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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ COORDINACIÓN ACADÉMICA REGIÓN ALTIPLANO OESTE TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE INGENIERA AGROINDUSTRIAL Esterilización de cuajo natural por ultrasonido y radiación ultravioleta, para la elaboración de queso fresco PRESENTA: ALEJANDRA RODRÍGUEZ GALLEGOS DIRECTOR DE TESIS: Dr. JUAN ANTONIO RENDÓN HUERTA CO-DIRECTOR DE TESIS: Dr. JUAN ÁNGEL MORALES RUEDA NOVIEMBRE 2019
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS
POTOSÍ
COORDINACIÓN ACADÉMICA REGIÓN
ALTIPLANO OESTE
TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE
INGENIERA AGROINDUSTRIAL
Esterilización de cuajo natural por ultrasonido y radiación
ultravioleta, para la elaboración de queso fresco
PRESENTA:
ALEJANDRA RODRÍGUEZ GALLEGOS
DIRECTOR DE TESIS:
Dr. JUAN ANTONIO RENDÓN HUERTA
CO-DIRECTOR DE TESIS:
Dr. JUAN ÁNGEL MORALES RUEDA
NOVIEMBRE 2019
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS
POTOSÍ
COORDINACIÓN ACADÉMICA REGIÓN ALTIPLANO
OESTE
TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE
INGENIERA AGROINDUSTRIAL
Esterilización de cuajo natural por ultrasonido y radiación
ultravioleta, para la elaboración de queso fresco
PRESENTA:
ALEJANDRA RODRÍGUEZ GALLEGOS
SINODALES:
Presidente: Dr. JUAN ANTONIO RENDÓN HUERTA
Secretario: Dr. GREGORIO ÁLVAREZ FUENTES
Vocal: Dra. SANDRA BERENICE ARAUJO DIAZ
Dedicatoria
Dedico esta tesis a mis padres Salvador Rodríguez Martínez y Carolina Gallegos Aguiña por
haberme forjado como la persona que soy en la actualidad, muchos de mis logros se los debo
a ustedes entre los que incluye este. Me formaron con algunas reglas y con algunas libertades,
con buenos sentimientos, hábitos y valores, lo cual me ha ayudado a salir adelante en los
momentos más difíciles también en la parte económica para poder ser una persona
profesional.
De igual manera, a mis hermanos Carolina, Rocío y Salvador por ser parte de mi vida y
siempre brindarme su apoyo en el transcurso de mi carrera universitaria.
Agradecimientos
Primeramente agradezco a la UASLP campus Salinas por haberme aceptado y así poder
estudiar mi carrera, así también a los diferentes docentes que brindaron sus conocimientos y
apoyo para seguir adelante día a día.
Agradezco también a mi asesor de tesis Dr. Juan Antonio Rendón Huerta por haberme
brindado la oportunidad de recurrir a su capacidad y conocimiento científico, así como
también haberme tenido toda la paciencia del mundo para guiarme durante todo el desarrollo
de la tesis, es una persona a la cual apreció mucho.
Mi agradecimiento también va dirigido al Dr. Juan Ángel Morales Rueda por haber aportado
parte de su conocimiento y siempre tener la mejor disposición para brindarme su apoyo.
Al Dr. Gregorio Álvarez Fuentes y a la Dra. Sandra Berenice Araujo Díaz por sus
aportaciones en el transcurso de esta investigación y por tener la disponibilidad de ayudarme.
Y para finalizar, también agradezco a todos mis compañeros de clase por todas las
experiencias vividas dentro y fuera del salón de clases.
ÍNDICE
1.0 RESUMEN ................................................................................................................. 1
2.0 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 3
3.1 Leche ............................................................................................................................. 4
3.2 Producción de queso en México ................................................................................... 5
3.3 Quesos frescos .............................................................................................................. 6
3.4 Elaboración de queso .................................................................................................... 6
3.5 Cuajo ............................................................................................................................. 7
3.6 Otras fuentes de cuajo ................................................................................................... 9
3.6.1 Vegetales ................................................................................................................ 9
3.6.2 Microorganismos ..................................................................................................... 10
3.7 Efectos fisicoquímicos durante la coagulación ....................................................... 10
3.8 Tiempos de coagulación de la leche (cuajada) ........................................................... 11
3.9 Tecnologías emergentes en la conservación de alimentos .......................................... 13
3.10 Esterilización de alimentos por tecnologías emergentes .......................................... 15
3.10.1 Esterilización empleando ultrasonido ............................................................ 15
3.11 Esterilización de alimentos por radiación ultravioleta .............................................. 16
3.12 Otros tratamientos ..................................................................................................... 17
3.13 Normativa sanitaria para la elaboración de productos alimenticios lácteos, NOM
243-SSA1-2010 ................................................................................................................ 17
3.14 Staphylococcus aureus .............................................................................................. 20
3.15 Coliformes totales ..................................................................................................... 21
3.16 Salmonella spp .......................................................................................................... 22
3.17 Escherichia coli ........................................................................................................ 23
4.0 OBJETIVO ................................................................................................................... 24
4.1 Objetivos específicos .................................................................................................. 24
5.0 HIPÓTESIS ................................................................................................................... 24
6.0 JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 24
7.0 MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................... 25
7.1 Análisis microbiológico .............................................................................................. 27
7.2 Preparación de agares ................................................................................................. 27
7.3 Preparación de la muestra y diluciones ....................................................................... 27
7.4 Análisis de la acción coagulante del cuajo ................................................................. 29
7.5 Análisis de Textura ..................................................................................................... 29
8.0 ANÁLISIS ESTADÍSTICO ......................................................................................... 29
9.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................. 30
9.1 Análisis microbiológico .............................................................................................. 32
9.2 Efecto coagulante ........................................................................................................ 36
9.3 Textura ........................................................................................................................ 38
11.0 CONCLUSIÓN ........................................................................................................... 41
12.0 REFERENCIAS ......................................................................................................... 42
1
1.0 RESUMEN
El proceso de elaboración de queso fresco es muy sencillo, es principalmente la
concentración de la proteína de la leche, a partir de enzimas presentes en el cuajo. El cuajo
es la fermentación de mezcla líquida de suero de leche y tejido crudo y seco de una fracción
de estómago (abomaso) de rumiantes en lactancia (bovino, ovino, caprino, camello, búfalo,
etc.). El abomaso contiene varios tipos de proteína denominadas enzimas proteolíticas
coagulantes, y son del tipo aspartato-proteinasa, su preparación no es del todo inocua. En la
zona altiplano oeste del Estado de San Luis Potosí, se elaboran quesos frescos con cuajo
natural. Sin embargo, el uso de éste puede ser una fuente importante de contaminación
microbiológica del queso. El objetivo de este trabajo fue someter a prueba tecnologías
emergentes que garanticen la inocuidad de cuajo natural o que al menos disminuyan las
cargas microbianas de organismos patógenos, para la producción de queso fresco sin que
alteren las características deseables por los consumidores y además analizar su efecto
coagulante sobre la leche. Se utilizó cuajo artificial y natural, este último se trató con dos
tecnologías emergentes (radiación por luz ultravioleta UV (30, 60 y 90 min) y ultrasonido (5,
10 y 15 min)) para esterilizar el cuajo. A todos los tratamientos se les realizó una prueba
microbiológica que consistió en analizar la presencia de microorganismos patógenos:
Coliformes totales, Esquerichia coli, Staphylococcus aereus, y Salmonella spp descritos en
la NOM-243-SSA1-2010. Se realizó una prueba para evaluar el efecto coagulante de los
cuajos tratados y sin tratar, la cual consistió en colocar 200 mL de leche de vaca pasteurizada
y se le adicionó 1 mL de cuajo (n=5) y la mezcla se calentó a 35°C hasta que se observó la
precipitación de la cuajada. La prueba microbiológica, la carga de microorganismos
patógenos (Salmonella, Escherichia coli, Coliformes totales y Staphylococcus aureus) se
2
analizó con un diseño completamente al azar con arreglo factorial 4 × 8. Donde el factor A,
corresponde a la identificación de los cuatro microorganismos, el factor B, se refiere al cuajo
tratado (Sin tratamiento, UV 30, UV 60, UV 90, Ultrasonido 5, 10 y 15 min) y un análisis de
varianza. Además se hizo una prueba de comparación de medias de Tukey con una
significancia de p<0.05. El análisis de la acción coagulante de los cuajos tratados (peso
húmedo y peso seco) se analizó con un diseño completamente al azar y un análisis de
varianza, posteriormente se realizó una prueba de medias de Tukey con un nivel de
significancia de p<0.05. Los resultados de la prueba microbiológica mostraron, el mayor
crecimiento de microrganismos en el tratamiento de cuajo natural sin tratar, en el cuajo
artificial no se detectó crecimiento de unidades formadoras de colonias (UFC), los
tratamientos irradiados con luz UV, se observó decremento de UFC a los 30 y 60 min, a los
90 minutos ya no se detectó crecimiento. En todos los tratamientos sumergidos en ultrasonido
tampoco se observó crecimiento de Log10 UFC/ml. Las pruebas de coagulación mostraron
que todos los tratamientos no perdieron su efecto coagulante de leche, a pesar de eso, en los
tratamientos testigo registraron el mayor rendimiento. Finalmente, a los quesos elaborados
se les hizo una prueba de textura en los cuales se determinó dureza y trabajo, los que mayor
dureza presentaron fueron UV 30 min (2.1 N) y el cuajo artificial (2.0 N), no se observó una
deformación en la estructura de la pasta. En conclusión, el uso de tecnologías emergentes
para esterilizar cuajo natural, resultaron efectivos en disminuir las poblaciones de
microorganismos patógenos sin que pierda su efecto coagulante, ni su textura.
