿Qué valores de % de cultivo, % de azúcar y temperatura de almacenamiento serán los más adecuados para mejorar los grados ºBrix en el yogurt?

IV. LOS OBJETIVOS PLANTEADOS PARA EL SIGUIENTE TRABAJO FUERON LOS SIGUIENTES:

Evaluar, utilizando el Diseño experimental “factorial 2k”, el efecto del % de cultivo (1 – 1.5) %, concentración de azúcar (8% – 10%) y la temperatura de almacenamiento (Temperatura ambiente – Temperatura de refrigeración) en la determinación de los grados brix del yogurt natural.

Determinar las mejores concentraciones de cultivo, concentraciones de azúcar y temperatura de almacenamiento para mejorar los grados ºBrix en el yogurt natural.

V. ELECCION DE LOS FACTORES Y DE LA VARIABLE DE RESPUESTA.

Esquema experimental para evaluar el efecto de la concentración de cultivo, concentración de azúcar y la temperatura de almacenamiento en el mejoramiento de los grados ºBrix en el yogurt natural.

% de cultivo(1-1.5)%

% de azúcar ºBrix en el (8-10)% yogurt natural

Temperatura de Almacenamiento(Ambiente – refrigeración)

Se elaboró un yogurt con concentraciones de cultivo de (1 – 1.5)% y concentraciones de azúcar (8 -10)% , almacenadas a temperaturas de almacenamientos diferentes ( ambiente y refrigeración), obteniéndose 16 observaciones para determinación de los grados ºBrix en el yogurt natural.

Para la determinación de los grados ºBrix en las 16 observaciones se extrae una muestra de cada una de ellas, para determinar los grados ºBrix utilizando un refractómetro (brixometro).

PROCEDIMIENTO PARA LA ELABORACIÓN DE YOGURT NATURAL

Para la elaboración de yogurt natural se siguió el siguiente flujo en los cuales se presentan Los detalles de las operaciones que se siguieron durante el proceso:

Regulación de sólidos

A 5 °C

A 45 °C por 7 horas

Incorporación de cultivo madre a 45°C

A 45 °C

90 °C por 20 min.

2 litros

Filtrar impurezas

ESTANDARIZACIÓN

BATIDO

FILTRACIÓN

REFRIGERACIÓN

INCUBACIÓN

INOCULACIÓN

ENFRIADO

PASTEURIZACIÓN

LECHE ENTERA

ADICIÓN DE AZÚCAR

Descripción del diagrama de flujo:

Recepción de la leche: es un punto de control en donde deben realizarse verificaciones inmediatas de la calidad acordadas de la leche cruda. La leche más apropiada es la que posea un contenido elevado de proteínas por razón de su alta densidad. Para que el cultivo iniciador se desarrolle, han de tenerse en cuenta los siguientes criterios:

Bajo recuento bacteriano.

Libre de antibióticos, desinfectantes, leche mastítica, calostro y leche rancia.

Sin contaminación por bacteriófagos.

Filtración: se realiza la filtración de la leche para evitar el ingreso de partículas gruesas al proceso.

Estandarización y preparación de la mezcla: se regula el contenido de grasas y sólidos no grasos. Se agrega azúcar de acuerdo al tipo de producto a elaborar, y se regula el contenido de extracto seco mediante el agregado de leche en polvo, concentración por las técnicas de filtración a través de membranas o sustracción de agua por evaporación.

Pasteurización: Por principio, el yogur se ha de calentar por un procedimiento de pasteurización autorizado. Para que el yogur adquiera su típica consistencia no sólo es importante que tenga lugar la coagulación ácida, sino que también se ha de producir la desnaturalización de las proteínas del suero, en especial de la 1 -lactoglobulina. Como es sabido, esto se produce a temperaturas aproximadas a 75 ºC, consiguiéndose los mejores resultados de consistencia (en las leches fermentadas) a una temperatura entre 85 y 95 ºC. El tratamiento térmico óptimo consiste en calentar a 90 ºC y mantener esta temperatura durante 15 minutos.

Enfriamiento: es un punto de control porque asegura la temperatura óptima de inoculación, permitiendo la supervivencia de las bacterias del inóculo. Como se mencionó, se enfría hasta la temperatura óptima de inoculación (42-45ºC) o generalmente hasta unos grados por encima y luego es enviada a los tanques de mezcla.

Inoculación: es un punto de control porque la cantidad de inóculo agregado determina el tiempo de fermentación y con ello la calidad del

producto. Como se dijo antes se buscan las características óptimas para el agregado de manera de obtener un producto de alta calidad en un menor tiempo, de 2 a 3% de cultivo, 42 y 45 ºC, y un tiempo de incubación de 230

a 3 hrs.

