DISEÑO DE UN PRODUCTO LÁCTEO (YOGUR) CON DISMINUCIÓN EN LA

CONCENTRACIÓN DE AZÚCAR A PARTIR DE UNA APROXIMACIÓN

MULTIESCALA

Lizeth Tairina Trujillo Daza, Óscar Alberto Álvarez Solano

Facultad de Ingeniería Química, Universidad de los Andes

Bogotá, Colombia

lt.trujillo@uniandes.edu.co

oalvarez@uniandes.edu.co

Resumen- El objetivo general de este estudio fue

aplicar una aproximación multiescala en el diseño de

un producto lácteo (yogur) con disminución en la

concentración de azúcar y la sustitución parcial de

éste por edulcorantes de origen natural durante el

proceso de fermentación. El desarrollo de la

investigación se llevó a cabo en dos etapas, donde se

determinó la influencia que existe entre la variación

a nivel de proceso y formulación sobre las

propiedades finales del producto lácteo. La primera

etapa consistió en la evaluación de diferentes

tratamientos térmicos de la leche, con temperaturas

de 60°, 70°, 80° y 85°C, por un tiempo de 15 min

cada uno y de manera independiente. Posterior a

esto, se seleccionó un tratamiento térmico para

continuar con la segunda etapa. En ésta, se

caracterizó el efecto de la sustitución parcial del 5%

(p/p) de azúcar comercial por edulcorantes de origen

natural, tales como estevia, inulina y eritritol en

concentraciones del 10%, 30% y 50% (p/p),

garantizando una concentración final del 5% (p/p) de

azúcares adicionados. La evolución de las

propiedades de las muestras de yogures elaboradas,

se determinaron en un tiempo de dos semanas,

durante su almacenamiento en refrigeración. Es

importante resaltar, que las características

macroscópicas del yogur fueron evaluadas,

siguiendo la ley de potencia, que a través de los

índices de consistencia (K), y pseudoplasticidad (n)

se evaluó el comportamiento de un fluido no-

Newtoniano, la textura con la prueba Back

Extrusion, la morfología de la microestructura con

microscopía electrónica de barrido. Los resultados

del tratamiento térmico de la leche evidenciaron que

con 80°C/15min se presentó un incremento de los

valores ajustado de K, n junto con los parámetros de

textura (firmeza, consistencia, cohesividad e índice

de viscosidad), como consecuencia de

desnaturalización de la β-lactoglobulina y la

formación de la red de los agregados de proteínas.

Este tratamiento fue seleccionado como base para la

elaboración de las muestras de yogur con sustitución

parcial del azúcar por los edulcorantes. La

modificación en la formulación con los edulcorantes

utilizados y las concentraciones evaluadas

evidenciaron cambios a nivel microestructural y

macroscópico, donde la inulina y el eritritol con la

concentración al 50%(p/p) aumentaron dichas

características presentando mayores índices de

consistencias, valores importantes en los parámetros

texturales y una mayor estructura reticulada de la

matriz proteica.

Palabras claves: Fermentación, Agregación,

Textura, Viscosidad.

I. INTRODUCCIÓN

El conocimiento de los consumidores acerca de

los beneficios que aportan a la salud los ingredientes

o componentes de los alimentos ha ido

incrementando de manera considerable en los

últimos años. Por este motivo, se deben considerar

para el diseño y producción de este tipo de alimentos,

la participación de elementos que condicionen a

mejorar las características finales de un producto y

brinden un beneficio a la salud que con la esperanza

de mantener o aumentar la calidad de vida, las

personas realicen un intento de incluirlos en su dieta

[1]. Un alimento interesante que se puede incorporar

de manera fácil a una dieta saludable por su carácter

nutritivo es el yogur, este es un producto que, desde

el punto de vista nutricional, posee una combinación

única de nutrientes y microorganismos vivos, esta

matriz alimentaria brinda dentro de lo posible una

mayor capacidad nutritiva con la suma de sus

componentes que si dado el caso los nutrientes se

llegaran a consumir de manera individual [2].

El yogur es un producto lácteo originado por la

fermentación ácida y gelificación de la leche a través

de las bacterias homofermentativas del ácido láctico

Streptococcus thermophilus y Lactobacillus

delbrueckii ssp. bulgaricus. Los carbohidratos

presentes en la leche son fermentados por estas

bacterias obteniendo como producto final ácido

láctico, otros ácidos orgánicos como el cítrico,

pirúvico y acético, entre otros compuestos que

aportan una textura y sabor únicos en el yogur, tales

como cetonas, alcoholes, aldehídos y ésteres. Según

el país, los procesos de elaboración del yogur

cambian, sin embargo, siempre lleva a la

gelificación de la leche mediante la desestabilización

del sistema de proteínas durante el proceso de la

fermentación [3], [4]. Adicional a esto, puede variar

según su composición y formulación, para su

elaboración se puede modificar la fuente y tipo de

leche, al igual que los ingredientes o componentes,

tales como, edulcorantes, estabilizantes,

texturizantes, colorantes, sabores, frutas y

conservantes, que pueden ser adicionados durante la

elaboración [2]. También, por otros factores puede

cambiar la composición del yogur, como

temperatura, tiempo del proceso de fermentación y

almacenamiento, así como las especies y cepas

bacterianas [5]. Todos estos cambios a nivel de

procesos de elaboración, y formulación pueden

tener un efecto sobre las características o

propiedades texturales y microestructurales finales

del producto, contribuyendo a la formación de una

matriz láctea con propiedades mejoradas [2], [6].

Considerado como un alimento beneficioso para

la salud, este producto a nivel de procesamiento se le

ha adicionado una cantidad de azúcar superior a los

10% (p/p) para contrarrestar la acidez natural del

ácido láctico originado por las bacterias iniciadoras.

Para que éste sea considerado beneficioso para la

salud, su contenido de azúcar debe tener una

concentración de (4.5-5)%(p/p) [7], además la

Organización Mundial de la Salud (OMS) ha

recomendado que los adultos reduzcan el consumo

de azúcar al 5% de la ingesta calórica diaria,

equivalente a 25 gramos al día [8].

De acuerdo con esto, el interés en alternativas a la

sacarosa bajas en calorías ha tomado un gran interés.