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2.0 INTRODUCCIÓN
La leche es un producto derivado de los mamíferos, además es el único alimento que es
proporcionado a sus crías en su primer ciclo de vida y aporta gran variedad de nutrientes que
son grasa, proteínas, lactosa, vitaminas y minerales necesarios para vivir (Early,1998). En el
primer semestre del año 2018, en México la industria de quesos produjo 171 mil 444
toneladas entres los cuales el queso fresco fue el más producido (SIAP, 2018). En el estado
de San Luis Potosí, en la región altiplano oeste es reconocida por ser productora de quesos
frescos elaborados con cuajo natural. El cuajo natural es la mezcla de suero de leche y tejido
crudo y seco de una fracción de estómago (abomaso) de rumiantes en lactancia (bovino,
ovino, caprino, camello, búfalo, etc.) (Camin et al., 2019). En esta región la preparación del
cuajo natural no es del todo inocua y difícilmente cumple con las disposiciones y
especificaciones sanitarias de la NOM 243-SSA1-2010. Existen tecnologías emergentes de
esterilización que ayudan a inhibir los microorganismos patógenos por ejemplo por medio
de ondas ultrasónicas (acústicas) aplicadas a los alimentos de forma directa, mejora sus
propiedades y garantiza la seguridad del producto. Las ondas ultrasónicas de alta intensidad
tienen diversas aplicaciones en alimentos, como un método conveniente y seguro de
inocuidad (Gómez y López, 2009). La radiación ultravioleta es útil como alternativa para
alargar la vida de anaquel de los productos, ya que requiere una baja inversión, poco tiempo
de exposición y no afecta significativamente las características sensoriales y fisicoquímicas
de las frutas frescas (Millán et al., 2015). El objetivo de este trabajo fue evaluar dos métodos
de esterilización alternos que garanticen la inocuidad de cuajo natural o que al menos
disminuyan las cargas microbianas de organismos patógenos, para la producción de queso
fresco.
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3.0 ANTECEDENTES
3.1 Leche
Leche es un líquido blanco que segregan las glándulas mamarias de las vacas sanas o de
cualquier otra especie de forma natural que es utilizado para la alimentación de sus crías. Sus
componentes se encuentran en proporciones adecuadas y contiene gran mayoría de los
nutrientes necesarios para aportar un alto valor nutritivo, es un alimento balanceado y
apropiado para los recién nacidos (Walstra, 2006). Es un producto derivado de los mamíferos,
además es el único alimento que es proporcionado a sus crías en su primer ciclo de vida y
aporta gran variedad de nutrientes que son grasa, proteínas, lactosa, vitaminas y minerales
necesarios para vivir (Early, 1998). También se define como un líquido opaco, de color
blanco a blanco amarillento, este color se debe a la dispersión y absorción de la luz por las
gotitas de grasa y las micelas de proteína, por eso la leche descremada también es blanca. El
color amarillo o verde-amarillento es causado por los carotenos de la fase oleosa (sobre todo
en los animales que consumen hierba) y a la riboflavina de la fase acuosa. El sabor de la leche
es ligeramente dulce, mientras que el olor es normalmente poco perceptible (Belitz, 2009).
En las diversas especies de mamíferos, existen muchas diferencias en la leche en cuanto a
su composición, principalmente en el contenido de caseína, donde algunas contienen mayor
cantidad. La principal función de la leche es alimentar a las crías durante su desarrollo
posterior al nacimiento, aunque también puede ser destinada para consumo directo en los
mamíferos y en gran parte es utilizada para otros medios como para la producción de
diferentes productos como crema, yogur, cajeta, helados, mantequilla, galletas, dulces y
quesos (Santos, 2007).
5
Los productos lácteos han sido tradicionalmente una de las principales fuentes de proteína y
se encuentran disponibles grandes cantidades en el suero debido a la alta producción de leche
y queso. Las principales propiedades funcionales de las proteínas de la leche están
influenciadas por las propiedades químicas y fisicoquímicas, y estas a su vez se ven afectadas
por la composición química, las condiciones de procesamiento y el almacenamiento (Nuckles
et al, 1991).
La leche de oveja es utilizada comúnmente para la producción de queso, ya que tiene un alto
contenido de grasa y sólidos totales. Sin embargo, el alto contenido de grasa en la leche de
oveja podría limitar la demanda de productos lácteos por parte de los consumidores
conscientes de la salud (Zhang et al., 2006). En algunos estudios, se ha demostrado la
posibilidad de manipular la composición de ácidos grasos de la leche en la dieta animal esto
para aumentar la concentración de ácidos grasos poliinsaturados, ácidos linoleicos
conjugados y ácido linoleico (Cabiddu et al., 2006).
3.2 Producción de queso en México
(SIAP, 2018) en México la industria de quesos produjo 171 mil 444 toneladas con un valor
en el mercado de 8 mil 635 millones de pesos. Entre las cuales las principales variedades de
queso:
• Fresco (18.1%)
• Doble crema (15.8%)
• Panela (11.9%)
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En la categoría de los quesos frescos están quesos cremosos, semicremosos o descremados,
cocidos o simplemente de leche pasteurizada, después de su elaboración estos tienen que ser
vendidos en un plazo no mayor a 30 días. La quimosina se utiliza para cuajar la leche
rápidamente en la elaboración de quesos, sin embargo hay otros factores que intervienen
como son la acidez, composición de la leche, alimentación del ganado, raza y época en que
se produce la leche (Santos, 2007).
3.3 Quesos frescos
Se entiende por quesos frescos los tipos de queso sin madurar de consistencia blanda
(cuajada), gelatinosa (queso en capas), o granular (requesón) en la obtención de la cuajada,
el suero se elimina después de la coagulación. El requesón suele elaborarse en coaguladores
continuos con un control especial de la temperatura. Después del desuerado con bandas
filtrantes, la masa se lava en un lavador de tornillo sinfín, se refrigera y se vuelve a escurrir
en otras bandas (Belitz, 2009).
El queso es el producto que resulta de la precipitación de las caseínas, que deja como residuo
el suero de la leche, este proceso se lleva a cabo por dos métodos: por medio de la renina o
cuajo y por acidificación cercana al punto isoeléctrico de las caseínas. Los pasos principales
para su elaboración son la coagulación de la leche, el cortado del coagulo, la eliminación del
suero, el salado, el prensado y la maduración (Badui, 2013).
3.4 Elaboración de queso
El proceso de elaboración de queso fresco es muy sencillo, sin embargo involucra fenómenos
físicos y químicos muy complejos. Se trata principalmente de un proceso de concentración,
a partir de la coagulación de la proteína principal de la leche (caseína) por la acción
enzimática (cuajo) u otro coagulante de tipo acido (ácido láctico) (Johnson y Law, 2011).
7
Figura 1. Diagrama general para la elaboración de queso fresco (Juárez, 2011).
