i
BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO, CON PULPA DE MARACUYÁ, Y ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA
ANGELLY PATRICIA MARTÍNEZ RODRÍGUEZ Ingeniera de Alimentos
UNIVERSIDAD DE CORDOBA
FACULTAD DE INGENIERIA
MAESTRIA EN CIENCIAS AGROALIMENTARIAS
BERASTEGUI
2012
ii
BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO,
CON SABOR A MARACUYÁ Y ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA
ANGELLY PATRICIA MARTÍNEZ RODRÍGUEZ Ingeniera de Alimentos
UNIVERSIDAD DE CORDOBA
FACULTAD DE INGENIERIA
MAESTRIA EN CIENCIAS AGROALIMENTARIAS
BERASTEGUI
2012
iii
BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA A PARTIR DEL LACTOSUERO,
CON SABOR A MARACUYÁ Y ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA
ANGELLY PATRICIA MARTÍNEZ RODRÍGUEZ
Ingeniera de Alimentos
Directora
CLAUDIA DENISE DE PAULA
Ph. D. Ciencia y Tecnología de Alimentos
UNIVERSIDAD DE CORDOBA
FACULTAD DE INGENIERIA
MAESTRIA EN CIENCIAS AGROALIMENTARIAS
BERASTEGUI
2012
iv
El jurado calificador de este trabajo no será responsable de las ideas emitidas por
los autores.
(Artículo 46, acuerdo 006 de mayo 29 de 1979, Consejo Directivo).
v
Nota de aceptación
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________ Firma del jurado
______________________________ Firma del jurado
______________________________ Firma del jurado
vi
DEDICATORIA
A Dios, mis padres, mis hermanitos y mi Padrino, muchas gracias por ayudarme a
cumplir esta meta.
ANGELLY PATRICIA
vii
AGRADECIMIENTOS
Mis más sinceros agradecimientos a:
A la Universidad de Córdoba por permitirme desarrollar mis estudios y por toda la
ayuda brindada.
A la Beca-pasantía “Jóvenes Investigadores e Innovadores de Colciencias”, por
apoyarme durante el desarrollo de esta investigación.
A los jurados evaluadores y el Comité de Maestría en Ciencias Agroalimentarias por su
colaboración, esfuerzo y respaldo.
A mi Directora Claudia Denise de Paula, por su excelente apoyo y asesoría oportuna e
incondicional durante el desarrollo de esta investigación.
Al Ingeniero de Alimentos Herney Lozano, Jefe de Planta de la empresa Proleche
viii
(Cereté), por ser la luz que me permitió salir de la oscuridad en la fase más importante
de esta investigación.
A todos mis compañeros de la Maestría, y mis amigos Mauricio Sierra, Leonardo
Miranda, Katia Cury, Carlos García, Eder González, Yeniret Marín, Ferney Doria, y
Cristian Mangones, por el apoyo brindado en las diferentes etapas de la investigación.
Al profesor Plinio Cantero y todos los estudiantes del programa de Ingeniería de
alimentos por su indispensable participación en este trabajo.
Al profesor Dager Plata y la profesora Agustina Noble, jefes de departamento de los
programas de Informática y medios audiovisuales y Bacteriología por su importante
apoyo y excelente colaboración y a todos los estudiantes del Programa de Informática y
Educación física por su participación en las pruebas realizadas.
A los Auxiliares y todo el personal de laboratorios y Planta Piloto de la Universidad de
Córdoba, por su colaboración, servicio y apoyo.
Al personal del laboratorio de Análisis químico e instrumental, y al personal del edificio
de Laboratorios de Alimentos de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín,
por permitirme desarrollar parte de mi trabajo experimental en sus instalaciones, y por
gran amabilidad, apoyo y asesorías oportunas.
ix
A Yeni Isaza y Gabriel Restrepo, por ser las personas que me brindaron su apoyo y la
esperanza de terminar satisfactoriamente este trabajo de investigación.
x
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
1. INTRODUCCION 1
2. REVISION DE LITERATURA 5
2.1 LACTOSUERO 5
2.1.1 Clasificación y composición 5
2.1.2 Producción mundial y nacional 8
2.1.3 Derivados comerciales 10
2.1.4 Beneficios del lactosuero, sus componentes y aplicación deportiva 12
2.2 BEBIDAS A PARTIR DE LACTOSUERO 13
2.2.1 Tipos de bebidas de lactosuero 14
2.2.2 Aspectos tecnológicos de la producción de bebidas de lactosuero 15
2.2.3 Investigaciones recientes sobre bebidas de lactosuero 18
2.2.4 Reglamentación Colombiana de bebidas 19
2.3 HIDROLISIS DE LA LACTOSA POR VIA ENZIMATICA 19
2.3.1 Fuentes de la enzima β-galactosidasa industrial 19
2.3.2 Proceso de hidrólisis de la lactosa y su aplicación industrial 20
2.4 ALIMENTOS Y COMPONENTES FUNCIONALES 21
2.4.1 L-glutamina 23
2.4.2 Aplicaciones de la L-glutamina en la salud humana 24
2.4.3 Aplicaciones de la L-glutamina en atletas 27
xi
2.4.4 L-glutamina y seguridad de consumo 29
3. OBJETIVOS 31
3.1 OBJETIVO GENERAL 31
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 31
4. MATERIALES Y METODOS 32
4.1 MATERIALES 32
4.2 METODOS 33
4.2.1 Recolección de lactosuero fresco 33
4.2.2 Caracterización fisicoquímica y bromatológica de la materia prima 33
4.2.3 Hidrólisis del lactosuero fresco 34
4.2.4 Elaboración de la bebida deslactosada y fermentada con pulpa de
maracuyá
35
4.2.5 Adición de L-glutamina y evaluación de su comportamiento 36
4.2.6 Diseño experimental y análisis de datos 39
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES 41
5.1 CARACTERIZACIÓNFISICOQUÍMICA Y BROMATOLÓGICA
DE LA MATERIA PRIMA
41
5.2 HIDRÓLISIS DEL LACTOSUERO FRESCO 43
5.3 ELABORACION DE LA BEBIDA DESLACTOSADA Y
FERMENTADA CON PULPA DE MARACUYÁ
48
5.4 ADICIÓN DE L-GLUTAMINA Y EVALUACIÓN DE SU
COMPORTAMIENTO
51
6. CONCLUSIONES 60
7. RECOMENDACIONES 62
BIBLIOGRAFÍA 63
xii
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Composición (%) del lactosuero dulce y ácido 5
Tabla 2. Composición nutricional (g/100g) del lactosuero dulce
comercializado en polvo
6
Tabla 3. Alternativas tecnológicas de hidrólisis de lactosa aplicables a producción de bebidas de lactosuero
17
Tabla 4. Fuentes comerciales de β-galactosidasa para hidrólisis en alimentos
20
Tabla 5. Aplicaciones de la hidrólisis de la lactosa 21
Tabla 6. Análisis fisicoquímicos y bromatológicos 34
Tabla 7. Análisis microbiológicos realizados a las bebidas adicionadas
con L-glutamina
37
Tabla 8. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero fresco
41
Tabla 9. Parámetros fisicoquímicos de la pulpa de maracuyá 42
Tabla 10. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero pasteurizado
43
Tabla 11. Cambios del punto crioscópico durante el proceso de hidrólisis 46
Tabla 12. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero hidrolizado
48
Tabla 13. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos de la bebida sin pulpa
49
Tabla 14. Resultados de la prueba sensorial de ordenamiento-preferencia 50
Tabla 15. Análisis de coliformes totales y fecales para las bebidas con 55
xiii
L-glutamina en el tiempo Tabla 16. Análisis de mesófilos aerobios, hongos y levaduras para las
bebidas con L-glutamina en el tiempo 55
Tabla 17. Aceptabilidad de las bebidas con L-glutamina en el tiempo 57
xiv
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Volumen comercializado de quesos en Cundinamarca y
Antioquia
9
Figura 2. Productos obtenidos a partir del lactosuero 11
Figura 3. Evolución de la bebida carbonatada de lactosuero “Rivella” 15
Figura 4. Hidrólisis de lactosa por β-galactosidasa 20
Figura 5. Comportamiento del pH del lactosuero durante la hidrólisis 44
Figura 6. Comportamiento de la acidez del lactosuero durante la hidrólisis
45
Figura 7. Variación del punto crioscópico para el tratamiento 3 en el período de 16 horas
47
Figura 8. Resultados de pH y % de acidez de las bebidas con L-glutamina en el tiempo
51
Figura 9. Resultados de sólidos totales y sólidos solubles de las bebidas con L-glutamina en el tiempo
53
Figura 10. Resultados de proteína de las bebidas con L-glutamina en el tiempo
54
Figura 11. Seguimiento de la L-glutamina en el tiempo de almacenamiento
58
xv
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Formulario de consignación: Análisis fisicoquímicos,
microbiológicos y determinación de L- glutamina
76
Anexo B. Proceso para la hidrólisis del lactosuero fresco 77
Anexo C. Proceso para la elaboración de la bebida deslactosada y
fermentada, adicionada con L-glutamina
78
Anexo D. Formato empleado en la evaluación sensorial: Prueba de
ordenamiento preferencia
79
Anexo E. Formato empleado en la evaluación sensorial: Prueba de
aceptación
80
Anexo F. Patrón puro y curva de calibración de la L-glutamina 81
Anexo G. Balances de ingredientes y formulaciones de las bebidas
enriquecidas con L-glutamina
88
Anexo H. Resultados cromatográficos de las bebidas enriquecidas con L-
glutamina
91
xvi
RESUMEN
El lactosuero obtenido de la elaboración de queso fresco contiene proteínas de alto valor
biológico, sin embargo no es aprovechado en Colombia. El consumo del lactosuero
deslactosado podría contribuir a la disminución de la desnutrición infantil y fortalecer el
sistema inmunológico por el enriquecimiento con L- glutamina. El objetivo de esta
investigación fue obtener una bebida deslactosada y fermentada a partir de lactosuero
con pulpa de maracuyá, enriquecida con L-glutamina. Esta investigación fue de tipo
experimental y utilizó lactosuero de queso costeño proveniente del Municipio del
Sabanal (Córdoba), enzima Maxilact, cultivo termófilo DANISCO MY800, pulpa
comercial de maracuyá y estabilizantes. El lactosuero fue recolectado y refrigerado a 4
°C por 10 h, determinando su composición fisicoquímica y bromatológica al igual que la
pulpa, los cuales cumplieron con los parámetros establecidos por la Resolución
2310/1986 (Derivados lácteos) y la NTC 5468 (pulpas) . El lactosuero fue filtrado,
pasteurizado (70 °C/30 min), enfriado a 6 °C y estabilizado con tripolifosfato de sodio
(0.04 %). La hidrólisis se realizó con agitación intermitente durante 10 horas con
diferentes concentraciones de enzima: 4.4 mL/L (T1), 2.8 mL/L (T2), 1.2 mL/L (T3)
comparado con un control (sin enzima), realizando un seguimiento del pH y la acidez,
del cual la acidez no presentó significancia (p>0.05). A los tratamientos se les determinó
el porcentaje de variación del punto crioscópico, encontrándose que no existen
diferencias estadísticas (p>0.05) por lo que se seleccionó el tratamiento más económico
(T3), al cual fue realizado un seguimiento durante 16 h determinando el porcentaje
xvii
máximo de variación del punto crioscópico del 93.1% durante las 10 h de hidrólisis. La
bebida fue elaborada con una concentración final de 14 °Brix, con adición de pulpa de
maracuyá que aportó diferentes concentraciones de sólidos solubles (3.9%, 5.7%, 7.5%,
9.1% y 10.7%), evaluadas por 59 catadores no entrenados, empleando una prueba de
ordenamiento-preferencia, donde la bebida con 10% de pulpa fue la más preferida. Esta
bebida fue enriquecida con 1 g/L y 2 g/L de L-glutamina y almacenada durante 21 días a
4 °C, observando su comportamiento fisicoquímico, microbiológico, bromatológico,
sensorial, y se cuantificó el aminoácido adicionado por cromatografía líquida de alta
resolución (HPLC en inglés). Se presentaron diferencias significativas (p<0.05) sobre el
pH y la acidez, mientras que no existió significancia (p>0.05) entre los sólidos totales,
sólidos solubles y la proteína, al evaluar diferentes niveles de L-glutamina. Ambas
bebidas mantuvieron constante el valor de la grasa (0.2 %), cumpliendo con los
parámetros NTC 805/2005, la Resolución 2310/1986, y los parámetros microbiológicos
(coliformes totales, fecales, hongos y mesófilos) hasta el día 14. En la prueba sensorial
se determinó que ambas bebidas aumentaron ligeramente su aceptación con el tiempo de
almacenamiento, presentando el mismo término hedónico “Me gusta mucho” sin
presentar diferencias significativas (p>0.05) por adición de L-glutamina. La L-glutamina
fue identificada y cuantificada con valores superiores a los adicionados en las bebidas
durante todo el tiempo de almacenamiento, pudiendo ser declaradas como bebidas
enriquecidas con L-glutamina cumpliendo con la Resolución 333/2011. Finalmente,
ambas bebidas mantuvieron un tiempo de conservación de 14 días cumpliendo los
atributos de calidad estipulados en la normativa.