A parte que los edulcorantes de origen artificial

dejan un sabor residual indeseable o se relacionan

con problemas de salud, estudios recientes han

direccionado sus investigaciones con aquellos

edulcorantes de origen natural, tales como estevia,

inulina, polioles, entre otros, que aporten sus

cualidades edulcorantes [9], [10], [11].

Los extractos de la Stevia rebaudiana, glucósidos

de esteviol, son el grupo de compuestos que aportan

el poder endulzante. Esteviósido, Rebaudiósido A,

Rebaudiósido C y Dulcósido A, son los principales

componentes edulcorantes, y aproximadamente cada

uno es 200-300 veces más dulce que la sacarosa [9].

Químicamente, la inulina es un carbohidrato

polidisperso formado por enlaces β(2,1) fructosil-

fructosa que al final de la molécula termina con un

residuo de glucosa [10], su valor calórico reducido

(10% de la sacarosa) y los efectos de una fibra

dietaria son atribuidos a la presencia de estos enlaces

β(2,1), los cuales evitan que la inulina sea digerida

como cualquier otro carbohidrato [12]. El eritritol es

un carbohidrato lineal de cuatro carbonos unidos

cada uno con un grupo hidroxilo, que forman

cristales anhidros con un sabor dulce moderado

aproximadamente 60-70% tan dulce como la

sacarosa [13], es un interesante sustituto del azúcar

desde el punto de vista de la salud dental debido a

que no es metabolizado por las bacterias orales,

también es conocido por su alta tolerancia a la

digestión en comparación a otros polioles con

propiedades no calóricas semejantes [14] .

El objetivo general de este estudio fue aplicar una

aproximación multiescala en el diseño de un

producto lácteo (yogur) con disminución en la

concentración de azúcar y la sustitución parcial de

éste por edulcorantes de origen natural durante el

proceso de fermentación.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales

Para esta investigación se utilizó leche entera

pasteurizada (Colanta®), también denominada leche

fresca debido a su corta vida útil en refrigeración,

aproximadamente de 5 a 6 días, azúcar blanco

(marca Éxito) y edulcorantes de origen natural tales

como estevia: Dual Stevia™ (Tate & Lyle), inulina:

Fibruline® S20 (Cosucra) y eritritol (Erythritol,

Now® Real Food). Para el proceso de la

fermentación se utilizó el cultivo con Streptococcus

thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp.

bulgaricus (Lyofast Y 430 A, SACCO).

Preparación de las muestras

Etapa 1: A la leche entera pasteurizada se le

determinaron sus propiedades fisicoquímicas como

son pH, acidez, grasa y densidad. Luego fue

sometida a un precalentamiento de 50°C/10 min,

seguido de cuatro tratamientos térmicos

independientes (60, 70, 80 y 85) °C por un tiempo de

15 minutos cada uno, con el fin de evaluar sus

propiedades macroscópicas como viscosidad y

textura. Seguidamente, se adicionó el azúcar blanco

en una concentración de 5% (p/p) y para la

inoculación del cultivo (Lyofast Y 430A) las

muestras de leche fueron llevadas a una temperatura

de 37-43°C, agitando de manera uniforme para una

distribución homogénea del cultivo, y la incubación

fue llevada a cabo a una temperatura de 43°C hasta

llegar a un pH 4.63 ± 0.15, el cual llevó un tiempo

de 4 horas de fermentación. Todas las muestras

fueron agitadas cuidadosamente para su

homogenización y llevadas a refrigeración a 5°C/24h

para su posterior medición y análisis de las

propiedades.

Etapa 2: Se elaboraron muestras de yogures con

una combinación entre el azúcar blanco y cada uno

de los edulcorantes (DS = Dual Stevia™, FB=

Fibruline® S20 y ER= Erythritol) de manera

independiente, sustituyendo de manera parcial en

proporciones del 10%, 30% y 50% (p/p) a la

concentración de 5%(p/p) del azúcar blanco (marca

Éxito) y fue empleado con el tratamiento térmico

escogido con las mejores propiedades

macroscópicas. Además, para el efecto presentado

por la adición de azúcar (Az) y edulcorantes, fue

elaborado una muestra de yogur (control) sin adición

de azúcar (Sin Az), es decir, este proceso de

fermentación solo se llevó a cabo con el azúcar

natural de la leche, la lactosa.

Determinaciones fisicoquímicas

El pH fue analizado como parámetro de control

para cada una de las muestras al inicio y finalización

de la fermentación, fue medido con el pH-metro

Mettler Toledo (A.O.A.C 10.041/84). La acidez de

la leche fue determinada por titulación con NaOH

0.1N, expresada como grados Thorner [15], la

cuantificación del ácido láctico de las muestras de

yogures se determinó con el método de acidez total

A.O.A.C. 31.231/84 942.15/90, para la densidad se

utilizó un lactodensímetro Funke-Gerber Berlin,

estos parámetros fueron medidos a una temperatura

de 20,61 ± 0,45°C. La concentración de grasa de la

leche se determinó a través del método butirométrico

según Gerber (ISO 2446:2008) [16].

Caracterización de las muestras

Propiedades reológicas

Las curvas de flujo de las muestras de yogures

fueron obtenidas por variación de la tasa de cizalla

desde 0.1 hasta 100 s-1 con el reómetro de esfuerzo

impuesto Discovery HR-1 (TA Instruments, New

Castle, DE), una geometría de cilindro concéntrico

(15mm de radio y 42mm de altura, Deutsches Institut

für Normung,), gap de 135000µm y con un control

peltier para mantener la temperatura constante de

11°C.

Los datos obtenidos del comportamiento del flujo

reológico fueron ajustados con el modelo de la Ley

de Potencia (Ostwald-de Waele), el cual es muy útil

para describir las propiedades de flujo de materiales

no-Newtonianos:

𝜂 = 𝐾�̇�𝑛−1 (1)

Donde 𝜂 es la viscosidad (𝑃𝑎. 𝑠), 𝐾 es el coeficiente

de consistencia, �̇� es la taza de cizalla (𝑠−1) y 𝑛 es

el índice de comportamiento de flujo (adimensional),

sea pseudoplástico (𝑛 < 1) o dilatante (𝑛 > 1) [17],

[18]. Algunos estudios han demostrado que el yogur

presenta cambios importantes durante el

almacenamiento en refrigeración y en un tiempo de

dos semanas, por esta razón las principales

caracterizaciones, tales como las reológicas,

texturales, post-acidificación y microestructurales se

centraron en los días 1, 7 y 14 [17], [18], [19], [20].