3.5 Cuajo
El cuajo es la mezcla de suero de leche y tejido crudo y seco de una fracción de estómago
(abomaso) de rumiantes en lactancia (bovino, ovino, caprino, camello, búfalo, etc.). El
abomaso contiene varios tipos de proteína denominadas enzimas proteolíticas coagulantes
entre las que destacan quimosinas (A, B y C, 10-90%) y pepsina, y son del tipo aspartato-
proteinasa (Camin et al., 2019). Estas enzimas tienen efecto a un pH de 4.65, convirtiendo la
leche líquida en un gel suave, en donde los cabellos o protuberancias de las micelas de caseína
se acortan, separándose del suero de la leche (Walstra et al., 2006).
De igual manera, Robinson y Wilbey (1998) mencionan que los cuajos contienen dos de las
proteinasas principales: quimosina y pepsina, estas varían en cantidad según la edad y la dieta
previa de los animales. También describen que la pepsina muestra mayor estabilidad que la
quimosina.
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La quimosina producida por fermentación (o quimosina genética) es la quimosina de ternero
idéntica a la naturaleza producida a través de la fermentación por un microorganismo huésped
en el que se expresa el gen de la enzima y es la primera ayuda para el procesamiento de
alimentos realizada utilizando la técnica de ADN. La quimosina producida por fermentación
es, por lo tanto, un producto de microorganismos modificados genéticamente (OMG)
(Flamm, 1991).
En Francia y Dinamarca han introducido regulaciones nacionales para el uso de quimosina
genética, pero no coagulantes vegetales. Esta actúa de manera similar que la quimosina
animal y es mucho más barata. Como el uso de estas alternativas no está permitido, es
necesario desarrollar herramientas analíticas capaces de identificar el origen de la quimosina
(The Oxford Companion to Cheese, Oxford University Press, 25 Oct 2016, 2016)
La leche también se coagula bajando el pH, esto es afectado por las bacterias ácido láctico.
Esto se debe a que las enzimas proteolíticas de las bacterias que son de gran importancia
pueden dividir la k-caseína. No obstante, el mecanismo principal es la caseína que se vuelve
insoluble cerca de su pH isoeléctrico. Al tiempo que de la coagulación del cuajo produce las
micelas de paracaseína que incluye fosfato de calcio coloidal (Walstra et al., 2006).
Durante la maduración del queso las enzimas coagulantes que quedan retenidas en la cuajada
forman compuestos aromáticos. El cuajo bovino es el coagulante más empleado en la
elaboración del queso, la quimosina que es su componente activo lo secretan animales
lactantes de varias especies de mamíferos como el cuajo de cordero y cabrito (Early, 1998).
El cuajo natural se elabora con fragmentos de rumen deshidratado de animales pequeños
lactantes sanos o destetados. El rumen, en los rumiantes lactantes, es el único estómago que
9
funciona y contiene muchas bacterias beneficiosas, así como algunas enzimas como la renina.
Su carga microbiana presenta la mayor parte de la microflora natural del producto final
responsable del proceso de fermentación, mientras que el contenido enzimático mejora la
coagulación de la leche (Voidarou et al., 2011).
3.6 Otras fuentes de cuajo
3.6.1 Vegetales
Sánchez (2014) menciona que un queso tipo fresco con enzimas vegetales tiene
características sensoriales propias. La utilización de estas enzimas vegetales (papaínaficina)
da un tiempo de vida aproximadamente de tres semanas almacenado a 4 °C, pero que se
puede incrementar su vida útil al realizar una sustitución parcial de las enzimas por cuajo
animal y de esta manera estabilizar las características sensoriales.
Las flores de cardo (Cynara cardunculus) se usan en los países mediterráneos para la
producción de queso artesanal de alta calidad con leche de ovinos y caprinos, estás flores
contienen enzimas peptidasas aspárticas que tienen la capacidad de coagular la leche. Por
otro lado, el uso de C. cardunculus como cuajo para la elaboración de quesos con leche
bovina le confiere sabor excesivamente amargo (Timón, 2019 y Almeida et al., 2017).
En un estudio realizado por Sánchez et al. (2017) estudiaron diferentes alternativas de
cuajada para la elaboración de queso, se analizaron dos extractos enzimáticos vegetales
obtenidos del higo (Ficus carica L.) y chamburo (Vasconcellea cundinamarcensis Badillo),
donde se extrajo el látex de los frutos y se les dio una purificación parcial, esto ayudó a
10
mejorar su capacidad coagulante para la elaboración de queso tipo fresco, como resultado
obtuvieron un producto final con buena aceptación.
En otro estudio realizado por Timón et al. (2019) indican que la especie vegetal de origen
mediterráneo (C. cardunculus) también tiene propiedades gelantes o coagulantes en la leche
para la producción de queso.
3.6.2 Microorganismos
En la naturaleza existen hongos microscópicos como (Mucor miehei) que generan enzimas
capaces de separar las micelas de caseína del suero de la leche (Timón et al., 2019)
3.7 Efectos fisicoquímicos durante la coagulación
El paso característico esencial en la fabricación de todas las variedades de queso implica la
coagulación del componente de caseína de la leche para formar un gel que atrapa la grasa.
La coagulación se puede lograr me<diante: proteólisis limitada por proteinasas seleccionadas
(cuajo) y por acidificación a un pH 4.6 hasta 5.2 en combinación con calentamiento a 90°
C. Los quesos coagulados con ácido y calor tienen una importancia relativamente menor y,
por lo general, se producen a partir de suero de leche o una mezcla de suero y leche
descremada y probablemente evolucionaron como un medio útil para recuperar las proteínas
de suero nutricionalmente tan valiosas (Fox, 2017).
En la elaboración de quesos, la gelificación de la leche entera se obtiene por medio de un
coagulante enzimático. Generalmente, se utiliza cuajo, que es una parte de estómago de
ternera que contiene quimosina y pepsina bovina. Como resultado, la fase líquida se separa
y la grasa se retiene en la cuajada. Mientras está ocurriendo la coagulación, las micelas de k-
caseína alteradas con quimosina comienzan a compactarse. Según, Green y Morant, 1981)
11
mencionan que las características de los geles de caseína tratados con cuajo son menos
rígidos y tienen una mayor tendencia a unirse que el gel de caseína tratado con calor, también
se obtiene más cantidad de cuajada (Zayas, 1997).
La estructura gelificada de la leche es fundamentalmente el resultado de la coagulación de
las micelas de caseína, estas representan el 80% de la proteína total en la leche y está
compuesta de cuatro caseínas individuales, αS1, αS2, β y κ-caseínas. La estructura de la
caseína micelar es muy sensible a los cambios en factores ambientales (pH, temperatura,
fuerza iónica), por lo cual estas pueden alterar sus propiedades funcionales, como la
gelificación, la formación de espuma y las propiedades emulsionantes (Silva et al., 2013).
Sin embargo, se han utilizado varios métodos para poder modificar la estructura de las
micelas de caseína: como el calentamiento, la pre-acidificación, la ultrasonicación,
homogeneización, adición o eliminación de minerales, modificación química y tratamiento
enzimático (Donato, 2009).
La leche usualmente se precalienta a temperaturas superiores a 70 ° C para que se
desnaturalicen las proteínas del suero, esto puede aumentar la rigidez y disminuir la sinéresis
de los geles inducidos mediante el ácido. Por otro lado, la desnaturalización de las proteínas
del suero ha resultado más tardado para gelificar y reduce de la rigidez del gel en geles
inducidos por cuajo (Anema y Klostermeyer, 1997; Cooper, Corredig y Alexander, 2010).
3.8 Tiempos de coagulación de la leche (cuajada)
Los tiempos de coagulación de la leche son muy importante en la industria láctea,
principalmente porque la cantidad de leche para fabricar quesos van en aumento por la
creciente demanda de productos lácteos en todo el mundo (Bittante, 2011). Esta técnica se
realiza mediante el formagrafo que ha sido personalizado para evaluar varias muestras de
12
leche al mismo tiempo y ha sido ampliamente utilizado durante algunas décadas (McMahon
and Brown, 1982). Los medios por los cuales se mide la coagulación de la leches es a través
de un aparato llamado “Foss Electric” acoplado a una lira de corte (hecha de acero
inoxidable), la lira se sumerge en la leche y por medio de movimientos oscilatorios en forma
de péndulo, mide de viscosidad a través de la resistencia de corte que opone la cuajada y el
resultado se muestra en un formagrama (Figura 2) (McMahon y Brown, 1982).