Palabras claves: Lactosuero, bebida, glutamina, maracuyá, alimento funcional.
xviii
ABSTRACT
The whey obtained from cheese making, contains proteins of high biological value but is
not used in Colombia. Whey hydrolyzed could help to reduce child malnutrition,
increase availability and enhance the immune system for the enrichment of L-glutamine.
The objective of this research was to obtain a fermented and hydrolyzed beverage from
whey with passion fruit pulp, enriched with L-glutamine. This research was
experimental and used coastal cheese whey from the Sabanal (Córdoba), enzyme
Maxilact, DANISCO thermophilus MY800 culture, commercial passion fruit pulp and
stabilizers. The whey was collected and refrigerated at 4 °C for 10 h, determined the
physicochemical and qualitative composition as pulp, which met the parameters set by
resolution 2310/1986 (Dairy) and NTC 5486 (pulps). The whey was filtered, pasteurized
(70 ° C/30 min), cooled to 6 °C and stabilized with sodium tripolyphosphate (0.04%).
The hydrolysis was performed with intermittent agitation for 10 hours with different
concentrations of enzyme: 4.4 mL/L (T1), 2.8 mL/L (T2), 1.2 mL/L (T3) and control (no
enzyme), they were monitored the pH and acidity, of which only the acidity did not
show significance (p <0.05). For the treatments were determined the percentage change
of the freezing point, and found no differences (p<0.05), it was selected the cheapest
treatment (T3), which was monitored for 16 h and it was determined a maximum
variation of the cryoscopic point of 93.1% during 10 h of hydrolysis. The beverage was
made with a final concentration of 14 °Brix, with the addition of passion fruit pulp that
provided different concentrations of soluble solid (3.9%, 5.7%, 7.5%, 9.1% and 10.7%).
xix
The beverages were evaluated by 59 untrained tasters, using a ranking-preference test,
where the beverage with 10% of pulp was the most preferred. This beverage was
enriched with 1 g/L and 2 g/L of L-glutamine and stored for 21 days at 4 ° C. In storage,
we evaluated its physical and chemical behavior, microbiology, bromatological, sensory,
and this amino acid was quantified by high resolution liquid chromatography (HPLC).
They were significant differences (p <0.05) on the pH, acidity, while there was no
significance between the total solids, soluble solids and protein, when was evaluated of
different levels of L-glutamine. In Both beverages were kept fat constant (0.2%), met the
NTC parameters 805/2005, Resolution 2310/1986, and microbiological parameters (total
and fecal coliforms, fungi and mesophilic) to day 14. In the sensory test beverages was
determined that both slightly increased their acceptance with storage time, presenting the
same term hedonic "I like a lot" without presenting significant differences (p> 0.05) by
addition of L-glutamine. The L-glutamine was identified and quantified with values
higher than initials values added in the beverages during all the storage time, they may
be declared as beverages enriched with L-glutamine meet the resolution 333/2011.
Finally, both drinks were maintained as a product of good quality with duration of 14
days.
Keywords: Whey, beverage, glutamine, passion fruit, functional food.
1
1. INTRODUCCION
El lactosuero es un subproducto de la fabricación de queso fresco, y se caracteriza
porque contiene proteínas y fracciones proteicas de alto valor biológico como la β-
lactoglobulina (6-8 g/L), la α- lactoalbúmina (1-2 g/L), péptidos, albúmina sérica (0.4
g/L), inmunoglobulinas, lactoferrina, lactoperoxidasa y glicomacropéptidos, alta
cantidad de lactosa (44-52 g/L), minerales (4.3-9.5 g/L) y vitaminas (Londoño et al.,
2008; Haraguchi et al., 2006). Para el año 2010, Colombia registró en los departamentos
de Antioquia y Cundinamarca un total de 10 millones de kg de queso comercializado,
donde se obtuvieron aproximadamente 90.000.000 L de lactosuero (Agronet, 2011).
En Colombia el lactosuero producido no es aprovechado en su totalidad, sino que se
utiliza para engorde de animales o sencillamente es vertido a corrientes de agua debido
al desconocimiento de otras formas de aprovechamiento del mismo. El aprovechamiento
del lactosuero es de gran importancia ya que debido a su alto valor nutritivo y
energético, es consumido por bacterias y otros microorganismos que utilizan el oxígeno
del agua, siendo la demanda biológica del lactosuero de 40.000 a 50.000 de mg O2/L
(Londoño et al., 2008).
2
A pesar de la existencia de recursos tan ricos en minerales y aminoácidos como el
lactosuero, en Colombia los datos de desnutrición en niños y niñas menores de 5 años de
edad son graves, ya que el 3.4% presentan desnutrición global (peso - edad) y el 9.0%
desnutrición crónica (talla - edad). Para los niños, niñas y jóvenes entre los 5 y 17 años
de edad, se ha registrado un retraso en talla y delgadez del 2.1%, donde uno de cada 10
niños adolescentes presenta un retraso significativo del crecimiento. El estado
nutricional en niños de 6 a 59 meses es aún más crítico, ya que uno de 4 niños presenta
anemia (27,5%), mientras que en los adolescentes de 13 a 17 años, solo el 11% de ellos
la presenta. En Colombia, se ha registrado que el 39% de los habitantes entre 5 a 64
años, no consumen productos lácteos diariamente y el 14,8% no consume carnes o
huevos diariamente, pero el 22,1% consume gaseosas o refrescos diariamente (ENSIN,
2010). Por lo anterior, el aprovechamiento del lactosuero como bebida refrescante sería
una buena alternativa para contribuir en la disminución de las falencias nutricionales en
Colombia, gracias a las proteínas, aminoácidos esenciales y otros componentes con
actividad anticancerígena (proteína concentrada de suero, α-albúmina y lactoferrina),
que beneficiaría a todos los consumidores principalmente a los más vulnerables como
ancianos (Parodi, 2001; USDA, 2011). Por esta razón, es conveniente su
aprovechamiento, ya que se evitaría la contaminación ambiental y se disminuiría el
desperdicio de las industrias queseras, debido a que el lactosuero representa 83% del
volumen total de la leche tratada. Este volumen representa valores altos de producción e
incrementa los ingresos de los productores de queso, como también la posibilidad de
brindar valor agregado a este subproducto, para que pueda ser comercializado en forma
de bebidas refrescantes tipo jugo adicionado con un componente funcional como es la L-
3
glutamina que ayuda al sostenimiento del sistema inmunológico (Inda, 2003).
En Suiza, se elabora una bebida refrescante carbonatada “Rivella” elaborada a partir de
lactosuero desproteinizado desde 1952, que es comercializada en Canadá, Francia y
otros países. Está bebida se encuentra en diferentes presentaciones y sabores: Rivella
Green, Rivella blue, Rivella red y Rivella yellow (Rivella, 2011).
En Colombia, el lactosuero es desaprovechado, mientras que en EE UU es utilizada
como materia prima principal para la elaboración de productos como Nitrotech
conformado principalmente por la proteína del lactosuero procesada con tecnología de
hiperdispersión nanomolecular, que permite una absorción de aminoácidos de una forma
casi instantánea en el músculo, con aumento rápido de la masa y fuerza muscular,
gracias al diminuto tamaño de las partículas (2 µn). Ambos productos son utilizados por
los fisicoculturistas como Jay Cutler (Ms Olympia 2006) y su consumo se ha
incrementado en los últimos años (Jackson y Stoppani, 2007). En Colombia, se obtuvo
una bebida fermentada con adición de pulpa de maracuyá a partir del lactosuero (Flórez
y Peña, 2001), además, se empleó la biotransformación del lactosuero con un conjunto
de microorganismos del kéfir para obtener una bebida refrescante de tipo lácteo (Lara y
Caselles, 2003), y una bebida fermentada de suero de queso fresco inoculada con
Lactobacillus casei (Londoño et al., 2008).