Propiedades de textura

Las mediciones de textura se llevaron a cabo con

una prueba de una compresión, con el método Back

Extrusion en un texturómetro TA.HD Plus Stable

Micro Systems. Se utilizó un disco de 35mm de

diámetro y se fijó a 60mm por encima de la

superficie de la muestra. La celda penetró en la

muestra con una distancia de profundidad de 20mm

en un intervalo de temperatura de 10 ± 2°C.

La caracterización de las muestras que se

sometieron a los diferentes tratamientos térmicos se

llevó a cabo a las 24 horas siguientes. Solo las

muestras con la combinación entre azúcar y

edulcorantes con una concentración del 10%, 30% y

50% (p/p) se evaluaron en los días 1, 7 y 14,

conservadas en refrigeración a 5°C. Las mediciones

reológicas y texturales fueron realizadas por

duplicado y en un intervalo de temperatura de 10 ±

2°C, como temperatura representativa del consumo

habitual de los yogures [21].

Evaluación de post-acidificación

La actividad de post-acidificación fue medida con

los valores de pH y acidez titulable (g ácido

láctico/L) en las muestras de yogures con las

concentraciones de 10%, 30% y 50% (p/p) de

edulcorantes, muestra control (sin azúcar

adicionada) y muestra de yogur con una

concentración de azúcar de 5% (p/p). Estas

mediciones fueron realizadas por duplicado en los

días 1, 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración.

Determinación de carbohidratos

Inicialmente se realizó un proceso de

desproteinización de las muestras. Una cantidad de 4

g de los yogures fueron empleadas, a éstas se les

adicionó 4 mL de solución de ferrocianuro de potasio

al 15% (p/v) y 4 mL de solución de sulfato de zinc

en una concentración de 30% (p/v). Luego de

agitarse se dejaron en reposo por un tiempo de 5 min

y se completó con agua destilada hasta un volumen

de 50 mL. De manera inmediata, estas muestras

fueron centrifugadas a 4700 rpm/15min/4°C, la

solución sobrenadante fue filtrada a través de un

filtro de membrana de 0,22µm antes del análisis

cromatográfico [22].

Se determinaron las concentraciones de

carbohidratos con un equipo de cromatografía

líquida de alto rendimiento (1260 Infinity series,

Agilent Technologies) con un Detector de Índice de

Refracción (RID) y columna HPX 87P (Aminex®

BIO-RAD). Las condiciones para las separaciones

cromatográficas se llevaron a cabo con una fase

móvil de agua desionizada a una temperatura de

80°C, a una tasa de flujo de 0,6 mL/min y un

volumen de inyección de 20 µL.

Estructura y morfología de la superficie

Las muestras en su estado natural fueron

sometidas a una temperatura de -25°C y 300Pa en la

platina de enfriamiento (Deben CoolStage AMT-

DCS), las cuales fueron observadas en el

microscopio de barrido de electrones (JEOL, JSM

6490-LV), con un aumento de 3000x a 10kV y 20

kV para las muestras con 7 y 14 días,

respectivamente.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Parámetros fisicoquímicos

La leche entera pasteurizada posee una acidez de

(16 ± 0.1) ° Th, grasa (3.0 ± 0.2) (% p/v), pH (6.6 ±

0.2) y una densidad de 1.033g/cm3, parámetros

esenciales para la estandarización del producto final.

Efecto del tratamiento térmico de la leche sobre las

características finales del yogur

Fig. 1. Comportamiento de flujo de los tratamientos térmicos de la

leche

0,1

1

10

100

0,1 1 10 100

Vis

cosi

dad

[P

a.s]

Tasa de cizalla [1/s]

60°C 70°C

80°C 85°C

Según los resultados obtenidos en esta

investigación se pudo relacionar la interacción que

existe entre la variación de la temperatura del

tratamiento térmico de la leche y las propiedades

macroscópicas (comportamiento del flujo y textura)

del producto final. Las muestras de yogures con

tratamientos térmicos de 60°, 70°, 80° y 85°C,

evidenciaron diferencias en sus propiedades. A

medida que se aumentó la temperatura, las

propiedades incrementaron, cabe destacar que solo

se presentaron similitudes entre los tratamientos de

60° y 70°C, entre 80° y 85°C, estos últimos se

caracterizaron por presentar altos valores tanto de

viscosidad como en los parámetros de textura (Fig. 1

y 2).

Todas las muestras presentaron una disminución

en la viscosidad a medida que se incrementaba la tasa

de cizalla, evidenciando un comportamiento

pseudoplástico, los tratamientos de 60° y 70°C

presentaron una mayor fluidez que los de 80° y 85°C

(Fig. 1). A una mayor temperatura evaluada, los

valores de los parámetros de textura, tales como,

firmeza, consistencia, cohesividad e índice de

viscosidad, incrementaron. La firmeza presenta

valores que van desde 10,32 a 20,15 gf, la

consistencia de 183,35 a 359,71 gf.s, cohesividad de

-7,95 a -19,01 gf, y el índice de viscosidad de -2,30

a -22,93 gf.s. Para realizar el análisis comparativo

entre los valores negativos de cohesividad e índice

de viscosidad, se debe tener en cuenta que entre

mayor es el valor negativo, más grande son los

valores representativos de estos parámetros. El

comportamiento del análisis de textura se puede

observar en la Fig. 2.

Este incremento en dichas propiedades

macroscópicas se debe a la desnaturalización de la β-

lactoglobulina, las principales proteínas del suero. A

medida que se manejan las temperaturas mayores a

70°C, específicamente ≥ 80°C y en un tiempo de 15

minutos, la β-lactoglobulina se desnaturaliza e

interactúa con la κ-caseína en la superficie de la

micela de caseína mediante puentes de disulfuro y a

medida que avanza el proceso de fermentación, el pH

va disminuyendo y con esto los complejos solubles

de proteínas desnaturalizado con κ-caseína se

asocian con las micelas, dando origen a puentes o

una mayor reticulación dentro de los geles, la

formación de estos agregados son los que brindan un

Fig. 2. Parámetros de textura para los tratamientos térmicos de la leche.