Se inocula con un starter de los dos microorganismos, el Streptococcus thermophilus y el Lactobacillus bulgaricus, pero que han sido cultivados por separado para evitar un exceso de producción de ácido láctico. De este modo, no se ve favorecida una especie frente a la otra dentro del mismo starter.

Incubación: La temperatura y el tiempo de incubación, además de la cantidad de inóculo, no solo influyen en la acidez final sino también en la relación entre bacterias. En el caso del cultivo del yogurt con Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus, una menor cantidad de inóculo y bajas temperaturas favorecen al Streptococcus thermophilus y en el caso inverso al Lactobacillus bulgaricus. En la elaboración de yogurt es preferible usar un corto tiempo de procesamiento, y para eso se regula la temperatura y la cantidad de inóculo. Normalmente se usan temperaturas de incubación entre 42 y 45 ºC, de 2 a 3% de cultivo y un tiempo de incubación de 230 a 3 hrs.

En un principio el pH (comúnmente de 6,8) es favorable para el Streptococcus thermophilus que se desarrolla más rápido produciendo ácido fórmico y dióxido de carbono, bajando así el pH hasta 5 aproximadamente. De este modo se estimula el crecimiento del Lactobacillus bulgaricus. Al mismo tiempo, el desarrollo del Lactobacillus bulgaricus favorece el crecimiento del Streptococcus thermophilus por la producción de nutrientes como ácido láctico, péptidos y aminoácidos como la valina.

Como vimos, estos microorganismos y su efecto sinérgico del crecimiento conjunto son los responsables finalmente de la formación de aromas y texturas típicos del yogurt. Entre los componentes responsables del aroma se encuentran el acetaldehído, acetoína, diacetilo.

Es decir el proceso de incubación se inicia con el inóculo de los fermentos. Se caracteriza por provocarse, en el proceso de fermentación láctica, la coagulación de la caseína de la leche. El proceso de formación del gel se produce unido a modificaciones de la viscosidad y es especialmente sensible a las influencias mecánicas. En este proceso se intenta siempre conseguir una viscosidad elevada para impedir que el gel pierda suero por exudación y para que adquiera su típica consistencia. Se desarrolla de

forma óptima cuando la leche permanece en reposo total durante la fermentación.

Es un punto de control ya que, determinada la cantidad de inóculo y la temperatura óptima de crecimiento, queda determinado el tiempo y se debe controlar junto con la temperatura para no generar un exceso de ácido láctico.

Refrigeración: (En el firme se hace luego de envasado) El enfriamiento se ha de realizar con la mayor brusquedad posible para evitar que el yogur siga acidificándose en más de 0,3 pH. Se ha de alcanzar, como mucho en 1,5-2,0 horas, una temperatura de 15°C. Este requisito es fácil de cumplir cuando se elabora yogur batido o yogur para beber, por poderse realizar, en estos casos, la refrigeración empleando cambiadores de placas.

Transcurridas de 10 a 12 horas de almacenamiento, el yogur estará listo para la expedición. Se debe controlar la temperatura a la cual se enfría el producto para detener la fermentación.

Homogeneización para generar el batido: (Sólo para el yogurt batido) En la homogeneización se rompe por agitación el coágulo formado en la etapa previa y se agregan edulcorantes, estabilizantes, zumos de frutas, según corresponda la variedad del producto.

Envasado: Este proceso de fermentación se puede lograr de dos maneras distintas, según se quiera obtener yogurt firme o yogurt batido. El yogurt firme se envasa inmediatamente a la adición del starter en vasitos o tarritos y son llevados de esta forma a una estufa donde se produce la fermentación hasta el punto deseado y luego se refrigera en cámaras o en túneles de refrigeración.

En cambio, en el yogurt batido la fermentación se produce directamente en el reactor, se homogeneiza, se enfría en un intercambiador entre 22 y 24 ºC, temperatura indicada para retardar el desarrollo de las bacterias, se termina por envasar en recipientes que son inmediatamente refrigerados.

Cámara refrigerada y conservación: es un punto crítico de control, ya que la refrigeración adecuada y a la vez la conservación de la cadena de frío aseguran la calidad sanitaria desde el fin de la producción hasta las manos del consumidor. El yogur elaborado bajo condiciones normales de

producción se conserva, a temperaturas de almacenamiento ≤ 8.oC, por un tiempo aproximado de una semana.

La tendencia a concentrar la producción, requisito indispensable de las instalaciones modernas de producción, la creciente variedad de productos

y el cada vez mayor ámbito de distribución de los mismos hacen necesario alargar el tiempo de conservación a 3-4 semanas.