El desarrollo de una bebida a base de lactosuero adicionada con L-glutamina,
incrementaría su valor nutritivo, el consumo de este tipo de bebida podría contribuir a
disminuir la población desnutrida en Colombia y posibilitaría su desarrollo
agroindustrial aumentando la disponibilidad de alimentos de alto valor biológico a la
4
población de escasos recursos puesto que estas bebidas se caracterizan por ser
económicas (Londoño et al., 2008). Como el lactosuero contiene grandes cantidades de
lactosa, el proceso de hidrólisis generará un impacto positivo al facilitar su consumo por
la población intolerante a la lactosa, que está conformada por el 25% de los americanos
caucásicos (Samartín, 2003). Sumándose a lo anterior, se destacan sus propiedades
funcionales aportadas por sus proteínas, que refuerzan directamente aspectos
importantes de la función inmune (proteger contra la enfermedad y la infección), y
además proporciona una fuente de calcio biodisponible que ayuda a mantener la salud
ósea (Cribb, 2004; Guéguen y Pointillart, 2000; Cribb, 2005).
La importancia del aprovechamiento del lactosuero es la obtención de productos
rentables y de alto valor nutritivo que podría contribuir a la disminución de la población
desnutrida en Colombia, beneficiando principalmente a los productores de queso
costeño. Por este motivo, el objetivo principal de esta investigación fue desarrollar una
bebida deslactosada y fermentada a partir de lactosuero, con pulpa de maracuyá y
enriquecida con L-glutamina.
5
2. REVISION DE LITERATURA
2.1 LACTOSUERO
El lactosuero es la parte líquida que queda después de separar la cuajada al elaborar
queso; también se define como el producto resultante de la coagulación de la leche en la
fabricación del queso tras la separación de la mayor parte de la caseína y la grasa
(Ministerio de Salud, 1986).
2.1.1 Clasificación y composición. El lactosuero puede clasificarse en suero dulce o
suero ácido, según la leche utilizada, el tipo de queso a fabricar y el sistema de
coagulación (Inda, 2003). La composición del lactosuero teniendo en cuenta ésta
clasificación, se presenta en la Tabla 1.
Tabla 1. Composición (%) del lactosuero dulce y ácido COMPONENTE SUERO DULCE SUERO ÁCIDO
Humedad 93-94 94-95 Grasa 0,2-0,7 0,04 Proteínas 0,8-1,0 0,8-1,0 Lactosa 4,5-5,0 4,5-5,0 Sales Minerales 0,05 0,4
Fuente: Inda, 2003.
6
En la Tabla 2, se muestra la composición nutricional del lactosuero dulce comercializado
en polvo.
Tabla 2. Composición nutricional (g/100g) del lactosuero dulce comercializado en polvo
AMINOÁCIDO SUERO DULCE EN POLVO Triptófano 0.205 Treonina 0.817 Isoleucina 0.719 Leucina 1.186 Lisina 1.030 Metonina 0,241 Cistina 0.253 Fenilalanina 0.407 Tirosina 0.363 Valina 0.697 Arginina 0.375 Histidina 0.237 Alanina 0.598 Acido aspártico 1.269 Ácido glutámico 2.248 Glicina 0.280 Prolina 0.786 Serina 0.622
Fuente: USDA, 2011.
El lactosuero dulce comercializado en polvo en Estados Unidos, presenta una
composición alta de ácido glutámico que es el compuesto homónimo de la L-glutamina,
ya que al sustituirse el -OH del ácido carboxílico terminal del ácido glutámico por un
grupo amino (NH2) se forma la L-glutamina.
(USDA, 2011; Tapiero et al., 2002).
7
Aunque tiene un contenido proteico bajo, la proteína de suero posee un alto valor
biológico, contiene la mayor cantidad de aminoácidos esenciales (400 mg/g) siendo
superior al huevo, y posee 32 mg/g de aminoácidos azufrados con un valor superior al de
la carne y la caseína comparados nutricionalmente (Londoño et al., 2008; Smithers,
2008). Estas proteínas tienen usos múltiples y son una excelente opción para las
personas que valoran el papel de una dieta saludable para ayudar a mantener y mejorar la
salud (Zemel, 2003). Además de las proteínas, el lactosuero presenta una cantidad rica
de minerales donde sobresale el potasio, seguido de calcio, fósforo, sodio, magnesio,
zinc, cobre y hierro. Cuenta también con vitaminas del grupo B (tiamina [0.5 mg/100g],
ácido pantoténico [5.6 mg/100g], riboflavina [2.2 mg/100g], piridoxina [2.4 mg/100g])
y ácido ascórbico (Londoño et al., 2008).
Cabe aclarar que el 73% de los sólidos del suero es la lactosa, por lo tanto la cantidad de
suero que pueden consumir personas con intolerancia a la lactosa es limitado, porque
carecen de la habilidad para hidrolizar el azúcar (Endara, 2002; Rodríguez et al., 2008).
El lactosuero debido a su composición y altísimos volúmenes de producción, es
fundamentalmente el gran responsable del grado de contaminación de los efluentes
lácteos. Para apreciar el grado de contaminación únicamente no se tiene en cuenta la
composición química cuantitativa, sino la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) que
se expresa en miligramos de oxígenos exigidos para la destrucción, por oxidación
microbiana de las materias orgánicas. En lo que se refiere a la capacidad de depuración
de un sistema, se considera habitualmente la DBO5, es decir la demanda de oxígeno al
8
cabo de 5 días. El problema radica en que el sector lácteo es uno de los sectores
industriales más representativos de muchos países, al igual que otros alimentos de origen
animal como la carne y los huevos. La carne proviene, principalmente, de ganado
bovino, ya sea bajo sistemas especializados o de doble propósito (Chagas, 2008).
2.1.2 Producción mundial y nacional. A nivel mundial la producción de leche fresca
alcanzó los 697,8 T métricas en el año 2010, donde Asia es considerado como el mayor
productor (252,3 T métricas aportados principalmente por India, China y Pakistán),
seguidos por la Unión Europea (151,6 T métricas) y los Estados Unidos (78,7 T
métricas); considerando la India (112,6 T métricas) como el principal país productor de
leche a nivel mundial en el año 2010 (FAO, 2011). En el mercado de Europa y Estados
Unidos hace ya varios años comenzaron a aparecer una variedad de productos a base de
lactosuero, como suero en polvo, proteína de suero concentrada, proteína de suero
aislada, bebidas, medicamentos, entre otros, que aprovechan las bondades nutricionales
de este efluente y solucionan en gran parte los problemas ambientales que provoca. Para
el año 2008, Estados Unidos exportó a todo el mundo 201.281 T métricas de suero dulce
y 120.996 T de proteína de suero concentrado en polvo, mientras que en el 2009,
exportó 206.448 T de suero dulce en polvo en el mundo (USDA, 2010).
En los países de América Latina, la producción de leche no es muy alta a excepción de
Brasil, quien a nivel mundial se ubicó en el puesto número 5 en la producción de leche
fresca entera (30.007.800 T métricas), mientras que Argentina solo se ubicó en el puesto
número 17 (10.366.300 T métricas) para el año 2009 (FAOSTAT, 2009). El lactosuero
9
en América Latina es aprovechable en mínimas cantidades para alimento de animales,
como cerdos y bovinos, y la mayor parte es desechada a los ríos y lagunas, provocando
un incremento en los niveles de contaminación de las zonas aledañas a las plantas
queseras (Londoño et al., 2008). Particularmente, Colombia en el año 2009 se ubicó en
el puesto número 21 en producción de leche fresca a nivel mundial con una participación
de 7.426.304 T métricas de leche (FAOSTAT, 2009). Actualmente, la producción
lechera en Colombia es la actividad más importante en el sector agropecuario después de
la producción de carne, y según la encuesta nacional agropecuaria realizada en el año
2009, la producción de leche en Colombia fue de 15.7 millones de litros del cual el 41%
es destinado al sector industrial (ENA, 2009).
Durante los últimos 3 años, los departamentos de Cundinamarca y Antioquia obtuvieron
los mayores volúmenes de producción y comercialización de queso campesino, queso
doble crema en plantas de proceso (Agronet, 2011). El total de los volúmenes
comercializados para los diferentes tipos de quesos en estos departamentos se muestra
en la Figura 1.
Figura 1. Volumen comercializado de quesos en Cundinamarca y Antioquia
Fuente: Agronet, 2011.
10
Los quesos, constituyen hoy por hoy el principal destino de la leche en la mayoría de los
países y los departamentos de mayor producción de leche en Colombia. Esta expansión
de la industria quesera produce grandes volúmenes de suero lácteo o lactosuero, único
subproducto remanente de la elaboración. Pero, el lactosuero representa un producto
residual que genera grandes problemas ambientales. Por cada kg de queso producido se
desechan aproximadamente nueve litros de suero, según la Figura 1 en Cundinamarca y
Antioquia se produjeron aproximadamente 90.000.000 L de lactosuero en el 2010,
donde el 45% es arrojado en ríos y centros de aguas residuales. Se ha calculado que una
industria quesera pequeña, produce una contaminación comparable a la de 36.000
personas (Agronet, 2011; Parra, 2009).
El porcentaje restante es tratado y transformado en varios productos alimenticios, del
cual cerca del 45% es usado directamente en forma líquida, 30% en polvo, 15% como
lactosa y subproductos, y el resto como concentrados de proteína de lactosuero (Panesar
et al., 2007; Parra, 2009). Sin embargo, este efluente desaprovechado constituye una
importante fuente nutricional, ya que incluye en su composición un completo perfil de
minerales, proteínas de alto valor biológico y representa una importante fuente de
hidratos de carbono para la población (Ronda, 2000; Agronet, 2011).
2.1.3 Derivados comerciales. Existen diferentes productos obtenidos a partir del
lactosuero. En la Figura 2, se encuentran esquematizados, los diferentes procesos que
dan lugar a éstos productos (Cuartas, 2005).
11
Figura 2. Productos obtenidos a partir del lactosuero. Fuente: Cuartas, 2005.
Otros productos del suero como suero desmineralizado, proteína de suero concentrada,
proteína de suero aislada, suero reducido en lactosa y concentrado en minerales,
emplean evaporación, secado, centrifugación, cristalización, cromatografía, intercambio
de iones, electrodiálisis, procesos de membranas y absorción con carbón activado para
remover el color (Smith, 2008).
Actualmente, se están estudiando las variaciones únicas en cromatografía a través de
intercambio iónico, de afinidad de membranas, la adsorción bioselectiva, y un proceso
llamado extracción micelar inversa para separar y purificar las proteínas específicas del
suero. En la Universidad de Wisconsin, Madison, se han logrado separaciones de las
12
proteínas del suero usando la cromatografía de membrana como la lactoferrina y la beta-
lactoglobulina. En la Universidad de California, Davis, se ha desarrollado la técnica de
extracción micelar inversa, la cual ofrecen la posibilidad de extracción continua de
proteínas específicas de una mezcla acuosa, logrando al mismo tiempo la concentración
y purificación de proteínas específicas en una manera eficiente (Smith, 2008).