60°C 70°C 80°C 85°C

Firmeza 10,32 10,39 19,05 20,15

0

5

10

15

20

25

Fir

mez

a (g

f)

60°C 70°C 80°C 85°C

Consistencia 183,35 185,23 340,02 359,71

0

50

100

150

200

250

300

350

400C

on

sist

enci

a (g

f.s)

60°C 70°C 80°C 85°C

Cohesividad -7,95 -8,21 -17,98 -19,01

-25

-20

-15

-10

-5

0

Co

hes

ivid

ad (

gf.

s)

60°C 70°C 80°C 85°C

Indice de

viscosidad-2,30 -2,44 -21,46 -22,93

-25

-20

-15

-10

-5

0

Índ

ice

de

vis

cosi

dad

(gf.

s)

incremento en las propiedades de viscosidad y

firmeza del gel de yogur [6], [23]. Por esta razón, el

calentamiento de la leche es una variable de proceso

importante para la elaboración del yogur, debido a

que influye en gran medida en sus propiedades

físicas y microestructurales [24]. A partir de este

análisis de los tratamientos utilizados, se escogió el

tratamiento de 80°C/15 min, como el proceso que

evidenció un aumento en la desnaturalización de β-

lactoglobulina y con esto un incremento en las

propiedades macroscópicas mencionadas

anteriormente. Además, fueron similares a las que se

obtuvieron con el tratamiento de 85°C durante el

mismo tiempo. Con el tratamiento térmico

seleccionado se evaluó el efecto de la adición de

diferentes edulcorantes y cambio en sus

concentraciones sobre las propiedades finales del

yogur.

Influencia del tipo de edulcorante adicionado y la

variación en sus concentraciones sobre las

propiedades del yogur

Con las modificaciones realizadas en la

composición, es decir con el tipo de edulcorante

utilizado y las concentraciones evaluadas en este

estudio, las propiedades macroscópicas (reología y

textura) y microestructural se vieron afectadas. En

primer lugar, fueron ajustados los valores del índice

de consistencia (K) y del índice de comportamiento

de flujo (𝑛). Todas las muestras presentaron valores

de 𝑛 < 1, relacionado con un comportamiento

pseudoplástico. Por otro lado, los índices de

consistencia evidenciaron diferencias de acuerdo

con el tipo y concentración de edulcorante

adicionado y con las muestras de yogur con y sin

azúcar adicionada, esto se puede observar en la Fig.

3.

Luego se evidencia una relación entre la reología,

y la textura, donde se presentaron variaciones en los

parámetros de textura, los cuales cambian de acuerdo

con la clase de edulcorante empleado y la

concentración experimentada, estos resultados se

pueden observar en la fig. 4. Además, estas

propiedades macroscópicas mencionadas poseen una

estrecha relación e influencia sobre la

microestructura formada a partir de la aglomeración

de los agregados.

Fig. 3. Valores ajustados de K para las diferentes concentraciones de edulcorantes en el día 1 de fementación, Sin Az = Sin azúcar adicionada, Az= Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER=Erythritol.

3,41 3,41 3,413,68 3,68 3,68

2,71

2,30

2,802,92

2,09

3,463,50

1,87

3,13

10 % (P/P) 30% (P/P) 50% (P/P)

índ

ice d

e c

on

sist

en

cia

(K

)

Sin Az Az DS FB ER

Los comportamientos reportados en este estudio

están muy asociados con la actividad metabólica de

las bacterias ácido-lácticas y las propiedades de los

edulcorantes. En el primer caso, la disminución de

estas características en la concentración del

30%(p/p) de edulcorantes adicionados, hace

referencia a una respuesta de adaptación ante el

aumento de la insaturación, ley conservada

universalmente para la actividad metabólica de los

cultivos iniciadores. Estos resultados sugieren la

posible inhibición de las bacterias ácido-lácticas en

presencia de esta concentración y tipo de edulcorante

utilizado [11]. Esta posible actividad inhibitoria

también podría afectar el proceso de

desnaturalización de las proteínas del suero, las β-

lactoglobulinas, donde la formación de los

agregados sean de menor reticulación dentro de los

geles del yogur y como consecuencia muestras con

menor viscosidad y firmeza [6], [23]. Las

variaciones de las microestructuras se observaron

mediante microscopía electrónica de barrido (Fig. 5),

donde se puede observar la formación de una red

más aglomerada y con una menor cantidad de poros

en las concentraciones del 10% y 50%, mientras que

con el 30% de edulcorantes, especialmente con FB y

ER se presentaron poros o espacios de mayor

tamaño, en estos espacios vacíos se encuentra

confinado la fase acuosa del yogur [6], que al

presentarse estos espacios de gran tamaño en

comparación con las otras concentraciones

evaluadas podría presentarse una fácil liberación de

la fase acuosa hacia el exterior del gel y al momento

de la unificación de las fases mediante la

homogenización o mezclado, las muestras de yogur

presentaron una menor firmeza y viscosidad.

Luego, con el incremento de la concentración al

50%(p/p) de los edulcorantes, se regula o se igualan

las concentraciones de éstos con el azúcar

adicionado, brindando un aumento en estas

propiedades macroscópicas del yogur, donde no solo

la actividad metabólica de los microorganismos se

desinhibe y a la vez se origina la formación de la red

Fig. 4 Parámetros de textura para las diferentes concentraciones de edulcorantes en el día 1 de fermentación, Sin azúcar

adicionada, Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER=Erythritol.

0

5

10

15

20

25

10 30 50

Firm

eza

(gf)

Concentración de edulcorantes % (p/p)

Sin Azúcar Azúcar DS FB ER

0

50

100

150

200

250

300

350

400

10 30 50

Cons

iste

ncia

(g

f.s)

Concentración de edulcorantes % (p/p)

Sin Azúcar Azúcar DS FB ER

-25

-20

-15

-10

-5

0

10 30 50

Cohe

sivi

da

d (g

f)

Concentración de edulcorantes %(p/p)

Sin Azúcar Azúcar DS FB ER

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

10 30 50

Índ

ice d

e v

isco

sid

ad

(g

f.s)

Concentración de edulcorantes %(p/p)

Sin Azúcar Azúcar DS FB ER

de agregados con mayor reticulación que con la

concentración del 30%, además, en este

comportamiento también poseen influencias las

características fisicoquímicas de cada edulcorante.