Figura 2. Esquema de un formagrama o diagrama de tiempo de coagulación por el cuajo
(tomado de McMahon and Brown, 1982).
Generalmente se miden tres parámetros: (1) tiempo de coagulación de la leche (r = TCL,
min) que se obtiene midiendo la distancia desde el origen (que es el momento de la adición
del cuajo a la leche) (2) tiempo para cuajar la firmeza (CF) de 20 mm (k20, min), que es el
intervalo desde el inicio del desarrollo de la coagulación (ECA) hasta que se alcanza un ancho
de oscilación de 20 mm; y (3) a30 = firmeza de la cuaja trasncurridos 30 min de haber
adicionado el cuajo (Bittante, 2011).
La coagulación de la leche comienza alrededor de los 15 minutos de haberse colocado el
cuajo, algunos autores mencionan que hay diferencias en tiempo de coagulación dependiendo
de la raza de las vacas (cuadro 1).
Adición de cuajo
13
Cuadro 1. Tiempos de coagulación de dos razas lecheras
Raza lechera Rendimiento
de leche
Proteína
%
Caseína
%
TCL,
min
Fuente
Holstein- Friesian - 3.28 2.54 20 Bittante, 2011
Pardo Suizo - 3.64 2.81 19
Holstein- Friesian 27.9 3.19 2.39 18.4 De Marchi et al.,
2008 Pardo Suizo 25.5 3.52 2.68 16.5
TCL= Tiempo de coagulación de la leche.
(-) = Datos no mostrados
El principal problema en la evaluación de coagulación de la leche es que, a veces, la
coagulación no se observa durante el intervalo de prueba de 30 minutos, pudiendo tardar
hasta 60 minutos en coagular completamente, este problema es importante tenerlo en cuenta
debido a que la composición química de la leche varía de una raza a otra, en ese sentido la
leche de la raza Holstein-Friesian toma más tiempo en iniciar la coagulación, aunado a que
para la elaboración de quesos su rendimiento es más bajo en contraste con otras razas
lecheras, además de que esta raza es ampliamente usada en el mundo por su rendimiento en
la producción de leche (De Marchi et al., 2007).
3.9 Tecnologías emergentes en la conservación de alimentos
La tecnología de conservación de alimentos convencional involucra procesos térmicos
(cocción, refrigeración y/o congelamiento) donde se busca almacenar diferentes alimentos
por tiempos más o menos prolongados en comparación con sus homólogos en estado fresco.
Sin embargo, estos procesos que en ocasiones buscan la destrucción o inhibición del
crecimiento de microorganismos patógenos, pueden producir alteraciones físicas, químicas
14
y biológicas, tales como, cambio de color, textura, sabor, aroma y/o pérdida de la calidad
nutritiva y sensorial (Fernández-Molina et al., 2001).
Las tecnologías emergentes son alternativas no térmicas para conservar la inocuidad de los
alimentos con daño mínimo y conservando propiedades sensoriales y nutritivas (Hernández-
Hernández et al., 2019). Estas han sido desarrolladas principalmente en EE. UU. y Europa,
comprenden la aplicación de; ultrasonido, alta presión hidrostática, campo eléctrico,
radiación ionizante, microondas y plasma frío atmosférico (Chemat et al., 2017). Algunas
aplicaciones son por ejemplo para pasteurizar y esterilizar alimentos, ya que tienen la
capacidad de incrementar la extracción de compuestos bioactivos causados por la ruptura de
las células y destruir la membrana celular, esto es causada por medio de cavitación para evitar
el crecimiento de microorganismos y alargar la vida de anaquel de los alimentos y bebidas
(Clodoveo et al., 2016).
De acuerdo con Galanakis, 2013, estas tecnologías tienen algunas ventajas sobre los métodos
de conservación de alimentos convencional o que utilizan calor:
1. Se acortan los tiempos de proceso
2. Se acelera la transferencia de calor y de masa
3. Se controlan las reacciones de Maillard
4. Mejoramiento de la calidad del producto
5. Incremento de la preservación
6. Desactivación enzimática
15
3.10 Esterilización de alimentos por tecnologías emergentes
3.10.1 Esterilización empleando ultrasonido
El desarrollo de tecnologías como el ultrasonido, es un descubrimiento relativamente
reciente, de mediados del siglo XX (años 50) se desarrolló principalmente para la limpieza
de piezas para la industria, en sus inicios estos operaban en un rango de 20-40 kHz, hoy en
día funcionan a una frecuencia de 40 kHz, esto se debe a que a frecuencias bajas los
trabajadores pueden escuchar las vibraciones en contraste a frecuencias de 40 kHZ es
inaudible y es posible eliminar más rápidamente los materiales (Mason, 2015; Gómez y
López, 2009). El mismo autor menciona que el baño ultrasónico es efectivo para limpiar,
remover y eliminar agentes contaminantes o microbiológicos de diversos materiales esto es
a través de ondas de choque y el colapso de burbujas de cavitación acústica (Cuadro 2). En
la industria alimentaria se utiliza el baño ultrasónico para el lavado de materiales y para
extraer residuos muy adherentes (Stanga, 2010).
El empleo de ondas ultrasónicas (acústicas) aplicadas a los alimentos de forma directa,
mejora sus propiedades y garantiza la seguridad del producto. Las ondas ultrasónicas de alta
intensidad tienen diversas aplicaciones en alimentos, como un método conveniente y seguro
de inocuidad (Gómez y López, 2009). La propagación de las vibraciones ultrasónicas en los
distintos medios es muy análoga a la propagación del sonido, si bien su absorción o grado de
atenuación es mucho mayor.
El uso de ultrasonido en el procesamiento de alimentos es una ventaja sobre los procesos
tradicionales, al disminuir tiempos de proceso y mejorar atributos de calidad. No obstante es
considerada una tecnología limpia y de gran potencial en la aplicación de procesos como
16
secado, congelado, descongelado, extracción entre otros. Fundamentalmente, el efecto de
cavitación gaseosa es el que produce el efecto conservador de US ya que de esta forma se
promueve la implosión de micro burbujas las cuales generan la liberación de energía (Robles,
2012).
Cuadro 2. Usos principales del ultrasonido
Área Usos
Laboratorio Eliminan completamente la sangre, las proteínas y los contaminantes. Se usa
para todo, desde cristalería hasta lentes, instrumentos y componentes de
precisión. En situaciones específicas se usa para la separación celular, lisis
celular, para hacer mezclas, emulsiones, preparación de muestras y
desgasificación de líquidos.
Industrial Eliminan la suciedad como grasa, ceras y aceites de las piezas y
componentes industriales de todo tipo, incluidos el acero, los metales ligeros
y no ferrosos, el plástico y el vidrio.
Electrónica Eliminan completamente los contaminantes de piezas de precisión como
tarjetas madre de computadoras, cristales de cuarzo, condensadores y
muchos otros.
Joyería Limpia a fondo y restaure el brillo de relojes, cadenas y dijes, ajustes,
monedas, joyas finas y mecanismos de todo tipo.
Fuente: https://www.bransonic.com/en/applications
3.11 Esterilización de alimentos por radiación ultravioleta
El tratamiento por luz ultravioleta es útil como alternativa para alargar la vida de anaquel de
los productos, ya que requiere una baja inversión, poco tiempo de exposición y no afecta
significativamente las características sensoriales y fisicoquímicas de las frutas frescas. La
inactivación microbiana por luz ultravioleta es producida por la absorción directa de la
energía ultravioleta y una reacción fotoquímica intracelular resultante que sirve para cambiar
17
la estructura bioquímica de las moléculas (probablemente en las nucleoproteínas) que son
esenciales para la supervivencia del microorganismo (Millán et al., 2015).
El tratamiento por luz ultravioleta (UV) tiene muchos beneficios sobre las tecnologías
térmicas tradicionales que incluyen los bajos costos de mantenimiento y producción. Algunas
de las aplicaciones de la tecnología por luz UV que ya han sido identificadas incluyen el
tratamiento en frío de la leche cruda. La luz UV no puede ser apto a la pasteurización térmica,
sino que también reduce la cantidad de bacterias psicrotróficas en la calidad de la leche
(Koutchma, 2009).