2.1.4 Beneficios del lactosuero, sus componentes y aplicación deportiva. El
lactosuero posee varios compuestos bioactivos que ofrecen una gran potencial para
extender los beneficios de salud a personas activas más allá de la composición de
cuerpo. Entre los componentes importantes tenemos: beta-lactoglobulina, alfa-
lactoalbúmina, inmunoglobulinas, lactoferrina, lactoperoxidasa, proteasa-peptona,
glicomacropéptido, péptidos y minerales. Otro componente muy utilizado por atletas en
entrenamiento intensivo son las inmunoglobulinas, que ayudan a sostener el sistema
inmunológico y evitar el efecto inmunosupresor que presentan debido al agotador
entrenamiento y disminución de las defensas (Ha y Zemel, 2003).
Dentro de los componentes benéficos del lactosuero, también se encuentran las proteínas
del suero, las cuales son una fuente de aminoácidos esenciales, una fuente de proteínas
para la defensa contra infecciones microbianas y una fuente de factores de crecimiento y
moduladores de las propiedades biológicas (Harper, 2008). También se ha demostrado,
que la proteína de suero en dosis bajas (2-4 %) aumenta la saciedad en humanos en
comparación con los carbohidratos, incrementa la energía (348 kJ) y reduce la ingesta de
alimentos de forma espontánea, mientras que la presencia del ion calcio aumenta la
13
excreción fecal de grasa en un 5,2 g/día; por esta razón es ampliamente utilizada en
programas para pérdida de peso en atletas (Astrup et al., 2010; Poppitt et al.,2011;
Chung et al.¸2009). En el área deportiva, estas proteínas son de alto consumo ya que
permiten el aumento de la masa, fuerza muscular y el mantenimiento del sistema
inmunológico, gracias a los BCAA (aminoácidos de cadena ramificada) y aminoácidos
como la arginina. Los BCAA son indispensables ya que son metabolizados en el
músculo causando directamente un aumento de la fuerza muscular, mientras que la
arginina es la encargada de la producción de la “GH” (hormona de crecimiento) y el
“NO” (óxido nítrico). La “GH” aumenta el diámetro de las fibras musculares y el “NO”
produce la vasodilatación que permite el transporte adecuado de los aminoácidos a los
músculos (Jackson y Stoppani, 2007; Wataru et al., 2006).
La proteína de suero es tan importante que se han incorporado en bebidas deportivas y
barras de chocolate especiales para deportistas, por el alto contenido de aminoácidos de
cadena ramificada (BCCA) que son los únicos capaces de proporcionar una fuente
rápida de energía durante el ejercicio de resistencia, en donde la síntesis de toda la
proteína corporal se reduce logrando disminuir la fatiga durante el ejercicio aeróbico
prolongado (Gonca, 2008).
2.2 BEBIDAS A PARTIR DE LACTOSUERO
Las bebidas de lactosuero son un producto tradicional potable basado en el lactosuero
líquido como el principal o por lo menos como un componente importante, y
14
generalmente es usado el lactosuero como materia prima ideal para la elaboración de
bebidas lácteas nutricionales (Jelen, 2009; Jelen y Tossavainen, 2003).
2.2.1 Tipos de bebidas de lactosuero. Existen varios tipos de bebidas desarrolladas a
base de lactosuero, sin embargo los cuatro tipos básicos de bebidas a base de lactosuero
son los siguientes:
a) Bebidas de lactosuero tipo jugos de frutas: Son las más comunes y utilizan
lactosuero desproteinizado (sin proteínas) o el permeado de lactosuero
ultrafiltrado (UF) con mezcla de jugos de frutas, encontradas en los mercados
locales de hoy en día. Los ingredientes básicos son lactosuero líquido y jugos de
frutas líquidos o concentrados. Los sabores empleados son naranja, limón,
mango, maracuyá, y combinación de frutas exóticas. El lactosuero ácido es
utilizado para elaboración de bebidas isotónicas para deportistas con sabores
ácidos, enriquecidas con vitaminas y minerales (Jelen, 2009).
b) Bebidas tipo lácteo: Se utiliza el lactosuero, o componentes del lactosuero como
un ingrediente en una bebida tipo yogurt. Puede desarrollarse en dos formas:
leche no fermentadas y en productos fermentados. Las únicas diferencias son las
características del producto final (pH neutro o ácido) (Jelen, 2009).
c) Bebidas tipo carbonatadas refrescantes: Se caracterizan por utilizar lactosuero
altamente clarificado, desproteinizado y carbonatado. El producto más
representativo en el mercado mundial (Suiza, Alemania, Finlandia, Austria y
15
Noruega) es la bebida suiza “Rivella” consumida en Canadá y Holanda desde
1952. Es una bebida de lactosuero pasteurizada, carbonatada con diversos
sabores “Rivella Red” estimulante con extractos de hierbas, “Rivella blue” baja
en calorías, “Rivella Green” con extractos de té verde y “Rivella yellow” sin
edulcorantes artificiales, refrescante y sabor delicado a base de vegetales como
la soya (Parra, 2009; Rivella, 2011). En la Figura 3 se observan estos productos y
su evolución en el tiempo.
Figura 3. Evolución de bebida carbonatada de lactosuero “Rivella” Fuente: Rivella, 2011.
d) Bebidas basadas en lactosuero y otros componentes: Estas bebidas se
desarrollan para deportistas durante el periodo de gran ansiedad previa a las
competencias, ya que abarca las bebidas nutricionales basadas en la proteína del
lactosuero debido a su fácil digestión. Estas bebidas emplean componentes del
lactosuero como PSC (Proteína de suero concentrada), APS (aislado de proteína
de suero) y lactosuero hidrolizado para elaboración de bebidas deportivas e
isotónicas y con multi-minerales (Jelen, 2009; Harper, 2008).
2.2.2 Aspectos tecnológicos de la producción de bebidas de lactosuero. Además de
operaciones como la filtración para remover residuos de grasa y caseína, la preparación,
2011
16
pasteurización, enfriamiento y almacenamiento, existen 5 etapas especializadas para la
elaboración de productos a base de lactosuero, las cuales son:
a) Procesos de membrana para remover o concentrar la proteína del lactosuero: Se
emplean operaciones como microfiltración (MF) para separar las caseínas. La
ultrafiltración (UF) para retirar las proteínas del lactosuero y obtener un lactosuero
desproteinizado empleado para elaboración de bebidas carbonatadas (Jelen, 2009).
b) Desmineralización parcial o total: La desmineralización se realiza por
nanofiltración, ya que los minerales son cerca del 10% del total de los sólidos del
lactosuero. Cuando se requiere una desmineralización más completa como en el caso
la manufactura de PCS, APS y especialmente la producción de fórmulas infantiles, se
debe realizar el procesamiento del suero por electrodiálisis o por intercambio iónico
para garantizar una desmineralización al 90% (Berrocal y Chaveron, 2005)
c) Fermentación: El lactosuero UF contiene lactosa como componente principal y su
fermentación no presenta ningún tipo de inconvenientes, pero se ha demostrado que
en fermentaciones con microorganismos tipo Lactobacilli, el lactosuero UF es un
medio nutricionalmente incompleto lo cual ocasiona que el crecimiento de este
microorganismo sea más lento comparado con el mismo medio enriquecido
(Vasiljevic y Jelen, 2001). Un beneficio adicional de la fermentación es la obtención
de péptidos bioactivos cuando se emplean cepas adecuadas de LAB (Lactobacillus)
en procesos fermentativos (Korhonene y Philanto, 2006)
17
d) Hidrolisis de lactosa: Se realiza por razones relacionadas con la nutrición
(intolerancia a la lactosa), conveniencia sensorial (incremento del dulzor) y por
tecnología (para facilitar crecimiento de microorganismos no fermentadores de
lactosa como la Saccharomyces cerevisiae). En la Tabla 3, se muestran algunas
alternativas para la hidrólisis de lactosuero a nivel industrial (Gänzle et al., 2008).
Tabla 3. Alternativas tecnológicas de hidrolisis de lactosa aplicables a producción
de bebidas de lactosuero. PROCESO CARACTERISTICAS
Hidrolisis catalizada con ácido Solución acuosa de lactosa calentada a pH< 1.5 Adición directa de ácido Temperatura alrededor de 90 °C Intercambio iónico Temperatura alrededor de 150 °C Tecnología de enzima inmovilizada Reactor con lactasa inmovilizada en columna o
membrana. Enzima soluble (libre) Preparación de enzima purificada adicionada al
producto, de un solo uso no reutilizable. Reactores de membrana con enzima
soluble (libre) Enzima libre que permanece en el reactor por
continua separación por UF. Extracto crudo celular Homogeneizado de lactasa producido por cultivos
microbianos como la fuente de enzima. Fuente: Gänzle et al., 2008.
La lactosa hidrolizada en bebidas de lactosuero puede ser ventajosa para la reducción de
un alto contenido calórico de estos productos, especialmente en bebidas tipo jugos de
frutas, donde el lactosuero excede el 80% del total del volumen, además de incrementar
el dulzor alrededor de 4 veces, comparado con la lactosa sin hidrolizar (Repelius, 2001).
e) Parcial eliminación de lactosa por procesos cromatográficos: Esta remoción se
realiza especialmente en lactosuero para la elaboración de bebidas tipo lácteo
saborizadas o producidas a partir de PCS líquida o adicionando lactosuero dulce a la
leche antes de la remoción cromatográfica de la lactosa. La remoción de la lactosa
18
del lactosuero destinado a la producción de bebidas a base de lactosuero pre-
concentrado se realiza con el fin de evitar la cristalización (Jelen y Tossavainen,
2003).
2.2.3 Investigaciones recientes sobre bebidas de lactosuero. Países diferentes a Suiza
han realizado diversas investigaciones con el fin de aprovechar el lactosuero de sus
industrias. Honduras, ha realizado investigaciones por parte de la Universidad de
Zamorano, en el cual se elaboró una bebida a partir de suero de queso y leche
descremada con sabor a mango (Endara, 2002). En México, el Departamento de
Graduados e Investigación en Alimentos desarrolló una bebida de lactosuero usando una
fermentación con el hongo del té (Belloso y Hernández, 2003).
En Colombia, también se ha intentado aprovechar el lactosuero, un ejemplo de ello son
las investigaciones desarrolladas por las Universidades de Córdoba y Libre de
Barranquilla, en la cual se obtuvo una bebida fermentada con adición de pulpa de
maracuyá (Flórez y Peña, 2001) y una bebida refrescante tipo lácteo por
biotransformación del lactosuero con un microorganismo del kéfir (Lara y Caselles,
2003).
Todas las investigaciones buscan aumentar los beneficios provenientes del lactosuero,
por ello se han incursionado probióticos como en el caso de la investigación desarrollada
en la Universidad Nacional de Medellín, donde se obtuvo una bebida fermentada de
suero de queso fresco inoculada con Lactobacillus casei (Londoño et al., 2008).