En el caso de la estevia (DS), presentó similitudes

entre el índice de consistencia en las concentraciones

del 10% y 50% (p/p) y en los parámetros de textura,

en la concentración del 10% (p/p) fue cercano al

comportamiento presentado a la muestra sin azúcar.

Se encuentran reportados por algunos estudios que,

con pequeñas cantidades utilizadas de este

edulcorante no se ven afectadas ni la textura ni la

viscosidad del yogur [9], [25], debido a que no es

fermentada por las bacterias ácido-lácticas y es

estable bajo condiciones de pH 2-10 y temperaturas

de 120°C/1hora [26]. Para la inulina (FB) y eritritol

(ER) que evidenciaron cambios positivos con el

aumento de los valores de sus propiedades

macroscópicas, están relacionados directamente con

algunas de sus propiedades, en el caso de FB que

contiene 90,5% de inulina [27], la cual posee una alta

higroscopicidad, su capacidad de retención de agua

es aproximadamente 2:1 y debido a esto forma una

red gelatinosa con la fase líquida de la leche o yogur

adicional a los agregados de proteínas [28].

En cuanto al ER, posee una alta depresión del

punto de congelación, este fuerte efecto de

enfriamiento (endotérmico) y sumado a la red de los

aglomerados de proteínas nativas de la leche, podría

influenciar en gran medida el incremento de las

características macroscópicas del yogur durante el

tiempo de almacenamiento en refrigeración, este

poliol presenta el efecto de enfriamiento más fuerte

en comparación con otros alcoholes de azúcar [13].

Es importante resaltar que las caracterizaciones de

las muestras se realizaron a las 24 horas de elaborado

el yogur y medidos a una temperatura de 10 ± 2°C,

como temperatura representativa del consumo

habitual de los yogures [21].

Fig. 5. Micrografías (3000x, 5µm) observadas a -25°C de DS=Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER=Erythritol, concentraciones de 10%,

30% y 50% en el día 1 de almacenamiento en refrigeración.

DS-30% DS-50% DS-10%

FB-10% FB-30% FB-50%

ER-10% ER-30% ER-50%

Efecto del tiempo de almacenamiento en

refrigeración sobre las características del yogur

Cambios importantes en las características finales

de los yogures se presentaron a través del tiempo de

almacenamiento en refrigeración. Las propiedades

macroscópicas y microestructurales continuaron

presentando interacción entre sí, es decir, las

modificaciones que se experimentaron en las

propiedades reológicas y texturales se evidenciaron

en la morfología de la estructura microscópica. Las

muestras de yogur con azúcar (Az) y sin azúcar (Sin

Az) adicionada fueron incrementando durante este

tiempo de almacenamiento los índices de

consistencia, solo la muestra sin azúcar tuvo una leve

disminución en esta propiedad. Las muestras Sin Az

tuvieron índices de consistencias con valores de

3.15, 3.41 y 3.26, en los días 1, 7 y 14,

respectivamente, mientras que los yogures con

azúcar adicionada mostraron de manera ascendente

valores de K, 3.21 (día 1), 3.68 (día 7) y 4.09 (día

14). Las combinaciones realizadas de azúcar con los

demás edulcorantes también evidenciaron variación

en esta característica, el cual se puede observar en la

Fig. 6. Las principales variaciones de manera

ascendente para K se produjeron en el día 7 para

todas las muestras y en el día 14 para los yogures con

azúcar 5% (p/p), FB y ER en las concentraciones del

50% (p/p). Debido a la interrelación entre las

características macroscópicas y microscópicas,

donde los cambios que ocurren en una de estas se ven

reflejada en las otras, la textura presentó un

comportamiento similar al reológico y éstas a su vez

influenciaron en los cambios presentados en la

microestructura (Fig. 8A y B).

Para este análisis solo se comparó con el

parámetro de firmeza como el más representativo de

la textura del gel de yogur [6]. Cambios importantes

se presentaron en las muestras con azúcar al 5%, sin

azúcar, DS, FB y ER en la concentración al 10%,

donde las firmezas aumentaron en el séptimo día de

almacenamiento y en el día 14 disminuyeron,

mientras que los yogures con mezcla de los

edulcorantes DS, FB y ER en las concentraciones del

30% y 50% no presentaron cambios notables en sus

firmezas, esta comparación se puede observar en la

Fig. 7.

La variación presentada en estas propiedades

podría estar relacionada por el proceso de post-

acidificación, donde las bacterias aun con una tasa

metabólica baja continúan creciendo y a la vez

produciendo ácido láctico [29]. Dicha interacción se

puede determinar de la siguiente manera: Las

bacterias ácido-lácticas tienen la función de

fermentar la lactosa, transformándola en ácido

láctico [30]. Sin embargo, el cultivo iniciador

escinde la lactosa por una β-galactosidasa para

obtener glucosa y galactosa. La glucosa ingresa a la

ruta glucolítica, mientras que al exterior de la célula

es secretada la galactosa, acumulándose en la leche

o yogur a medida que avanza el proceso de

fermentación. La galactosa no es metabolizable por

Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus y la

mayoría de las cepas de Streptococcus thermophilus

[30]. Esta continuidad de la actividad microbiana

que ocurre durante el almacenamiento conduce al

aumento de la matriz proteica del gel de yogur al

incrementar la producción de expolisacáridos

bacterianos y ácido láctico [25], que adicional a las

características de los edulcorantes FB y ER,

mencionadas anteriormente se origina a nivel

microscópico una red tridimensional más reticulada

o estructurada de los aglomerados de proteínas que

influyen de manera directa con el incremento de las

propiedades macroscópicas en el día 7 (Fig. 7A y B).