3.12 Otros tratamientos
El tratamiento térmico de la leche para elaboración de queso es un método alternativo que
previene defectos microbiológicos en la fabricación. Sin embargo, es un hecho bien conocido
que calentar la leche a temperaturas superiores a 70°C conduce a la desnaturalización de la
proteína del suero, esto impide la coagulación del cuajo debido a la interacción entre las
proteínas del suero y la k-caseína (Schreiber, 2001).
3.13 Normativa sanitaria para la elaboración de productos alimenticios lácteos, NOM
243-SSA1-2010
Las Normas Oficiales Mexicanas son las encargadas de regular los productos alimenticios
lácteos y la calidad mínima que debe cumplir un producto o servicio. Para el manejo y
transformación de la leche, la NOM 243-SSA1-2010 describe lo siguiente: Productos y
servicios. Leche, fórmula láctea, producto lácteo combinado y derivados lácteos.
Disposiciones y especificaciones sanitarias. Por ejemplo, en el cuadro 3 se especifican los
parámetros permitidos de cargas microbianas más importantes.
18
Los patógenos no crecen en la leche, a diferencia de los microorganismos que se
descomponen, generalmente la leche actúa como portadora de patógenos. En varios países la
condición higiénica de la leche es satisfactoria con respecto a estos microorganismos. Sin
embargo el consumo de leche cruda causa infecciones alimentarias especialmente en países
tropicales y subtropicales donde el riesgo de infección es mayor (Walstra et al., 2006).
19
Cuadro 3. Límites máximos de contenido microbiano para derivados lácteos (Diario Oficial
de la federación, 2010).
UFC: Unidades formadoras de colonias
NMP: Número más probable
Microorganismo Límite Máximo Productos
Salmonella spp Ausente en 25g o mL
Leche, fórmula láctea, producto
lácteo combinado: pasteurizados y
deshidratados.
Quesos frescos, madurados y
procesados. Quesos de suero.
Escherichia coli
100 UFC/g o mL (2 UFC/g o ml
Log10)
Quesos frescos.
< 3 NMP/g o mL
Leche utilizada como materia prima
para la elaboración de quesos.
Leche, fórmula láctea, producto
lácteo combinado; deshidratados
Staphylococcus aureus
<10 UFC/ mL por
siembra directa
Leche, fórmula láctea y producto
lácteo combinado pasteurizado.
1000 UFC/g (3 UFC/g Log10) Quesos frescos y quesos de suero
Coliformes totales
≤ 100 UFC/g o mL Helados y sorbetes. Quesos de suero.
≤ 50 UFC/g o mL Bases o mezclas para helados.
≤ 20 UFC/g o mL
En punto de venta: leche, formula
láctea, producto lácteo combinado;
pasteurizados.
≤ 10 UFC/g o mL
En planta: leche, formula láctea,
producto lácteo combinado;
pasteurizada o deshidratados.
Mantequilla, cremas, leche
condensada azucarada, leche
fermentada o acidificada, dulces a
base de leche.
20
3.14 Staphylococcus aureus
Las colonias de S. aureus se caracterizan por tener bacterias pequeñas (0.5-1 µm) que crecen
a una temperatura de 37 °C, estos estafilococos son cocos anaerobios facultativos que se
presentan de varias formas: solos, en pares o en racimo; son inmóviles y son Gram positivos
(figura 3). Algunos biotipos producen una toxina altamente termoestable, Staphylococcus
aureus produce seis enterotoxinas (A, B, C1, C2, D y E) que pueden provocar severas
intoxicaciones en el hombre. Especies del género S. aureus se puede encontrar en: a) en
alimentos: por ejemplo los que presentan un alto contenido proteico, como la leche y
derivados lácteos, también se desarrolla en aquellos alimentos que presentan altas
concentraciones de sal, otro factor importante en los alimentos es el pH b) ambiente como
puede ser: aire, polvo, superficies en donde se manejan alimentos, agua, agua residual, las
enfermedades que puede causar infecciones en la piel (bacterimia), infecciones en los huesos,
endocarditis, intoxicación y neumonía (Norma Oficial Mexicana NOM-115-SSA1-1994).
Figura 3. Crecimiento de Staphylococcus aureus en agar Baird-Parker
(Fuente: https://www.bioser.com/productos/baird-parker-agar-medio-base-80p/)
21
3.15 Coliformes totales
La Organización Mundial de la Salud y la Organización Panamericana de la salud (s/f)
describen que coliformes totales son bacilos Gram negativos, son microorganismos
indicadores de la familia Enterobacteriaceae, cuando son incubados a 35-37°C por 48 horas,
fermentan la lactosa con producción de gas ocasionando en las colonias desarrolladas el vire
del indicador rojo neutro presente en el medio y la precipitación de las sales biliares (figura
4). Los coliformes totales incluyen los coliformes ambientales y los de origen fecal,
provenientes de animales de sangre caliente. Se encuentran en el intestino del hombre y de
los animales, pero también en otros ambientes: agua, suelo, plantas, cáscara de huevo, etc.
Figura 4. Crecimiento de Coliformes totales en agar bilis rojo-violeta
(Fuente: http://www.bioser.com/productos/vrbg-agar-violet-red-bile-glucose-agar-46p/)
22
3.16 Salmonella spp
Es un bacilo anaerobio facultativo perteneciente a la familia Enterobacteriaceae, Gram-
negativo. Aun cuando los miembros de este género son capaces de moverse por medio de
flagelos perítricos, existen variantes no móviles, S. enterica serovar Pullorum y S. enterica
serovar Gallinarum. Las especies de Salmonella son quimioorganótrofas, tienen la
capacidad para metabolizar nutrientes por las vías fermentativa y respiratoria. La amplia
distribución de Salmonella spp en el ambiente, se da mucho en las prácticas agrícolas
aplicadas en la industria cárnica, pesquera, de moluscos, láctea y el reciclaje de la materia
prima como alimento para ganado, favorece la permanencia de este patógeno humano en
gran variedad de alimentos (figura 5). Enfermedades que puede causar es salmonelosis que
afecta el aparato intestinal, fiebre tifoidea, diarrea entre otras (Norma Oficial Mexicana
NOM-109-SSA1-1994).
Figura 5. Colonias de Salmonella en agar Salmonella- Shigella
(Fuente: http://moltox.com/index.php?main_page=index&cPath=17_198)
23
3.17 Escherichia coli
Es un bacilo corto, Gram negativo, móvil, uno de los elementos que la hace diferente de
salmonela es la habilidad para atacar a la lactosa y sacarosa ya que produce ácido acético,
ácido láctico, gas y etanol (figura 6) (Jain et al., 2015), E. coli puede causar diarrea, colitis
hemorrágica, insuficiencia renal e infecciones y son causadas por alimentos principalmente
en restaurantes, una de las principales fuentes de distribución de brote es en los quesos
(Sodha, et al, 2010) gran variedad de cepas de E.coli son patógenas para el hombre las cuales
son seccionadas en seis grupos E. coli enteroagregante, E. Coli enteropatogeno, E. coli
enterotoxigenico, E.coli enteroinvasivo, E. coli enterohemorragico y E.coli verotoxigenico
(Forsythe y Hayes, 2012)
Figura 6. Crecimiento de E. coli en agar Eosina y azul de metileno
(Fuente: http://www.merckmillipore.com/MX/es/product/EMB-agar,MDA_CHEM-
101347)
24
4.0 OBJETIVO
Evaluar dos métodos de esterilización alternos que garanticen la inocuidad de cuajo natural
o que al menos disminuyan las cargas microbianas de organismos patógenos, para la
producción de queso fresco.
4.1 Objetivos específicos
Analizar por medio de ultrasonido e irradiación ultravioleta la inocuidad de cuajo
natural. Realizar pruebas microbiológicas a los cuajos tratados.
Evaluar la capacidad coagulante de los cuajos esterilizados por ultrasonido e
irradiación ultravioleta y determinar el rendimiento
Determinar la dureza de las cuajadas por medio de un análisis de textura parcial que
incluya dureza y trabajo
5.0 HIPÓTESIS
Los tratamientos alternos de esterilización mediante ondas ultrasónicas e irradiación
ultravioleta disminuyen la carga microbiana patógena, garantizan la inocuidad del cuajo
natural sin afectar su capacidad de coagulación, sin afectar los aromas y sabores deseables
por los consumidores.