19
2.2.4 Reglamentación Colombiana de bebidas. En Colombia no existe una
reglamentación para las bebidas desarrolladas a partir de lactosuero hidrolizado. Sin
embargo el Ministerio de Salud exige que todas las bebidas lácteas fermentadas cumplan
con las normas NTC 805/2005 y la Resolución 2310/1986 del Ministerio de Salud para
derivados lácteos. Si la bebida contiene pulpa de frutas, ésta debe cumplir con la
Resolución 7992/1991 del Ministerio de Salud de Colombia.
2.3 HIDRÓLISIS DE LA LACTOSA POR VIA ENZIMATICA
La hidrólisis de la lactosa por vía enzimática se realiza empleando de la enzima β-
galactosidasa (lactasa). Este proceso también es conocido como “deslactosado” y se
aplica a la leche y derivados lácteos como el lactosuero, con el objetivo de disminuir el
contenido de lactosa, cuyo principal fin es facilitar su consumo a personas que presentan
intolerancia a la lactosa (Demirhan y Ozbek, 2007).
2.3.1 Fuentes de la enzima β-galactosidasa industrial. La enzima β-galactosidasa
(lactasa) es ampliamente distribuida en la naturaleza de acuerdo a varias funciones entre
ellas la digestión, degradación lisosomal y catabolismo. Esta enzima se encuentra en las
microvellosidades del tracto intestinal de mamíferos y varios microorganismos como en
bacterias de forma intracelular, y en hongos y levaduras en forma extracelular o
intracelular (Whitaker et al., 2003). Para uso comercial la lactasa es extraída de fuentes
microbianas, principalmente levaduras y hongos, considerados seguros y enzimas de
grado alimentario. Las más utilizadas se observa en la Tabla 4.
20
Tabla 4. Fuentes comerciales de β-galactosidasa para hidrolisis en alimentos.
ORGANISMO pH ÓPTIMO Bacteria Bacillus spp.relacionados con S. thermophilus 5,5 – 6,5 Levaduras Kluyveromyces fragilis 6,5 – 7,5 Kluyveromyces lactis 6,5 – 6,7 Candida pseudotropicalis 6,2 Hongos Aspergillus niger 2,5 – 4,0 Aspergillus orzyae 4,5 – 5,0
Fuente: Whitaker et al., 2003
Las enzimas comerciales usualmente se clasifican en enzimas de pH ácidos (pH óptimos
< 5) y en enzimas de pH neutro (pH óptimo 5,5 – 7,0) para uso en leche o lactosuero.
2.3.2 Proceso de hidrólisis de la lactosa y su aplicación industrial. Este proceso es
realizado por la enzima β-d-galactosidasa galactohidrolasa (E.C.3.2.1.23 lactasa) que se
encuentra en la naturaleza en microorganismos, plantas y tejidos animales (Pessela et al.,
2003; Haider y Husain, 2009). Ésta enzima es la encargada de catalizar la hidrólisis de la
lactosa en sus azúcares: galactosa y glucosa, como se presenta en la Figura 4.
Figura 4. Hidrolisis de lactosa por β-galactosidasa. Fuente: Whitaker et al., 2003.
El producto obtenido de la hidrólisis es mucho más dulce, más soluble, más fácil de
fermentar y fácilmente absorbido por el intestino. Por consiguiente, la hidrolisis de
Lactosa D- galactosa D- glucosa
H2O
21
lactosa en leche o lactosuero proporciona nuevas propiedades funcionales de éstos
ingredientes que pueden ser explotados en gran variedad de productos, o puede
comercializarse como producto “deslactosado”. En la Tabla 5, se presentan algunas
aplicaciones del proceso de hidrólisis de lactosa (Whitaker et al., 2003; Repelius, 2001).
Tabla 5. Aplicaciones de la hidrólisis de la lactosa
PRODUCTO/PROCESO VENTAJAS Leche baja en lactosa Supera el problema de intolerancia a la lactosa Leche condensada azucarada, helado y dulce de leche
Reduce la cristalización de la lactosa en concentración o productos lácteos congelados.
Yogurt y queso Acelera la maduración por producción de azúcares fermentados con mayor facilidad.
Jarabes de azúcar de lactosuero desproteinizado
Aumento de la dulzura de la glucosa y la galactosa permitiendo múltiples usos en helado, productos de panadería, confitería y bebidas no alcohólicas
Fermentación de etanol Las levaduras fermentativas crecen más fácilmente en la glucosa producida
Fuente: Whitaker et al., 2003.
2.4 ALIMENTOS Y COMPONENTES FUNCIONALES
Los alimentos funcionales se definen como productos que contienen una sustancia
biológicamente activa, llamada nutracéuticos o componente funcional, que al ser
incluidos en la dieta habitual, modulan procesos metabólicos o fisiológicos, reduciendo
el riesgo de enfermedades crónicas más allá de la salud básica (Olagnero et al., 2007).
Dentro de los componentes funcionales más conocidos para la producción de esta
variedad de alimentos son el calcio y vitamina D que promueven la salud en los huesos,
la fibra y probióticos para mantener la salud del sistema digestivo, esteroles de plantas,
omega 3 y la soya para reducir el riesgo de enfermedades cardiacas, minerales como el
22
potasio para reducir la presión cardiaca y péptidos bioactivos obtenidos principalmente
del lactosuero que impactan de forma positiva funciones corporales dependiendo de los
aminoácidos que lo conforman, por ejemplo, productos como CALPIS ® y EVOLUS ®
comercializados en Japón y Finlandia, presentan péptidos bioactivos con capacidad
antihipertensiva comprobada (IFIC, 2009; Alvarado y Guerra, 2010; Otte et al., 2007).
Componentes funcionales que actualmente han ganado popular atención a pesar de la
poca evidencia científica son aquellos que actúan sobre los impulsores inmunológicos,
energéticos y combatientes de la fatiga, los cuales generalmente se incluyen en las
bebidas energéticas son las vitaminas, minerales, y estimulantes físicos y mentales
legales (IFIC, 2007). Dentro de los más utilizados sin ningún tipo de limitación se
encuentran:
a) Taurina: derivado de la cisteína que en el cuerpo provoca la producción de sales
biliares indispensables para la absorción de lípidos. Adicionada en una bebida
energética, la taurina permite la obtención de energía por oxidación de la grasa
corporal (IFIC, 2007).
b) Colina: combate la fatiga en compañía de la taurina, ya que mantiene el
rendimiento muscular por el incremento en la producción de síntesis de
acetilcolina, cuyo descenso produce la fatiga muscular (Spector et al., 1995).
c) Cafeína: generalmente es usado para mejorar la concentración mental y función
cognitiva, sin embargo en bebidas deportivas es usado como diurético
contribuyendo a la pérdida de líquidos (Wemple et al., 1997).
d) Carnitina: Encargado del incremento de la oxidación de lípidos y los
23
almacenamientos de reserva de energía en forma de glucógeno en los músculos
(IFIC, 2007).
e) Bicarbonato de sodio: durante el ejercicio se promueve la disminución del pH
debido a la producción de ácido láctico en los músculos. El bicarbonato de sodio
ayuda a prevenir esto actuando como buffer (IFIC, 2007).
f) BCAA (aminoácidos de cadena ramificada): Los BCAA son un substrato para
la oxidación cuando las reservas de glucógeno estén bajas, ya sea por la ingesta
baja en carbohidratos o el ejercicio prolongado (ejercicio de resistencia y fuerza)
(IFIC, 2007)
g) Aminoácidos libres: se utilizan generalmente para incrementar la tasa de síntesis
proteica, contribuyendo a un aumento rápido de masa (Rasmussen et al., 2000)
h) Antioxidantes: Se encargan de disminuir la rata de peroxidación lipídica y el
daño oxidativo en el músculo esquelético después del ejercicio extenuante (IFIC,
2007).
2.4.1 L-glutamina. La L-glutamina (ácido 2,5-diamino-5-oxo-pentanoico) es el más
abundante aminoácido libre en el músculo esquelético, tejidos y plasma (Tapiero et al.,
2002; Hamilton, 1945). Este aminoácido desempeña una serie de funciones fisiológicas
básicas, entre ellas muchos aspectos del metabolismo del nitrógeno (como la
transferencia de aminoácidos, gluconeogénesis, la síntesis de nucleótidos, la síntesis de
urea y precursor de neurotransmisores), como un precursor de anabólicos para el
crecimiento muscular, en el equilibrio ácido-base en el riñón y como una importante
fuente de combustible para el sistema inmunológico del intestino (Melis et al., 2004).
24
La L-glutamina se sintetiza endógenamente desde el aminoácido glutamato por la
glutamina sintetasa, que se produce principalmente en el músculo esquelético y en otros
tejidos, incluidos los de pulmón, cerebro, hígado y tejido adiposo (Stipanuk y Watford,
2006).
El contenido de Glutamina en las proteínas de los alimentos se estima en
aproximadamente 4-5%, lo que sugiere que la ingesta diaria típica de glutamina en los
alimentos por la mayoría de los adultos es de aproximadamente 5 g (1,5 g proteína / kg
de peso corporal en adultos de 70 kg) (Shao y Hathcock, 2008).
2.4.2 Aplicaciones de la L-glutamina en la salud humana. Investigaciones clínicas
realizadas en animales y humanos, utilizando como suplemento oral la L-glutamina
demuestran que este aminoácido proporciona salud adicional y/o beneficios de ejecución
más allá de la admisión normal de la proteína dietética (Shao y Hathcock, 2008), dentro
de éstas se encuentran las siguientes:
a) En el sistema inmunológico: Investigaciones realizadas han demostrado el efecto
de la L-glutamina en los TLRs (Toll-like receptors: receptores encargados de dar la
respuesta inmune especifica) como modulador del sistema inmunológico en el
cuidado crítico de pacientes, disminuyendo las citosinas pro-inflamatorias y mejoran
la función bactericida de neutrófilos incrementando los niveles de glutatión y
capacidad oxidativa de los pacientes en estudio (Bárcena et al., 2008).
Centibas et al. (2010) evaluaron el efecto de la suplementación enriquecida con L-
glutamina por vía intravenosa, en pacientes con nutrición parenteral total (NPT) y
25
UCI (Cuidados intensivos) quienes tenían síndrome de respuesta inflamatoria a la
muerte grado 2 (SRIM) causada por la sepsis de citosinas del sistema inmune lo que
ocasiona susceptibilidad a la inflamación. Esta investigación determinó que los
pacientes con administración intravenosa (NPT) enriquecida con L-glutamina
disminuyeron significativamente la muerte celular de leucocitos suprimiendo la
inflamación, al suministrar dosis de 0.4 g/kg/día del aminoácido.