Es importante resaltar que el pH inicial de las

muestras estuvo en 4.63 ± 0.15 y al final del tiempo

de fermentación evaluado fue de 4.22 ± 0.03, con

una variación del ácido láctico para el primer día de

(6.82 ± 0.03 a 7.54 ± 0.09) g/L, el mínimo valor

correspondió a ER al 10% y el máximo a DS al 50%;

para el día 7 de evaluación tuvo un rango de (7.47 ±

0.09 a 7.78 ± 0.08) g/L, correspondientes a ER al

30% y DS al 50%, respectivamente. Un aumento en

la producción de ácido láctico, de manera especial en

el día 7, y junto a la formación de una estructura

microscópica con mayor aglomeración de las

proteínas (Fig, 8A y B), evidenció un gran

incremento de las propiedades macroscópicas en

todas las muestras (Fig. 6 y 7), debido a la

producción de galactosa y su acumulación en el

medio, al igual que la fructosa producto de la

separación de la sacarosa en sus dos monosacáridos,

glucosa y fructosa, además al fuerte efecto de

enfriamiento que posee ER.

Influencia de la actividad metabólica de las

bacterias sobre la microestructura del yogur

Los carbohidratos presentes en las muestras de

yogures fueron determinados por cromatografía

líquida de alta resolución. Esta caracterización

demostró la actividad metabólica de los

microorganismos, donde las cantidades de los

carbohidratos metabolizables por las bacterias

disminuyeron a través del tiempo de

almacenamiento mientras que los secretados de la

célula incrementaron.

La lactosa inicial de la leche fue de 37.52 ± 2.58

g/L, ésta en las muestras con DS, disminuyó su

cantidad alrededor de 27.2 ± 0.76g/L para el primer

día y en el día 7, 23.1 ± 0.36 g/L; galactosa inicial

Fig. 6. Valores ajustados de K para muestras de yogures con edulcorantes en las concentraciones del 10%, 30% y 50% (p/p) durante los días 1, 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración. Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER= Erythritol.

-1

1

3

5

7

1 7 14

índ

ice d

e c

on

sist

en

cia (

K)

Días de almacenamiento en refrigeración

Sin Azúcar Azúcar DS 10% DS 30% DS 50%

-1

1

3

5

7

1 7 14

índ

ice d

e c

on

sist

en

cia (

K)

Días de almacenamiento en refrigeración

Sin Azúcar Azúcar FB 10% FB 30% FB 50%

-3

2

7

1 7 14

índ

ice d

e c

on

sist

en

cia

(K)

Días de almacenamiento en refrigeración

Sin Azúcar Azúcar ER 10% ER 30% ER 50%

Fig. 7. Parámetro de firmeza para muestras de yogures con edulcorantes en las concentraciones del 10%, 30% y 50% (p/p) durante los días 1, 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración. Azúcar 5%(p/p), DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20 y ER= Erythritol.

-5

5

15

25

1 7 14

Firm

eza

(gf

)

Días de almacenamiento en refrigeración

Sin Azúcar Azúcar DS 10% DS 30% DS 50%

-5

5

15

25

1 7 14

Firm

eza

(gf

)

Días de almacenamiento en refrigeración

Sin Azúcar Azúcar FB 10% FB 30% FB 50%

-5

5

15

25

1 7 14Firm

eza

(gf

)

Días de almacenamiento en refrigeración

Sin Azúcar Azúcar ER 10% ER 30% ER 50%

con un valor de 3.65 ± 0.21g/L hasta 3.80 ± 0.27 g/L

para el séptimo día; fructosa inicial 3.04 ± 0.32g/L y

final 3.11 ± 0.12 g/L; glucosa 0.16 ± 0.15 g/L y 0.32

± 0,10g/L para los días 1 y 7 respectivamente;

sacarosa reducida entre un 14 y 17%. Los yogures

con ER y FB presentaron similitudes en su

comportamiento referente a la ruta metabólica de

lactosa, sacarosa, glucosa, galactosa y fructosa, éstas

dos últimas no metabolizables. Al igual que la

estevia, la inulina y el eritritol no son fermentables,

sin embargo, los resultados de cromatografía

reportaron una diferencia entre la cantidad inicial

adicionada y la cantidad analizada en el día 7 de

almacenamiento.

Ambos edulcorantes presentaron disminuciones

en sus cantidades, para el eritritol la mayor

disminución fue del 35% en la concentración del

10%, mientras que las concentraciones del 30% y

50% solo presentaron una disminución del 10% en

el primer día y en el día 7 el porcentaje de consumo

incrementó entre el 17-37%; con FB se relacionó un

consumo desde el 16-25% en el día 1 y de 22-40%

en el día 7, siendo estos porcentajes los de mayor

consumo que se presentaron en la concentración del

10%. Aunque no son fermentables, los procesos de

obtención de éstos dejan restos de carbohidratos en

forma libre, para el ER que es obtenido a partir de

glucosas, podrían quedar restos de ésta y ser

metabolizables por las bacterias y la FB

(oligofructosa de cadena corta), al ser hidrolizada

para aumentar su solubilidad, quedan de forma libre

glucosa, sacarosa y fructosa [30], [27], que adicional

a la glucosa presente en la lactosa y sacarosa (azúcar

adicionada), los microorganismos obtuvieron

fuentes adicionales de carbono para su crecimiento y

reproducción, además de la producción de

expolisacáridos que se acumularon en el yogur y

como consecuencia el incremento de la matriz de los

agregados de proteínas y con esto un aumento en las

propiedades macroscópicas.

La morfología de la superficie de la matriz

proteica se puede observar en las Figs. 7A y 7B,

micrografías con los principales cambios originados

durante los días 7 y 14 de almacenamiento. Las

modificaciones a nivel microestructural originados

por el sinergismo del tratamiento térmico de la leche,

la actividad metabólica de las bacterias y las

propiedades de algunos edulcorantes (FB y ER)

durante la elaboración y tiempo de almacenamiento

del yogur contribuyeron a la formación de una matriz

proteica con un incremento en la reticulación y con

una menor cantidad de poros, sobre todo en el día 7.

Sin embargo, en el día 14, a medida que se acidifica

el medio, la red se observa un poco más débil y con

poros de mayor tamaño especialmente en las

muestras con DS.