6.0 JUSTIFICACIÓN
Los quesos que se producen en pequeña escala utilizan como coagulante el cuajo natural, sin
embargo, no hay un estudio que indique que microorganismos patógenos se encuentran de
manera libre en él, por lo cual se plantea hacer un cuajo natural inocuo con métodos alternos
25
por ultrasonido e irradiación ultravioleta como inhibidores de microorganismos patógenos
para prevenir posibles riesgos al consumir el producto, y proponer acciones para la mejora
de la calidad de los quesos.
7.0 MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se realizó en el laboratorio de microbiología de la CARAO de la UASLP. El cuajo
bovino (tejido-abomaso) se obtuvo de una carnicería local, se puso a secar al sol con sal de
grano por una semana, transcurrido ese tiempo se colocó en 5.0 litros de suero de leche y se
dejó reposar por tres días en un recipiente cerrado a temperatura ambiente para que
fermentara y pudiera ser utilizado. Esta es la manera en la que se prepara en las pequeñas
queserías de las localidades cercanas de Salinas, S.L.P. Posteriormente, una vez fermentado
se tomó 1.0 L de cuajo natural, este se dividió en tres fracciones (330 ml c/u) para darles a
dos tratamientos un proceso de esterilización y una fracción no se trató (Cuadro 4).
La primera fracción se colocó en microtubos eppendorf de 1.5 mL y se les dio un tratamiento
de ultrasonido (Branson modelo 1510) a una frecuencia de 40 kHz por 5, 10 y 15 minutos
en agua destilada a temperatura ambiente 20° C (Li et al., 2016), la segunda fracción se vertió
en placas de Petri previamente esterilizadas y con 10 ml de cuajo natural, las cajas con el
cuajo se expusieron a irradiación bajo una lámpara ultra violeta (UV) por 30, 60 y 90 min en
una campana de flujo laminar, con un rango de longitud de onda de 253.7 nm (Thermo
scientific, grado II 1300 SERIES A2). La tercera fracción del cuajo no recibió tratamiento
alguno testigo negativo. Además, se usó un cuajo artificial como testigo positivo.
26
Figura 7. Equipos usados en el tratamiento del cuajo natural a) Baño ultrasónico y b)
Campana de flujo laminar. Fuente (https://www.bransonic.com/en/product-features,
https://beta-
static.fishersci.com/images/euimages/15138025_GRP_A~wl.jpg?_ga=2.186624864.83649
2207.1565290321-358173072.1565290321 ).
Cuadro 4. Diseño experimental de los cuajos
Tratamientos Método alterno
1) Cuajo natural
2) Cuajo natural
3) Cuajo natural
Ultrasonido 40 KHz, 5 min
Ultrasonido 40 KHz, 10 min
Ultrasonido 40 KHz, 15 min
4) Cuajo natural
5) Cuajo natural
6) Cuajo natural
UV 30 min
UV 60 min
UV 90 min
7) Cuajo natural Sin tratamiento o testigo negativo
8) Cuajo comercial Sin tratamiento, testigo positivo
(n = 5, tres replicas)
27
7.1 Análisis microbiológico
A todos los tratamientos se les realizó una prueba microbiológica que consistió en analizar
la presencia de microorganismos patógenos: Coliformes totales, Esquerichia coli,
Staphylococcus aereus, y Salmonella spp descritos en la NOM-243-SSA1-2010 Productos y
servicios. Leche, fórmula láctea, producto lácteo combinado y derivados lácteos.
Disposiciones y especificaciones sanitarias.
7.2 Preparación de agares
Se prepararon los agares EMB (Eosin Metilen Blue), Salmonella-Shigella, Baird Parker y
Rojo Violeta, de acuerdo a las instrucciones de esterilidad que indica cada uno de los
recipientes, para el crecimiento de microorganismos específicos, tales como, Esquerichia
coli, Salmonella spp., Staphylococcus aureus, Coliformes totales respectivamente.
Las condiciones de esterilización se llevaron a cabo en una autoclave (121°C) durante 15-20
minutos. Para comprobar la esterilidad de los agares, estos se vertieron en placas de Petri
previamente esterilizadas y se colocaron dentro de una incubadora a 37 °C por 24 horas como
prueba de esterilidad.
7.3 Preparación de la muestra y diluciones
El análisis microbiológico de las muestras para la identificación de Salmonella spp, se utilizó
el método que se basa en el análisis de 1 ml de muestra analítica de cuajo en una proporción
de 1:9 de muestra/agua peptonada al 0.1% y utilizando agar Salmonella-Shigella (Bioxon,
BD) (NOM-114-SSA1-1994, Método para la determinación de salmonella en alimentos).
28
El método para la determinación de S. aureus en alimentos, se basa en el análisis de 1.0 g o
mL de la muestra analítica en una proporción de 1:9 de muestra/agua peptonada al 0.1%
sobre la superficie de las placas de agar Baird-Parker. (NOM-115-SSA1-1994).
El conteo de bacterias E.coli, se basa en el análisis de 1.0 g o mL de la muestra analítica en
una proporción de 1:9 de muestra/agua peptonada al 0.1% sobre la superficie de las placas
de agar Eosina y Azul de Metileno (EMB) (NOM-112-SSA1-1994).
Las Coliformes totales en alimentos, se determinaron mediante el análisis de 1.0 g o mL de
la muestra analítica en una proporción de 1:9 de muestra/agua peptonada al 0.1% sobre la
superficie de las placas de agar Rojo-Violeta (NOM-113-SSA1-1994). A todas las muestras
de cuajo se les realizaran diluciones desde 1 x 100 hasta 1 x 109 (Figura 8) según la escala de
McFarland (MacFaddin, 2003)
Figura 81. Ilustración de las diluciones y la siembra por triplicado en cajas de Petri con
cuatro divisiones
1 x
10
0
1 x
10
1
1 x
10
2
1 x
10
3
1 x
10
4
1 x
10
9
1 x 100
1 x 101
1.0 mL 1.0 mL 1.0 mL 1.0 mL 1.0 mL
29
7.4 Análisis de la acción coagulante del cuajo
Se realizó una prueba para evaluar el efecto coagulante de los cuajos tratados y sin tratar, la
cual consistió en colocar 200 mL de leche de vaca pasteurizada y se le adicionó 1 mL de
cuajo (n=5) y la mezcla se calentó a 35°C hasta que se observó la precipitación de la cuajada.
Una vez coagulada la caseína de la leche, se separó el suero de la leche y a la cuajada se le
determinó el peso en húmedo y en seco, este último a 60° C durante 24 h en un horno de
secado (BINDER).
7.5 Análisis de Textura
Para el análisis de textura se prepararon muestras pequeñas de un tamaño de 2.0 x 3.0 cm de
queso fresco con cuajo natural tratado y sin tratar en vasos de plástico, se les realizó una
prueba de textura para analizar dureza (g fuerza = 0.009 Newtons), deformación (mm) y
trabajo (mJ). Los quesos elaborados se mantuvieron en refrigeración a 4° C por 24 horas. Las
pruebas de dureza se realizaron con un analizador de textura marca Brookfield® modelo
CT3, a una temperatura ambiente de aproximadamente 20°C. Se analizaron 8 tratamientos
descritos anteriormente con 5 repeticiones cada uno, los parámetros de dureza, deformación
y trabajo se midieron con una sonda (TA53 Cutting wire 0.33mm D, 40mm L) por medio de
incisión con una distancia de 20 mm a una velocidad de 1mm/s.
8.0 ANÁLISIS ESTADÍSTICO
La prueba microbiológica, la carga de microorganismos patógenos (Salmonella, Escherichia
coli, Coliformes totales y Staphylococcus aureus) se analizó con un diseño completamente
al azar de ocho tratamientos (Cuadro 1). Se hizo una prueba de comparación de medias de
30
Tukey con una significancia de p<0.05. El análisis de la acción coagulante de los cuajos
tratados (peso húmedo y peso seco) y textura se analizó con un diseño completamente al azar
y un análisis de varianza, posteriormente se realizó una prueba de medias de Tukey con un
nivel de significancia de p<0.05, en el paquete estadístico RStudio (2017).