Fan et al. (2009), evaluaron los efectos de la glutamina en el mantenimiento del
glutatión (MG) y la función del sistema inmunológico en pacientes con cirugías
abdominales, observando que en el grupo con NPT enriquecida con glutamina
mantuvo los niveles de glutatión en el plasma y las células rojas en la sangre, la
capacidad antioxidante durante el periodo postoperatorio presentando tendencias a la
disminución de la incidencia de complicaciones infecciosas y la estancia hospitalaria.
De igual forma, Humbert et al. (2007) comprobaron que la L-glutamina mantiene el
nivel de glutatión en perros y juega un rol importante en la defensa del continuo
estrés oxidativo de tejidos y procesos de detoxificación.
Investigaciones realizadas por Modello et al. (2010) en pacientes anoréxicos
demostraron que la nutrición parenteral enriquecida con L-glutamina durante 20 días
con dosis de 0.18 g/kg/día, mejora y estimula considerablemente el estado del sistema
inmunológico debido las diferencias significativas entre los niveles de neopterina
(biomarcador que refleja la activación del sistema inmune) obtenidos antes y después
del tratamiento, y el aumento significativo de linfocitos.
Peng et al. (2006) determinaron que pacientes quemados cuyo daño inmunológico es
26
severo, al ser suplementados con gránulos de L-glutamina (oral o por tubo) redujeron
el riesgo de inmunosupresión, mejoraron la función inmunológica reduciendo su
estadía en el hospital.
b) En pacientes con enfermedades crónicas: Se han realizado varios estudios sobre
el efecto de la L-glutamina en pacientes con enfermedades crónicas, una de las más
importantes es el cáncer de cabeza y cuello, donde los pacientes desarrollan mucositis
significativas ocasionadas por las quimioterapias. Investigaciones realizadas por
Cerchietti et al. (2006) demostraron que suministrar 0.4g/kg/día del complejo
alanina-glutamina por vía intravenosa a pacientes con cáncer, puede ser una medida
preventiva para disminuir la mucositis. Otra enfermedad que produce mucositis es el
síndrome de Crohn, donde Roggenbuck et al. (2008) demostraron que la ingestión de
suplementos nutricionales orales a base de glutamina y una concentración de
micronutrientes antioxidantes, reducen la inflamación de la mucosa y promueven
mejoras en los pacientes.
Enfermedades como la epilepsia, daños traumáticos al cerebro y altos niveles de zinc
contribuyen al daño cerebral debido al estrés oxidativo generado por el incremento en
la generación de especies de óxido reactivo, e inhibición de la glutatión reductasa. La
investigación desarrollada por Ralph et al. (2010), demostró que los aminoácidos
histidina, cistina, glutamina y treonina protegen en diferentes aspectos de la toxicidad
del zinc contribuyendo posiblemente a la protección de las células cerebrales de los
efectos tóxicos del zinc.
27
Tsai et al. (2011), realizaron estudios sobre el efecto de la L-glutamina en ratas con
diabetes tipo 1, a las que se les suministró una dosis de 41.7 g/Kg, observándose un
incremento en el potencial antioxidante y en el nivel de neopterina, y un decremento
del estrés oxidativo, que es generado por esta enfermedad y el principal responsable
de la inflamación y disminución del efecto inmunológico.
c) En pacientes con malnutrición: Los recién nacidos de bajo peso generalmente
requieren de nutrición parenteral, ocasionando disfunción hepática una complicación
muy frecuente. Wang et al. (2010) evaluaron el efecto de la suplementación
parenteral con L-glutamina en la función hepática de recién nacidos de bajo peso,
determinando que éste aminoácido puede mejorar la tolerancia hepática en el recién
nacido sugiriendo un efecto hepato-protector.
La malnutrición es una de las principales causas de alteraciones cerebrales, sin
embargo, las investigaciones desarrolladas por Ladd et al. (2010) que consistían en
evaluar el efecto de la L-glutamina en ratas con malnutrición después del nacimiento,
permitieron concluir que éste aminoácido protege a las ratas contra alteraciones
cerebrales inducidas por la malnutrición ocasionadas por el aumento del volumen de
las células neuronales durante el desarrollo.
2.4.3 Aplicaciones de la L-glutamina en atletas. Diariamente, la glutamina en el
cuerpo humano disminuye en virtud de estrés como el ejercicio y la enfermedad. Por
esta razón, la glutamina ha recibido considerable atención, debido a que la disminución
28
en la concentración plasmática de glutamina se asocia a la inmunosupresión después del
ejercicio intenso y al síndrome de sobre-entrenamiento (Castell y Newsholm, 2001). El
consumo de glutamina o péptidos de glutamina como suplemento se recomienda para los
deportistas, ya que investigaciones realizados en atletas japoneses demuestran que la
adición de 4 g de péptido de glutamina en 200 mL de limonada, incrementa los niveles
de glutamina y aminoácidos de cadena ramificada en el plasma sanguíneo y disminuye
la tasa de triptófano, después de una maratón de 45 Km; demostrando que la L-
glutamina detiene la acción catabólica y genera la acción anabólica por medio de la
estimulación de producción de arginina en los riñones (Sawaki et al., 2004; Wataru et
al., 2006).
Cruzat y Tirapegui (2009) han estudiado el efecto de suplementar oralmente en ratas el
dipeptido L-alanina y L-glutamina (DIP) y una solución con alanína y glutamina (1g/kg)
ambos en forma libres, antes de ser sometidas a ejercicio de larga duración evaluando las
concentraciones de glutamina, glutamato y glutatión en el tejido. Los resultados
obtenidos determinaron que los suministros representan una fuente efectiva de glutamina
y glutamato que se almacena en los músculos y el hígado mejorando el estado redox de
la célula. El glutatión que generalmente disminuye en estados de ejercicio presentó un
incremento al administrar L-glutamina, lo cual es de gran importancia ya que es el
encargado de proporcionar la resistencia a las lesiones celulares de los tejidos
musculares.
De igual forma, investigaciones realizados por Rogero et al. (2006) determinaron que no
29
existen diferencias significativas entre la suplementación con L-glutamina y el DIP, ya
que no existe diferencias entre los niveles de L-glutamina obtenidos en el plasma y
tejido muscular de ratas que han sido sometidas a ejercicios exhaustos y suplementadas
con los diferentes tratamientos de estudio.
2.4.4 L-glutamina y seguridad de consumo. Actualmente, los efectos beneficiosos de
la L-glutamina y su uso como ingredientes en suplementos dietéticos y alimentos
funcionales han promovido estudios sobre su seguridad. Ensayos clínicos realizados en
humanos, han permitido determinar las valoraciones sobre el riesgo de niveles de
Seguridad Observada (NSO), en la cual se evidencia la ausencia de los efectos adversos
en la admisión oral suplementada de glutamina hasta de 14 g/d. Estos niveles se han
identificado como los respectivos NSO para los adultos saludables normales. Galera et
al. (2010) en sus investigaciones, evaluaron la seguridad de la administración oral de L-
glutamina en personas de mediana edad y ancianos, suministrando 0.5g/kg/día en forma
de un polvo blanco cristalino preparado a temperatura ambiente para consumo
inmediato, con leche y caseinato de calcio. En esta investigación se determinó que el
consumo de L-glutamina incrementa los linfocitos, sin presentar evidencia de la
generación de metabolitos tóxicos, demostrando buena tolerancia sin efectos adversos
excepto en pacientes con enfermedad renal.
Existen dosis mucho más altas para el suministro de estos aminoácidos en humanos,
pero aún no hay consenso, con respecto a la dosis ideal para la suplementación oral de
L-glutamina) (Galera et al., 2010; Shao y Hatchcock, 2008).
30
Estudios más recientes realizados en ratas por El-Sheikh y Khalil (2011) sobre el efecto
que produce el suministro de L-arginina y la L-glutamina como un posible modulador
del estrés oxidativo y la toxicidad inducida por el nitrito de sodio en ratas, han
demostrado que éstos aminoácidos pueden reducir el estrés oxidativo y mejorar el
peligro de los efectos del nitrito de sodio, gracias a su acción como antioxidante e
inmunonutrientes; como también el consumo de L-glutamina mejora la síntesis de
proteínas.
31
3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
ü Desarrollar una bebida deslactosada y fermentada, a partir del lactosuero, con
sabor a maracuyá y enriquecida con L- glutamina.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.
ü Seleccionar la concentración de enzima que proporcione mayor porcentaje de
hidrólisis del lactosuero, tomando como referencia el descenso del punto
crioscópico.
ü Establecer la relación bebida deslactosada y fermentada/pulpa de maracuyá más
adecuada mediante un análisis sensorial utilizando una prueba de ordenamiento -
preferencia.
ü Evaluar la influencia del tiempo de almacenamiento (0, 7, 14 y 21 días) y de la
adición de L-glutamina, en función de las propiedades fisicoquímicas,
microbiológicas y sensoriales de la bebida deslactosada y fermentada a partir del
lactosuero, con sabor a maracuyá, enriquecida con L-glutamina.
32
4. MATERIALES Y METODOS
Las actividades correspondientes a la caracterización fisicoquímica y bromatológica de
la materia prima fueron realizadas en el Laboratorio de Análisis de Alimentos de la
Universidad de Córdoba, sede Berástegui y en la Planta Piloto de Operaciones Unitarias
de la Universidad de Sucre (Sincelejo). Las actividades como hidrólisis del lactosuero,
elaboración de la bebida deslactosada y fermentada con pulpa de maracuyá se
desarrollaron en la Planta Piloto de la Universidad de Córdoba. Los análisis de
crioscopía se efectuaron en el Laboratorio de Control de Calidad de la Planta de
Proleche localizada en Cereté (Córdoba), los análisis de cromatografía líquida de alta
eficacia se realizó en el Laboratorio de Análisis Instrumental de la Universidad Nacional
de Colombia Sede Medellín. Los análisis microbiológicos fueron desarrollados en el
Laboratorio de Bacteriología y Laboratorio de Microbiología de Alimentos de la
Universidad de Córdoba, sedes Central y Berástegui.
4.1 MATERIALES
Las materias primas utilizadas en la elaboración de la bebida fueron: lactosuero fresco
33
de queso costeño, sacarosa, pulpa pasteurizada de maracuyá comercial, estabilizantes:
tripolifosfato de sodio y Multigel (CMC, goma guar y goma xantan), enzima Maxilact
L2000 (lactasa de levadura láctea Kluyveromyses marxianus var lactis), cultivo lácteo
termófilo DANISCO`S Choozit MY800 (fermentos lácticos concentrados liofilizados
para inoculación directa: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii sub
bulgaricus y Lactococcus lactis sub lactis), y L-glutamina (alta pureza).