VI. MARCO TEORICO

DISEÑOS FACTORIALES 2k

En diseños industriales es frecuente considerar dos niveles para cada uno de los factores que pueden intervenir en el diseño experimental. Un diseño con k factores que tienen dos niveles requiere un número de replicaciones igual a 2kobservaciones. En este tipo de modelos se asume que los efectos son fijos y la aleatorización completa y se consideran las mismas restricciones que en el caso de los diseños factoriales típicos.

EL DISEÑO 22

Se consideran dos factores A y B con dos niveles:

bajo: 0

alto: 1

Los niveles altos de los factores se representan mediante las letras a y b respectivamente y los niveles bajos se representan por la ausencia de dichas letras. Si ambos niveles son bajos se considera un valor igual a (1).

(0,0) =⇒ (1)

(1,0) =⇒ a

(0,1) =⇒ b

(1,1) =⇒ a

(1), a, b y ab son las respuestas para las n réplicas. Los efectos medios de A y B son

Estos valores se obtienen considerando que, por ejemplo, el efecto de A se obtiene como la diferencia entre el nivel alto del factor menos el nivel bajo (en cada caso en relación a los niveles del otro factor): El efecto A en el nivel bajo de B es (a - (1))/n y el efecto A en el nivel alto de B es (ab - b)/n.

Así, el efecto medio de A es:

El efecto de la interacción AB se define como la diferencia media entre el efecto de A al nivel alto de B, y el efecto de A al nivel bajo de B:

Del mismo modo se puede definir BA, obteniéndose que AB = BA.En general, se trata de medir la importancia y el efecto de los factores que intervienen, en términos de la magnitud y del signo de los efectos anteriores. Las sumas de cuadrados se pueden definir en términos, también, de las estimas anteriores:

La suma de cuadrados total es, como habitualmente,

Y tiene ( 22· n) - 1 grados de libertad.

La suma de cuadrados del error es

SCE = SCT - SCA - SCB - SCAB.

Y SCE tiene 4(n - 1) grados de libertad.

La tabla de análisis de la varianza es, entonces,

VII. MATERIALES Y MÉTODOSA. MATERIALES

I.1. Lugar de Ejecución: Laboratorio de Zootecnia – Universidad Nacional De Piura

I.2. Materiales, equipos, insumos, reactivos utilizados:

MATERIA PRIMA E INSUMOS

RAZONES CANTIDAD

Leche fresa Materia prima 2lts.

Azúcar blanca y refinada Dulzura 1.5 kg.

Cultivo lácteo Fermentación 150 ml.

Botellas plásticas Para envasar 12

Detergente Desinfección 1 bolsa

Organza Para filtrar 1 m2

MATERIALES Y EQUIPOS RAZONES

Termómetro Estado de la temperatura

Balanza Pesar

Olla de aluminio Para pasteurizar la leche

Paletas de madera Batir la leche

Cocina a gas Para pasteurizar la leche

Cámara de refrigeración Mantener la temperatura

Baño maría (40-45)°C Incubación

ELECCION DEL DISEÑO EXPERIMENTAL.

ANÁLISIS ESTADÍSTICO

MATRIZ DE CORRIDAS

VARIABLES INDEPENDIENTES V. DEPENDIENTE

ENSAYOS % DE CULTIVO

% DE AZUCAR

TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO

ºBrix

1 1 8 AMBIENTE 152 1 8 AMBIENTE 143 1 8 REFRIGERACION 144 1 8 REFRIGERACION 155 1 10 AMBIENTE 166 1 10 AMBIENTE 157 1 10 REFRIGERACION 168 1 10 REFRIGERACION 169 1.5 8 AMBIENTE 14

10 1.5 8 AMBIENTE 1311 1.5 8 REFRIGERACION 1312 1.5 8 REFRIGERACION 1313 1.5 10 AMBIENTE 1514 1.5 10 AMBIENTE 1415 1.5 10 REFRIGERACION 1416 1.5 10 REFRIGERACION 14

El diseño factorial 2kse usó con el fin de determinar la influencia de los tres factores a evaluar y sus interacciones en los grados ºBrix del yogurt natural, utilizándose el diseño factorial 23 con 2 réplicas.