9.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El cuajo natural es una fuente primordial de enzimas del tipo aspartato-proteasas capaces de
coagular la leche, su preparación puede contener una gran cantidad de microorganismos
patógenos, en estos casos los métodos caloríficos pueden inactivar la función biológica de
las enzimas por desnaturalización, los métodos alternos (físicos y químico) que no requieren
calor, tal es el caso de la radiación ultravioleta, radiación nuclear, frecuencia (sonicador),
congelación, secado al vacío, entre otros, se han estado estudiando en distintas aplicaciones.
Como se mencionó anteriormente, el cuajo natural se ha utilizado durante siglos para la
elaboración fundamental de quesos. Sin embargo, tiene una variabilidad en su composición
química y microbiológica, esto se puede deber a la fuente de la que proviene, por ejemplo; la
especie del animal rumiante (cabra, becerro, borrego, entre otros), si la fuente es un extracto
de planta o por un microorganismo y fundamentalmente el modo en que se elabora el cuajo
(condiciones ambientales, sanidad, cuidados, etc) con base en lo anterior, el cuajo podría
carecer de calidad microbiológica y ser una posible fuente de enfermedades. A pesar de este
inconveniente, es muy utilizado porque los consumidores tienen una alta preferencia de
productos lácteos como lo son los quesos frescos, por cuestiones organolépticas como
sabores fuertes deseables (Harboe, 1994).
31
La composición química de la leche se muestra en el cuadro 5, donde se observa que el
contenido nutricional es bajo de acuerdo al contenido promedio de nutrientes en leche de
bovino reportados en la literatura. Por el tipo de alimentación de las vacas (alfalfa y lechero
(alimento comercial balanceado peletizado para ganado lechero) (maíz y salvado)), podemos
intuir que la baja calidad de leche (i.e. grasa)
Cuadro 5. Composición fisicoquímica de la leche.
Componente
Grasa, % 1.7
Sólidos no grasos, % 8.15
Densidad, kg/m3 1023.3
Punto de congelación, °C -0.50
Proteína, % 2.9
Lactosa 4.4
Sales 0.6
Agua añadida 0.0
pH 6.77
Además se midió el potencial de hidrógeno (pH), se observó que el cuajo natural tratado y
los no tratados presentaron los valores más bajos de pH (ácidos), en contraste con el cuajo
artificial (Cuadro 6). En un estudio realizado por Moschopoulou (2011) menciona que los
32
valores pH de cuajo de becerro oscila entre 5.5 y 6 a la cual actúan las enzimas como las
quimosinas.
Cuadro 6. Comparación de pH de cuajo artificial y cuajo natural.
Tratamiento Valor de pH
Cuajo artificial 5.00
Cuajo natural 3.52
Cuajo expuesto a luz UV 30 min 3.64
Cuajo expuesto a luz UV 60 min 3.58
Cuajo expuesto a luz UV 90 min 3.61
Cuajo baño ultrasonido 5 min 3.66
Cuajo baño ultrasonido 10 min 3.55
Cuajo baño ultrasonido 15 min 3.67
9.1 Análisis microbiológico
Los resultados del análisis microbiológico de los distintos tipos de cuajos tratados, se
muestran en el cuadro 7. De manera general hubo diferencias entre tratamientos (p<0.01).
Sin embargo al analizar por fuentes de variación, se identificó que no hubo efecto de las
bacterias (p = 0.0711), el factor B (Cuajo tratado) si presentó efecto en el crecimiento de los
microorganismos (p<0.001), finalmente la interacción A*B, no mostro diferencias (p =
0.8394). Los tratamientos de la muestra testigo + (cuajo artificial) no hubo crecimiento de
colonias de ninguna de las bacterias. Por otro lado, la muestra testigo – (cuajo natural) fue la
que presentó la mayor carga microbiana en todos los microorganismos, sin que haya
diferencias en los conteos (p>0.05). Por otro lado, el cuajo tratado con radiación UV por 30
33
min se encontró disminución en el crecimiento de colonias bacterianas de E. coli, S. aureus
y coliformes totales, además de que no se detectó crecimiento de Salmonella spp y para los
tratamientos con radiación UV por 60 min, sólo se observó crecimiento de colonias en S.
aureus. El resto de los cuajos tratados ya sea con radiación UV por 90 min, o cuajo sumergido
en ultrasonido por 5, 10 y 15 min, no se detectó crecimiento de unidades formadoras de
colonias.
Bartkiene et al. (2018) estudiaron el efecto de distintos métodos para disminuir poblaciones
de Enterobacterias, levaduras y Escherichia coli en calostro bovino, sus resultados
evidencian que el uso de baño ultrasónico es eficaz para disminuir casi en su totalidad
unidades formadoras de colonias de dichos microorganismos, sus observaciones concuerdan
con los resultados obtenidos en este trabajo, a la misma frecuencia, la fuerza generada durante
la implosión de burbujas de agua puede romper las células bacterianas.
34
Cuadro 7. Análisis microbiológico de cuajo natural, tratado con distintos métodos alternos
Los datos corresponden a los valores promedios transformados a Log10 UFC/ml de cuajo.
UV corresponde a la radiación que se le dio a los cuajos, 30, 60 y 90 minutos, Baño US corresponde cuajos sumergidos en baño
ultrasónico a 5, 10 y 15 min.
N.D. = No detectado,
EEM Error Estándar de la Media.
Efecto debido al factor (C), Tratamiento que se le dio al cuajo natural.
Los valores con distinta literal son diferentes por renglón (p<0.05).
Microorganismo Testigo
+
Testigo
-
UV 30
min
UV 60
min
UV 90
min
Ultrasonido
5 min
Ultrasonido
10 min
Ultrasonido
15 min
Efecto del
factor EEM
Escheriquia coli N.D. 4.53a 3.02b N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. C 0.36
Staphylococcus
aureus N.D. 4.13a 3.03b 2.49b N.D. N.D. N.D. N.D. C 0.36
Coliformes totales N.D. 3.68a 2.24b N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. C 0.36
Salmonella spp N.D. 3.27 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. C 0.36
35
Chouliara et al (2009) evaluaron el efecto tratar leche cruda, tibia y pasterizada en baño
ultrasónico sobre el crecimiento de microorganismos y atributos sensoriales, los autores
mencionan que el baño ultrasónico no disminuyó las poblaciones de microrganismos, así
como también, identificaron deficiencias en el análisis sensorial (olor y sabor) debidas a
contaminación microbiana y oxidación de lípidos, posiblemente causados por las altas
temperaturas donde realizaron el experimento.
Taylor y Richardson (1980) mencionan que cuando la leche se sumerge en baño ultrasónico
y se somete a frecuencias bajas, la turbulencia de las burbujas puede provocar cambios en el
tamaño de las partículas de las micelas de caseína en la leche. Shanmugam et al. (2012) de
igual manera señalan que la leche descremada sometida a ultrasonido a 20 kHz provoca una
pequeña disminución en el tamaño de la micela de caseína.
En un estudio realizado por Villamiel y de Jong (2000), enfatizan que la explosión de las
burbujas producidas en el baño ultrasónico tiene un efecto sobre la desnaturalización de
proteínas en suero de leche. Este argumento puede explicar los resultados microbiológicos
obtenidos en nuestro trabajo, es decir, que la pared celular de los microorganismos, en su
contenido de proteínas también haya sido desnaturalizada, de alguna forma inactivando o
matando a la célula.
Liu et al., (2016) realizaron un estudio donde evaluaron el daño inducido por el efecto de
ultrasonido a Escherichia coli y Staphylococcus aureus en suspensiones de 108 UFC/mL,
describen que después de 20 minutos de haber sumergido las suspensiones en el baño a una
frecuencia de 40 kHz, los promedios de muerte de E. coli y S. aureus resultaron de 99.2% y
92.7%, respectivamente.