Fig. 8A. Micrografías (3000x, 5 µm) observadas a -25°C de Sin Az= Sin Azúcar, Az 5% =Azúcar y DS= Dual Stevia,

concentraciones de 10%, 30% y 50% en los días 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración.

DS-10-7D DS-30-7D DS-50-7D AZ-5-7D Sin AZ-7D

Sin AZ-14D AZ-5-14D DS-10-14D DS-30-14D DS-50-14D

Fig. 8B. Micrografías (3000x, 5 µm) observadas a -25°C de DS= Dual Stevia, FB= Fibruline S20, ER=Erythritol, concentraciones de

10%, 30% y 50% durante los días 7 y 14 de almacenamiento en refrigeración.

A la microestructura se le atribuye el mayor

impacto sobre las propiedades físicas y texturales del

gel de yogur [6], a partir de su formación mediante

las modificaciones en su composición y en el

proceso de elaboración se pueden determinar el

efecto de estos parámetros sobre el comportamiento

de sus características finales.

III. CONCLUSIONES

La interacción entre el proceso de elaboración y las

características evaluadas de yogur con diferentes

concentraciones de azúcar junto con el uso de

edulcorantes de origen natural influyen sobre el

comportamiento de las distintas propiedades del

producto final. Con un tratamiento térmico de la

leche ≥80°C/15min se genera un aumento del

proceso de la desnaturalización de β-lactoglobulina,

las principales proteínas del suero. Adicionalmente,

las propiedades macroscópicas se ven afectadas por

el aumento de las concentraciones de edulcorantes

como estevia, inulina y eritritol, las cuales

disminuyeron con el incremento del 30% (p/p),

presentándose yogures menos viscosos y firmes, sin

embargo, con el incremento al 50%, éstas

aumentaron, evidenciando la importancia del tipo y

concentración del edulcorante adicionado. A través

del tiempo de almacenamiento en refrigeración se

presentaron diversos cambios a nivel reológico,

Sin AZ-7D AZ-5-7D FB-10-7D FB-30-7D FB-50-7D

Sin AZ-14D AZ-5-14D FB-10-14D FB-30-14D FB-50-14D

ER-10-7D ER-30-7D ER-50-7D Sin AZ-7D AZ-5-7D

Sin AZ-14D AZ-5-14D ER-50-14D ER-30-14D ER-10-14D

textural y microestructural, demostrando que las

bacterias continúan con su actividad metabólica de

una manera más lenta. Las variaciones de

temperatura en el proceso previo de elaboración del

yogur y los cambios en la formulación del producto

interactúan entre sí modificando de alguna manera

las propiedades o características finales del producto

final, que lleva consigo un suceso fenomenológico

que brinda las herramientas para comprender la

interrelación que existe entre los componentes de la

aproximación multiescala. Finalmente, en una futura

investigación se debería llevar a cabo un análisis

sensorial como complemento del diseño de este

producto lácteo.

IV. REFERENCIAS

[1] M. Mousavi, A. Heshmati, A. Daraei Garmakhany, A.

Vahidinia y M. Taheri, «Texture and sensory

characterization of functional yogurt supplemented with

flaxseed during cold storage,» Food Science & Nutrition,

pp. 907-917, 2019.

[2] A. Marette, E. Picard-Deland y M. A. Fernández,

«Yogurt composition and consumption,» de Yogurt roles

in nutrition impacts on health, Boca Raton, FL, Taylor &

Francis, 2017, pp. 3-21.

[3] T. Ozcan, «Determination og yogurt quality by using

rheological and textural parameters.,» de 2nd

International Conference on Nutrition and Food

Sciences, Singapore, 2013.

[4] C. I. Vénica, I. V. Wolf, V. B. Suárez, C. V. Bergamini y

M. C. Perotti, «Effect of the carbohydrates composition

on physicochemical parameters and metabolic activity of

starter culture in yogurts,» LWT-Food Science and

Technology, vol. 94, pp. 163-171, 2018.

[5] O. Adolfsson, S. N. Meydani y R. M. Ruseell, «Yogurt

and gut function,» Am J clin Nutr, vol. 80, pp. 245-256,

2004.

[6] W. J. Lee y J. A. Lucey, «Formation and physical

properties of yogurt,» Asian-Australasian J. Anim. Sci.,

vol. 23, nº 9, pp. 1127-1136, 2010.

[7] J. Moore, A. Horti y B. Fielding, «Evaluation of the

nutrient content of yogurts: a comprehensive survey of

yogurt products in the major UK supermarkets,» BMJ

Open, vol. 8, pp. 1-11, 2018.

[8] O. M. d. l. Salud, «Nota informativa sobre la ingesta de

azúcares recomendada en la directriz de la OMS para

adultos y niños,» OMS, Ginebra, Suiza, 2015.

[9] D. Guggisberg, P. Piccinali y K. Schreier, «Effects of

sugar substitution with Stevia, Actilight and Stevia

combinations or Palatinose on rheological and sensory

characteristics of low-fat and whole milk set yoghurt,»

International Dairy Journal, vol. 21, pp. 636-644, 2011.

[10] D. Meyer, S. Bayarri, A. Tárrega y E. Costell, «Inulin as

texture modifier in dairy products,» Food Hydrocolloids,

vol. 25, pp. 1881-1890, 2011.

[11] G. M. Costa, M. M. Paula, C. E. Barao, S. J. Klososki, E.

G. Bonafé, J. V. Visentainer, A. G. Cruz y T. Colombo

Pimentel, «Yoghurt added with Lactobacillus casei and

sweetened with natural sweeteners and/or prebiotics:

Implications on quality parameters and probiotic

survival,» International Dairy Journal, vol. 97, pp. 139-

148, 2019.

[12] S. M. Abed, A. H. Ali, A. Noman, S. Niazi, A.-F. Ammar

y A. M. Bakry, «Inulin as Prebiotics and its Applications

in Food Industry and Human Health; A Review,»

International Journal of Agriculture Innovations and

Research, vol. 5, nº 1, pp. 88-97, 2016.

[13] G.-W. von Rymon Lipinski, Sweeteners, vol. 143, Berlin

Heidelberg: Springer-Verlag, 2014, pp. 1-28.