Diseño factorial 23 Factores: % de cultivo, % de azúcar y temperatura de almacenamiento Numero de observaciones: 16 Respuesta: ° ºBrix

Tabla de valores del experimento:

8% 10%ambi refri ambi refri

1%15 14 16 1614 15 15 16

1,50%14 13 15 1413 13 14 14

Hipótesis:

a) Factor: concentración de cultivoH0: µA=0 (no hay efecto de la concentración cultivo frente a los grados ºBrix del yogurt)H1: µA≠0 (si hay efecto de la concentración de cultivo frente a los grados ºBrix del yogurt)

b) Factor: concentración de azúcar H0: µB=0 (no hay efecto de la concentración de azúcar frente a los grados ºBrix del yogurt)H1: µB≠0 (si hay efecto de la concentración de azúcar frente a los grados ºBrix del yogurt)

c) Factor: temperatura de almacenamientoH0: µB=0 (no hay efecto de la temperatura de almacenamiento frente a los grados ºBrix del yogurt)H1: µB≠0 (si hay efecto de la de la temperatura de almacenamiento frente a los grados ºBrix del yogurt)

NIVELES:

Para realizar el siguiente experimento los factores a estudiar (concentración de cultivo, concentración de azúcar y la temperatura de almacenamiento) tomaron los siguientes valores, los cuales permitieron determinar cuál es el más acto para mantener la calidad del producto.

FACTORES VALORES

concentración de cultivo 1% 1.5%concentración de azúcar 8% 10%la temperatura de almacenamiento

Ambiente Refrigeración

I. RESULTADOS

ANALISIS DEL ANOVA PARA EL DISEÑO

TABLA N° 2: METODO POR CONTRASTES.

  A B AB C AC BC ABC("1") -1 -1 1 -1 1 1 -1

a 1 -1 -1 -1 -1 1 1b -1 1 -1 -1 1 -1 1ab 1 1 1 -1 -1 -1 -1c -1 -1 1 1 -1 -1 1ac 1 -1 -1 1 1 -1 -1bc -1 1 -1 1 -1 1 -1abc 1 1 1 1 1 1 1

CONTRA -11 9 -1 -1 -3 1 -1SS 7,5625 5,0625 0,0625 0,0625 0,5625 0,0625 0,0625

TABLA N° 3: ANOVA

FV ss gl Ms Fo F5%(v,Ve)A 7,5625 1 7,5625 24,2 > 5,31765507 SIGNIFICATIVA

B 5,0625 1 5,0625 16,2 > 5,31765507 SIGNIFICATIVA

C 0,0625 1 0,0625 0,2 < 5,31765507 NO SIGNIFICATIVA

AB 0,0625 1 0,0625 0,2 < 5,31765507 NO SIGNIFICATIVA

AC 0,5625 1 0,5625 1,8 < 5,31765507 NO SIGNIFICATIVA

BC 0,0625 1 0,0625 0,2 < 5,31765507 NO SIGNIFICATIVA

ABC 0,0625 1 0,0625 0,2 < 5,31765507 NO SIGNIFICATIVA

ERROR 2,5 8 0,3125TOTAL 15,9375 15

PRUEBAS MULTIPLES DE DUNCAN

1. Disponer en forma ascendente los promedios de los tratamientos:

% de cultivo % de azúcar T° de almacenamiento

Ῡ2=13.75

Ῡ1=15.125

Ῡ1=13.875

Ῡ2=15

Ῡ2=14.375

Ῡ1=14.5

2. Determinación del error estándar de cada promedio, mediante la siguiente relación:

S Ῡi. = √Mseb

S Ῡi. = √ 0,06258

= 0.088

3. Calcular el valor de Rp mediante el siguiente planteamiento:

Rp= rα (p,f) . S Ῡi.

Dónde: P: 2,…,a A: # de tratamientos F: grados de libertad del error

R2= r0.5 (2, 8). S Ῡi. = (3.26) (0.088) =0.28688

4. Probar las diferencias observadas entre las medias, comenzando por el valor más alto contra el más pequeño y compararlo con el intervalo mismo significativo Rp correspondiente:

Comparando:

Factor: % de cultivo

Ῡ1.- Ῡ2. = 15.125 - 13.75 =1.375 > R2=0.28688

Factor: % de azúcar

Ῡ2.- Ῡ1. = 15 - 13.875 = 1.125 > R2=0.28688Factor: temperatura de almacenamiento

Ῡ1.- Ῡ2. = 14.5 - 14.375 =0.125 < R2=0.28688

5. Si alguna diferencia observada es mayor que el intervalo mínimo significativo correspondiente entonces las parejas de medias es significativamente diferente:

Las concentraciones de cultivo y de azúcar

Ῡ1 Ῡ2

R2

que debemos usar son las de 1% y la de 10% los cuales nos permitirán obtener grados ºBrix mejores para nuestro producto, y la temperatura de almacenamiento no influye en el producto, por lo tanto da igual elegir cualquier nivel.