36
En un estudio realizado por Dai et al., (2012) mencionan que la irradiación ultravioleta C es
un método alternativo para inhibir microorganismos resistentes a antibióticos, ya que es
capaz de dañar el núcleo de la célula en un rango de 250-270 nm, por lo tanto, es el rango
más fuerte de longitudes de onda para los microorganismos dañando su ADN. Para la cepa
de S. aureus resistente, las tasas de inactivación fueron del 99,9% a los 5 seg y del 100% a
los 90 seg. Para E. faecalis, las tasas de inactivación fueron del 99,9% a los 5 seg y del 100%
a los 45 seg. Estos estudios sugieren que la UVC a 254 nm es bactericida para las cepas de
S. aureus y E. faecalis resistentes a los antibióticos en momentos tan cortos como 5 seg.
9.2 Efecto coagulante
De los ocho tratamientos de cuajo para la elaboración de muestras de queso fresco, se obtuvo
un mayor peso en húmedo con los tratamientos testigo + (cuajo artificial) y testigo – (cuajo
natural), siendo estos iguales estadísticamente (p>0.05), cuyo peso fresco fue de 24.3 y 23.0
g de cuajada/ 200 ml de leche, respectivamente y lo cual corresponde a un porcentaje de
sólidos (cuajada) de 12.1 y 11.5%. Por otro lado, las muestras de cuajo tratadas ya sea por
ultrasonido (5, 10 y 15 min) y/o lámpara UV (30, 60 y 90 min), no se vio afectado el efecto
coagulante (no solo se coagulan las proteínas), sin embrago, el peso fresco fue menor a los
tratamientos testigo (p<0.05), los valores de peso fresco de dichos tratamientos oscilaron
entre 18.9 y 21.0 g de cuajada/ 200 ml de leche. Y de igual manera, el porcentaje de sólidos
osciló entre 9.4 y 10.5 %.
37
Figura 9. Muestras de cuajada con y sin tratamiento de radiación ultravioleta (UV) y Baño
ultrasónico. Testigo + (cuajo artificial), testigo – (cuajo natural). Porcentaje en cada una de
las barras, corresponde al porcentaje de sólidos coagulados por el cuajo. Barras de error están
representadas por desviación estándar. Columnas con literales distintas, son estadísticamente
diferentes (p<0.05).
Los resultados del análisis correspondiente a peso seco de los quesos frescos elaborados con
cuajos tratados se muestran en la figura 10. El peso seco fue similar en la mayoría de los
tratamientos (p>0.05), solamente los tratamientos con menor peso seco (p<0.05) fueron UV
90 min y Ultrasónico 10 min (10.1 y 10.2 g de cuajada/200 ml de leche, respectivamente).
0
5
10
15
20
25
30
Testigo + Testigo - UV 30 min UV 60 min UV 90 min Ultrasónico
5 min
Ultrasónico
10 min
Ultrasónico
15 min
pes
o d
e m
ues
tras
de
qu
eso
s, g
/200
ml
de
lech
e
Tratamientos
aab
cc c
bcc
c
11
.5 %
9.4
%
9.9
%
9.7
%
9.9
%
10
.4 %
9.6
%
12.1
%
38
Figura. 10. Muestra de cuajadas en peso seco con y sin tratamientos de radiación ultravioleta
(UV) y Baño ultrasónico. Testigo + (cuajo artificial), testigo – (cuajo natural). Barras de
error están representadas por error estándar de la media. Columnas con literales distintas, son
estadísticamente diferentes (p<0.05).
9.3 Textura
Los resultados del análisis correspondiente a la prueba de textura que se les realizó a los
quesos frescos elaborados se les determinaron dureza y el trabajo. En la figura 11, se
muestran los resultados de dureza en Newtons (N), estadísticamente se presentaron
diferencias significativas (p <.0001). Donde el tratamiento del baño ultrasónico a 10 min fue
donde se mostró menor dureza, también se analizó un queso comercial el cual indica que es
semejante al testigo -.
En un trabajo realizado por García-Gómez et al. (2019) elaboraron quesos con cuajo animal
(bovino) y se les realizó una prueba de textura donde se midió dureza, adhesividad,
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Testigo + Testigo - UV 30 min UV 60 min UV 90 minUltrasónico
5 min
Ultrasónico
10 min
Ultrasónico
15 min
Pes
o s
eco
de
las
mu
estr
as d
e cu
ajad
a, g
Tratamientos
aab
ab
ab
b
ab
b ab
39
elasticidad, cohesión y masticabilidad, indican que los quesos elaborados con cuajo bovino
presentaron mayor dureza (31.5 N ó 3500 g). En contraste, los valores de dureza que
obtuvimos están muy por debajo (2.1 N ó 233 g) de los reportados por dichos autores.
Figura 11. Prueba de dureza a las cuajadas elaboradas con y sin tratamientos de radiación
ultravioleta (UV) y Baño ultrasónico. Testigo + (cuajo artificial), testigo – (cuajo natural).
Barras de error están representadas por error estándar de la media.
Finalmente, el trabajo (mJ) que fue la energía necesaria para poder de deformar el queso
aplicada a cierta distancia a las muestras de queso se puede observar en la figuras 12, en la
cual si hubo diferencias estadísticas (p <.0001). El tratamiento de 10 min fue el que menor
trabajo presento.
ab
bc
a
abc
bc
d
cd
cdabc
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Testigo + Testigo - UV 30
min
UV 60
min
UV 90
min
US 5 min US 10
min
US 15
min
Queso
comercial
Dure
za (
N)
Tratamientos
40
Las técnicas ultrasónicas han demostrado potencial para evaluar diferentes parámetros: la
estructura, concentración, ubicación y estado físico de los diferentes componentes de los
productos alimenticios. También, se han utilizado para evaluar la firmeza de la cuajada, para
determinar el tiempo de corte óptimo para la fabricación de queso y para evaluar la textura
de algunos tipos de queso (Benedito et al., 2006).
Figura 12. Prueba de trabajo a las cuajadas elaboradas con y sin tratamientos de radiación
ultravioleta (UV) y Baño ultrasónico. Testigo + (cuajo artificial), testigo – (cuajo natural).
Barras de error están representadas por error estándar de la media.
En otro estudio realizado por Timón et al. (2019) analizaron el efecto de tres fuentes de cuajo
para la elaboración de queso, 1) Cuajo bovino con 95% de quimosina y 5% de pepsina
bovina, 2) cuajo de origen vegetal (C. cardunculus) es una planta de origen mediterráneo y
a
bc ab
abc cdbcd
d
bcdbc
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
Testigo + Testigo - UV 30
min
UV 60
min
UV 90
min
US 5 min US 10
min
US 15
min
Queso
comercial
Tra
baj
o (
mJ)
Tratamientos
41
es el cuajo vegetal más utilizado y 3) cuajo microbiano (Mucor miehei) y encontraron que el
cuajo animal fue el que mayor efectividad presentó para coagular la k-caseína de la leche.
Finalmente, cabe mencionar que aunque en este trabajo no se incluyó la identificación de la
bacteria Brucella spp responsable de ocasionar brucelosis considerada como una enfermedad
impórtate que se puede contraer por medio del consumo de productos lácteos, mal
elaborados. La brucelosis es una enfermedad muy antigua mejor conocida como fiebre de
malta, fiebre ondulante y/o fiebre mediterránea. Las especies del género Brucella (B.
abortus, B. melitensis, B. canis, B. neotomae, B. ovis, y B. suis) son patógenos intracelulares
facultativos que infectan una gran variedad de mamíferos. La bacteria se trasmite por
ingestión o contacto con materiales y productos lácteos contaminados provenientes de
animales enfermos de origen bovino y caprino principalmente. La enfermedad se manifiesta
en forma subclínica, subaguda, aguda y crónica que suele aparecer después de un periodo de
incubación de 7 a 21 días (Freer, 1996). Se recomienda hacer un estudio donde se incluya la
detección de Brucella abortus en los quesos frescos elaborados de manera tradicional, ya que
la bacteria antes mencionada, es difícil de erradicar y puede generar enfermedades en la
población de consumo.
11.0 CONCLUSIÓN
En conclusión, los métodos de esterilización por baño ultrasónico y luz ultravioleta pueden
ser eficaces para inhibir las cargas microbianas sin afectar la coagulación de la k-caseína de
la leche, además, estos métodos afectan mínimamente el rendimiento de la cuajada. Estos
tratamientos pueden ser una buena alternativa para poder elaborar quesos artesanales sin
cargas patógenas altas que puedan causar alguna enfermedad en el consumidor y además,
mantener cualidades organolépticas deseables en los consumidores. Por último, falta realizar
42
estudios de los tiempos de coagulación de las caseínas tratadas con los distintos métodos
alternos que se usaron en este trabajo, así como, un estudio de identificación de Brucella spp
en leche y quesos y su posible esterilización por estos métodos.
12.0 REFERENCIAS
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