4.2 METODOS
4.2.1 Recolección de lactosuero fresco. El lactosuero de queso costeño fue recolectado
en una quesera artesanal del Municipio el Sabanal en Montería-Córdoba, el mismo día
de su elaboración y fue refrigerado inmediatamente a 4 ºC para su posterior
procesamiento.
4.2.2 Caracterización fisicoquímica y bromatológica de la materia prima. El
lactosuero de queso fresco fue sometido a los análisis fisicoquímicos y bromatológicos
presentados en la Tabla 6, excepto sólidos solubles, mientras que a la pulpa pasteurizada
de maracuyá comercial, solamente se le determinó los análisis fisicoquímicos. Todos los
análisis fueron realizados por triplicado y los resultados son presentados con su
promedio + desviación estándar. Para la recolección de cada uno de los datos se utilizó
el formato presentado en el Anexo A.
34
Tabla 6. Análisis fisicoquímicos y bromatológicos
4.2.3 Hidrólisis del lactosuero fresco. La hidrólisis se desarrolló según lo mostrado en
el Anexo B. Inicialmente, el lactosuero fue filtrado (filtro de papel desechable empleado
para el recibo de leche) y pasteurizado a una temperatura de 70 ºC durante 30 minutos y
enfriado hasta 10 + 2 ºC. Al lactosuero pasteurizado se le realizaron los análisis
fisicoquímicos y bromatológicos mostrados en la Tabla 5 excluyendo el análisis de
sólidos solubles.
Posteriormente fue adicionado el estabilizante (tripolifosfato de sodio) al 0.04% disuelto
previamente en un poco de lactosuero, e inmediatamente se agregó la enzima (β-
galactosidasa) directamente al lactosuero a diferentes concentraciones en mL/L: 4.4
mL/L (T1), 2.8 mL/L (T2) y 1.2mL/L (T3). La hidrólisis de 1 L de lactosuero se realizó
a 10 + 2 ºC con agitación intermitente por un período de 10 horas. A los 3 tratamientos
empleados y el control (lactosuero sin enzima) se les realizó análisis de pH y acidez a las
0, 3.5, 7 y 10 horas. Para determinar el porcentaje de hidrólisis del lactosuero, se
tomaron muestras a cada tratamiento al inicio y al final del proceso de hidrólisis (0 h y
10 h), las cuales fueron sometidas a un tratamiento térmico de 85 ºC/1 min para inhibir
ANALISIS METODO Acidez A.O.A.C. 947.05/90
Fisicoquímicos pH A.O.A.C. 981.12/90 Sólidos Solubles A.O.A.C. 932.12/90 Sólidos Totales A.O.A.C. 925.105/90 Proteína A.O.A.C. 920.05/90
Bromatológicos Materia grasa A.O.A.C. 989.04/90 Lactosa FIL 28 A
Fuente: AOAC, 2000; FIL, 1991.
35
la enzima β-galactosidasa, luego fueron refrigeradas a 4 ºC y transportadas para su
análisis, en un tiempo inferior a 12 horas. A estas muestras se les determinó el punto
crioscópico según el método FIL 108B (1991), mediante el crioscópio termistor CRYO-
STAR, Funke Gerber, modelo I, el cual usó como líquido refrigerante etilenglicol. La
variación del punto crioscópico para cada tratamiento fue expresada en grados ºHorvet,
o su equivalente en grados centígrados (°C = 0,96231°H – 0,0024) (Matak, 1999). Al
suero hidrolizado seleccionado, se le realizaron análisis de pH, acidez, sólidos totales,
proteína y grasa, según los métodos mostrados en la Tabla 5. Para determinar el
tratamiento con mayor porcentaje de hidrólisis se evaluó el cambio en el punto
crioscópico de cada tratamiento, y se seleccionó el que presentó mayor variación. Al
tratamiento seleccionado se le realizó un seguimiento luego de finalizado el tiempo de
hidrólisis, en el cual se determinó el punto crioscópico cada 2 horas durante 16 h para
determinar el porcentaje máximo de variación del mismo.
4.2.4 Elaboración de la bebida deslactosada y fermentada con pulpa de maracuyá.
La bebida fue elaborada a partir del lactosuero hidrolizado seleccionado en el ítem 4.2.3
y según el flujograma mostrado en el Anexo C.
La formulación de la bebida se desarrolló con base a la caracterización de las materias
primas (pulpa pasteurizada de maracuyá y lactosuero hidrolizado), teniendo en cuenta
que la bebida final debía tener 14 ºBrix.
Inicialmente, al suero hidrolizado se le adicionó sacarosa, se pasteurizó y luego fue
enfriado rápidamente a 44 ºC adicionando el cultivo lácteo termófilo liofilizado para
36
inoculación directa. El conjunto fue incubado manteniendo esta temperatura aproximada
por 2 horas hasta alcanzar el pH de 5.8, donde aún no se había alcanzado el punto
isoeléctrico de la proteína sérica, y por ende, no había formación de coágulo. Alcanzado
este pH, se disminuyó la temperatura hasta 4 ºC para detener la fermentación. Durante el
proceso de elaboración de la bebida se realizaron análisis de pH, acidez y sólidos
solubles a la bebida pasteurizada y fermentada.
Para determinar el mejor porcentaje de pulpa pasteurizada de maracuyá a utilizar en la
formulación de la bebida deslactosada y fermentada, se evaluaron 5 tratamientos según
el porcentaje de sólidos solubles aportados por la pulpa de maracuyá (3.9, 5.7, 7.5, 9.1 y
10.7%), a las que se les adicionó directamente 0,05% de estabilizante (Multigel).
Finalmente, las bebidas fueron evaluadas por medio de un análisis sensorial usando 59
catadores no entrenados pertenecientes al programa de Ingeniería de Alimentos de la
Universidad de Córdoba, sede Berástegui, empleando una prueba de ordenamiento-
preferencia en la que el valor 1 corresponde a más preferida y la 5 menos preferida
(Anexo D). Las 5 muestras fueron codificadas con números de tres dígitos y presentadas
en vasos plásticos con una cantidad aproximada de 30 mL de cada bebida, las cuales
fueron presentadas orden casualizado al catador.
4.2.5 Adición de L-glutamina y evaluación de su comportamiento. A la bebida
seleccionada por los catadores en el ítem 4.2.4, se le adicionó dos concentraciones de L-
glutamina (1 g/L y 2 g/L). Los dos productos obtenidos fueron envasados en botellas de
polietileno de 1 L previamente higienizadas con vapor y codificadas como G1 (1 g/L) y
37
G2 (2 g/L), posteriormente fueron almacenados a una temperatura de refrigeración (4 +
2 ºC) durante 21 días. Para evaluar el comportamiento de las bebidas durante el
almacenamiento, se tomaron muestras en los días 0, 7, 14 y 21, los cuales fueron
realizados análisis fisicoquímicos (pH, acidez y sólidos solubles), bromatológicos
(sólidos totales, proteína y grasa) según los métodos presentados en la Tabla 6, del ítem
4.2.2. Además, se realizaron los análisis microbiológicos presentados en la Tabla 7,
según la Norma Técnica Colombiana 4458 y 4132, para coliformes, mohos y levaduras e
ISO 4833 para mesófilos.
Tabla 7. Análisis microbiológicos realizados a las bebidas adicionadas con L-glutamina
ANALISIS METODO Mesófilos aerobios Recuento en placa Hongos y levaduras Recuento en placa Coliformes totales y fecales NMP
Fuente: NTC, 2007; NTC, 1997.
También se realizó una evaluación sensorial de cada bebida en almacenamiento, por
medio de una prueba de aceptación empleando 95 consumidores potenciales del
producto de ambos sexos, cuyas edades estaban comprendidas entre los 16 y 49 años de
edad. Para este análisis, se utilizó una escala hedónica de nueve puntos, con extremos en
(1) “me disgusta extremadamente” y (9) “me gusta extremadamente”, con el cual, los
consumidores expresaron cuanto les gustó/disgustó las muestras (Anexo E).
Para verificar la presencia de la L-glutamina adicionada en la bebida y cuantificarla, se
tomó una muestra de cada bebida durante los días de almacenamiento 0, 7, 14 y 21, las
cuales fueron filtradas con papel filtro Watman N° 10 a presión atmosférica a
38
temperatura de 4 + 2 °C para evitar su deterioro. Luego fueron analizadas por medio de
cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC en inglés) (Gratzfeld y Schuster, 2001).
Las condiciones en que se realizaron los análisis de HPLC fueron las siguientes:
ü Equipo: HPLC Agilent 1100, con bomba cuaternaria G1311A, un detector de
arreglo de diodos (DAD) G1315B y un automuestreador G1313A con capacidad
para 100 muestras. Columna ZORBAX Eclipse AAA Agilent RP-C9, con 4.6
mm de diámetro, 150 mm de largo, y 5 µm de tamaño de partícula. La
temperatura de operación fue de 40 °C. El sistema cuenta con precolumna y
derivatización on-line.
Fase móvil: Línea A: Buffer Fosfato (NaH2PO4) ajustado pH 7.8 con solución de
NaOH 1M. Línea B: acetronitrilo: alcohol metílico: agua (ACN:MeOH:H2O),
(45:45:10, v/v/v).
ü Agentes derivatizantes:
- Solución buffer fosfato (NaH2PO4) 0.4 N Agilent PN 5061-3339
- Reactivo FMOC (9-fluorenilmetil cloroformato) Agilent PN 5061-3337
- Reactivo OPA (Oftaldehído) Agilent PN 5061-335
ü Configuración de la bomba cuaternaria: Flujo de 2 mL/min, tiempo de
retención 26 minutos con un tiempo posterior de 4 minutos.
ü Ajuste del detector: Lámpara ultravioleta. Lectura a 338 nm para aminoácidos
con derivatizante OPA, y lectura a 262 nm para aminoácidos con derivatizante
FMOC.
ü Preparación de la muestra: 1 mL de cada muestra fue inyectada a un filtro de
39
jeringa de polipropileno y membrana de celulosa regenerada de 0.45 µm y 13
mm de diámetro, y depositado en un vial cónico ámbar con tapón de rosca para
Agilent 1100.
ü Cuantificación del analito: La cantidad de aminoácido L-glutamina presente se
determinó utilizando el método de áreas de picos, por medio de una curva de
calibración (Anexo F).
4.2.6 Diseño experimental y análisis de datos. La investigación se realizó en las
siguientes etapas:
ü Hidrólisis del lactosuero: Durante la hidrólisis del lactosuero, se utilizó un diseño
factorial 4 x 4 tomando como factores: concentración de enzima (4.48mL/L,
2.8mL/L, 1.2mL/L y control) y tiempo de hidrólisis (0, 3.5, 7, 10 horas), cuyas
variables respuestas fueron pH y acidez. Sin embargo, para la selección del
mejor tratamiento, se utilizó un diseño completamente al azar al nivel de
significancia del 5%, tomando como factores: concentración de enzima
(4.48mL/L, 2.8mL/L, 1.2mL/L) y tiempo de hidrólisis (0, 3.5, 7, 10 horas), cuya
variable respuesta fue el punto crioscópico. En éste último diseño, el tratamiento
control fue utilizado solamente como blanco, ya que su valor fue constante.