[14] G. Barbieri, C. Barone, A. Bhagat, G. Caruso, Z. Conley

y S. Parisi, «Sweet Compounds in Foods: Sugar

Alcohols,» de The Influence of Chemistry on New Foods

and Traditional Products, Springer International

Publishing, 2014, pp. 51-59.

[15] L. Artica, Métodos para el análisis fisicoquímico de la

leche y sus derivados lácteos, Perú: 2 ed., @Libros y

editoriales, TEIA, 2014.

[16] K. Schäfer, «Análisis para lácteos,» de Catálogo de

laboratorios, Funke-Gerber, pp. 12-18.

[17] T. Rocha dos Santos Mathias, I. Cabral de Carvalho

Junior, C. W. Piler de Carvalho y E. F. Camporese

Sérvulo, «Rheological characterization of coffee-

flavored yogurt with different types of thickener,» Alim.

Nutr., Araraquara, vol. 22, nº 4, pp. 521-529, 2011.

[18] A. Espírito-Santo, A. Lagazzo, A. Sousa, P. Perego, A.

Converti y M. N. Oliveira, «Rheology, spontaneous

whey separation, microstructure and sensorial

characteristics of probiotic yoghurts enriched with

passion fruit fiber,» Food Research International, vol.

50, pp. 224-231, 2013.

[19] T. Paseephol, D. M. Small y F. Sherkat, «Rheology and

texture of set yogurt as affected by inulin addition,»

Journal of Texture Studies, vol. 39, pp. 617-634, 2008.

[20] N. Bernat Pérez, C. González Martínez y M. Cháfer

Nácher, Desarrollo, caracterización y optimización de

productos fermentados a base de licuados vegetales

como alternativa a los yogures convencionales,

Valencia: Universitat Politècnica de València- Tesis

Doctoral, 2013.

[21] P. Morell, I. Hernando, E. Llorca y S. Fiszman, «Yogurts

with an increased protein content and physically

modified starch: rheological, structural, oral digestion

and sensory properties related to enhanced satiating

capacity,» Food Research International, vol. 70, pp. 64-

73, 2015.

[22] T. C. Moreira, Á. Transfeld da Silva, C. Fagundes, S. M.

Rodrigues Ferreira, L. M. Bileski Cândido, M. Passos y

C. C. Hecke Krüger, «Elaboration of yogurt with reduced

level of lactose added of carob (Ceratonia siliqua L.),»

LWT - Food Science and Technology, vol. 76, pp. 326-

329, 2017.

[23] J. A. Lucey, P. A. Munro y H. Singh, «Effects of heat

treatment and whey protein addition on the rheological

properties and structure of acid skim milk gels,» Int.

Dairy J., vol. 9, pp. 275-279, 1999.

[24] J. A. Lucey, P. A. Munro y H. Singh, «Whey separation

in acid skim milk gels made with glucono-δ-lactone:

Effects of heat treatment and gelation temperature,» J.

Texture Stud., vol. 29, pp. 413-426., 1998.

[25] D. Kalicka, A. Znamirowska, M. Buniowska, M. J.

Esteve Más y A. F. Canoves, «Effect of stevia addition

on selected properties of yoghurt during refrigerated

storage,» Polish Journal of Natural Sciences, vol. 32, nº

2, pp. 323-334, 2017.

[26] C. González, M. Tapia, E. Pérez, D. Pallet y M. Dornier,

«Main properties of steviol glycosides and their potential

in the food industry: a review,» Fruits, vol. 69, pp. 127-

141, 2014.

[27] C. G. W. S. A., Fibruline S20, Belgium: Product Sheet,

2011.

[28] A. Homayouni Rad, Z. Delshadian, S. Rafi Arefhosseini,

B. Alipour y M. Asghari Jafarabadi, «Effect of Inulin and

Stevia on Some Physical Properties of Chocolate Milk,»

Health Promotion Perspectives, vol. 2, nº 1, pp. 42-47,

2012.

[29] H. M. Buitrago Mora, M. A. Piñeros , D. Espinosa

Moreno, S. Restrepo Restrepo, J. C. Cardona Jaramillo,

Ó. A. Álvarez Solano, M. Fernández-Niño y A. F.

Gónzalez Barrios, «Multiscale design of a dairy beverage

model composed of Candida utilis single cell protein

supplemented with oleic acid,» J. Dairy Sci., vol. 102, pp.

1-14, 2019.

[30] M. E. Johson y J. L. Steele, «Productos lácteos

fermentados,» de Microbiología de los alimentos,

Zaragoza (España), ACRIBIA, S.A., 1997, pp. 605-618.

[31] H. J. Velásquez, Reología de fluidos y su aplicación en el

área de los alimentos, Universidad Nacional de

Colombia-sede Medellín: Departamento de Ingeniería

Agrícola y Alimentos, 2006.

[32] V. H.J., Reología de fluidos y su aplicación en el área de

alimentos, Universidad Nacional de Colombia-Sede

Medellín: Departamento de Ingeniería Agrícola y

Alimentos, 2006.

[33] N. Srisuvor, N. Chinprahast, C. Prakitchaiwattana y S.

Subhimaros, «Effects of inulin and polydextrose on

physicochemical and sensory properties of low-fat set

yoghurt with probiotic-cultured banana purée,» LWT -

Food Science and Technology, vol. 51, pp. 30-36, 2013.

[34] C. Leyva-Porras, A. L. López-Pablos, C. Alvarez-Salas,

J. Pérez-Urizar y Z. Saavedra-Leos, «Physical Properties

of Inulin and Technological Applications,»

Polysaccharides, pp. 1-22, 2014.

[35] A. Tamime y R. K. Robinson, Yoghurt: Science and

Technology (3rd Edition), Boca Raton, FL: Woodhead

Publishing, 2007.

[36] J. B. Moore, A. Horti y B. A. Fielding, «Evaluation of the

nutrient content of yogurts: a comprehensive survey of

yogurt products in the major UK supermarkets,» BMJ

Open, vol. 8, pp. 1-11, 2018.

[37] S. Durán A., K. Cordón A. y M. d. P. Rodríguez N.,

«Edulcorantes no nutritivos, riesgos, apetito y ganancia

de peso,» Revista chilena de nutrición, vol. 40, nº 3, pp.

309-314, 2013.