ü Selección de la bebida deslactosada y fermentada con la concentración de pulpa
de maracuyá con mayor preferencia: Prueba de Friedman al nivel de
significancia del 5%.
ü Adición de L-glutamina. Para la prueba de aceptación durante el tiempo de
almacenamiento se utilizó un análisis de varianza (ANOVA) y el test de Tukey al
nivel del 5% de significancia para comparación entre las medias.
40
Para el análisis de los datos se utilizó el paquete estadístico R 2.7.1. y Statgraphics plus
versión 5.1.
41
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES
5.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA Y BROMATOLÓGICA DE LA
MATERIA PRIMA
Los resultados de los análisis fisicoquímicos y bromatológicos de lactosuero se
presentan en la Tabla 8.
Tabla 8. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero fresco
CARACTERISTICA PROMEDIO* Acidez (% ác. Láctico) 0,11 + 0,01 Fisicoquímicos pH 6,58 + 0,01 S. Totales (%) 6,83 + 0,57 Proteína (%) 0,98 + 0,01 Bromatológicos M. Grasa (%) 0,40 + 0,00 Lactosa (%) 4,54 + 0,02
* Media de 3 repeticiones + desviación estándar
Todos los resultados obtenidos se encuentran dentro de los parámetros estipulados por la
Resolución 2310/1986 en el artículo 52, sobre las características del suero líquido.
De igual forma, se determinó que los resultados de pH y acidez expresada en ácido
láctico son similares con la investigación desarrollada por Flórez y Peña (2001) (6,7 y
0,09% respectivamente) y Londoño et al., (2008) (6,47 y 0,08% respectivamente). Los
sólidos totales al relacionarse con los estudios de Londoño et al., (2008) son menores,
42
sin embargo cumplen con lo exigido por el Ministerio de Salud (1986). La proteína
(0,98%) concuerda con la reportada por Londoño et al., (2008) (0,96%), pero se
encuentra por encima del valor reportado por Flórez y Peña (2001) (0,83%). La grasa a
diferencia de otras investigaciones no se estandarizó al 1%, puesto que se desea
aprovechar el lactosuero al 100% incluso después de la fermentación, a diferencia de la
investigación desarrollada por Flórez y Peña (2008) la cual desarrolló una bebida con
bajo contenido en grasa (descremada). La cantidad de lactosa reportada (4,54%), es un
poco más alta que la reportada por Londoño et al. (2008) (4,4%), pero concuerda con la
obtenida por Flórez y Peña (2001) en su investigación (4,69%).
Cabe aclarar que la materia prima utilizada por las investigaciones de Flórez y Peña
(2001) y Londoño et al. (2008) difiere de la empleada en esta investigación, ya que sus
condiciones de ordeño, el ambiente y los efectos del clima (localización) afectan la
composición de la leche y sus características microbiológicas (FAO, 1998; Castro,
2002).
Los resultados de los análisis fisicoquímicos de la pulpa comercial de maracuyá se
presentan en la Tabla 9.
Tabla 9. Parámetros fisicoquímicos de la pulpa de maracuyá
* Media de 3 repeticiones + Desviación estándar
La acidez obtenida para la pulpa comercial de maracuyá expresada en ácido cítrico,
presentó un valor menor al reportado por Londoño et al. (2008) (2,81% ac. cítrico), el
CARASTERISTICA PROMEDIO* Acidez (% ácido cítrico) 2,33 + 0,15 pH 2,51 + 0,01 Sólidos solubles (%) 11,67 + 0,58
43
pH fue muy similar (2,65), mientras que los sólidos solubles presentaron un valor mucho
menor (21°Brix). La diferencia entre la cantidad de sólidos solubles podría ser debido al
grado de madurez de la fruta seleccionada en la investigación de Londoño et al. (2008);
ya que la pulpa empleada en esta investigación fue una pulpa comercial pasteurizada y
estandarizada (11,67 + 0,58 °Brix) que cumple con la NTC 5468/2007 para jugos y
zumos de fruta, donde se establece que la cantidad de sólidos solubles para los jugos
comerciales de maracuyá (Passiflora edulis) debe encontrarse entre 12°Brix y 13°Brix.
5.2 HIDRÓLISIS DEL LACTOSUERO FRESCO
Los resultados del lactosuero filtrado y pasteurizado se presentan en la Tabla 10.
Tabla 10. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero pasteurizado
CARACTERISTICA PROMEDIO * Acidez (% ác. láctico) 0,11 + 0,01
Fisicoquímicos pH 6,58 + 0,01 S. totales (%) 7,15 + 0,14 Proteína (%) 0,98 + 0,02
Bromatológicos M. grasa (%) 0,40 + 0,00 Lactosa (%) 4,53 + 0,08
* Media de 3 repeticiones + Desviación estándar
No se detectó variación en las características de acidez, pH, proteína, materia grasa con
relación al lactosuero fresco. Se presentó un ligero descenso de lactosa (0,01%) y un
aumento en el contenido de sólidos totales (0,3%), lo cual podría deberse la
fermentación de una pequeña cantidad de lactosa por microorganismos propios del
lactosuero, reflejándose en el incremento de sólidos totales, pero no lo suficiente para
alterar el pH y la acidez.
44
Durante el proceso de hidrólisis se obtuvieron los resultados de pH presentados en la
Figura 5 para cada uno de los tratamientos empleados T1 (4.4 mL/L), T2 (2.8 mL/L), T3
(1.2 mL/L) y el control (sin enzima).
Figura 5. Comportamiento del pH del lactosuero durante la hidrólisis
Según la Figura 5, se observa que todos los tratamientos presentan una tendencia a
disminuir el pH durante el proceso de hidrólisis. Durante este proceso se determinó que
el pH presenta diferencias significativas por el efecto del factor tratamiento enzimático,
donde se observan dos grupos homogéneos, el primer grupo conformado por T1, T2 y el
control, y un segundo grupo conformado por el tratamiento T3 (1,2 mL/L). Lo anterior
significa, que no existen diferencias entre los tratamientos T1, T2 y control, mientras
que existen diferencias significativas (p < 0,05) entre el T3 y los demás tratamientos del
primer grupo. Sin embargo, a pesar de las diferencias estadísticas, los cambios
observados se dan en un rango muy pequeño 6,53 y 6,58. Cabe aclarar, que ningún
tratamiento tuvo una variación de pH superior a 0,1 atribuido a la adición del
45
estabilizante tripolifosfato de sodio desempeñándose como regulador de pH (buffer),
aditivo legalmente permitido según la NTC 3856/2004 para productos lácteos y la norma
general para aditivos alimentarios del Codex Alimentario (CODEX, 1995).
En la Figura 6, se observa el comportamiento de la acidez del lactosuero para cada
tratamiento durante el proceso de hidrólisis.
Figura 6. Comportamiento de la acidez del lactosuero durante la hidrólisis
Según los resultados presentados en la Figura 6, se determinó que la acidez no presenta
una diferencia significativa (p > 0,05) por el efecto del factor tratamiento enzimático
durante la hidrólisis de la lactosa. La acidez presentó significancia (p < 0,05) por el
efecto del factor tiempo en el que se observan dos grupos. El primer grupo conformado
por los tratamientos T1, T3 y control y un segundo grupo conformado por el tratamiento
cuyo valor fue ligeramente superior (0,113% ácido láctico).
46
Durante la hidrólisis se registró el cambio del punto crioscópico para cada uno de los
tratamientos, los cuales se presentan en la Tabla 11.
Tabla 11. Cambios del punto crioscópico durante el proceso de hidrólisis TRATAMIENTO PUNTO CRIOSCOPICO (°H)*
T1 -0,1687 + 0,00054 a
T2 -0,1651 + 0,00173 a T3 -0,1643 + 0,00135 a
* Media de 3 repeticiones + Desviación estándar
Según lo observado en la Tabla 11, durante la hidrólisis se registró un descenso del
punto crioscópico de los tratamientos, ya que ésta propiedad coligativa está en función
de la concentración de los solutos y sus pesos moleculares; por lo tanto, la obtención de
azúcares más simples como la glucosa y la galactosa durante la hidrólisis, es la principal
causa en la disminución del punto de congelación (MacSweeney y Fox, 2009). Durante
la hidrólisis el tratamiento Control presentó un descenso crioscópico de -0,0005 °Horvet.
Este valor fue restado al cambio en el punto crioscópico de cada uno de los tratamientos
para determinar el cambio real, por esta razón, el tratamiento Control (sin enzima) no
fue incluido dentro del análisis estadístico. Según los resultados estadísticos obtenidos,
no se presentaron diferencias significativas (p > 0,05) en el descenso del punto
crioscópico por el efecto del factor tratamiento enzimático, es decir, para las cantidades
de enzima utilizadas se obtuvo el mismo grado de variación en el punto crioscópico del
lactosuero. Como no existe diferencia entre los tratamientos, es posible obtener el
mismo grado de hidrólisis a las 10 horas bajo las condiciones establecidas, por este
motivo se seleccionó el tratamiento T3 (1,2 mL/L) ya que al poseer la concentración de
enzima más baja era el tratamiento más económico.
En la Figura 7 se presenta el descenso crioscópico del tratamiento seleccionado (T3) en
el período de 16 horas de hidrólisis bajo las mismas condiciones.
47
Figura 7. Variación del punto crioscópico para el tratamiento 3 en el período de 16h.
Se observa, que el descenso crioscópico alcanzó una condición asisntótica a partir de las
12 horas. El cambio promedio registrado durante las horas 12 – 16 fue de -0,0015 °H,
obteniendo el punto crioscópico más bajo a las 16 horas (-0,7859 °H equivalente a -
0,7586 °C). De acuerdo a lo anterior, se determinó que el descenso crioscópico
alcanzado por el tratamiento T3 fue de 93,10% hasta las 10 horas, considerando como
descenso crioscópico máximo el valor alcanzado a las 16 horas de hidrólisis. Este alto
porcentaje del descenso crioscópico es directamente proporcional a la hidrólisis de la
lactosa, por lo tanto, se puede asumir que se obtuvo más del 80% de hidrólisis de
lactosa, el cual es el porcentaje mínimo a obtener bajo las condiciones empleadas según
la ficha técnica del fabricante.
48
5.3 ELABORACIÓN DE LA BEBIDA DESLACTOSADA Y FERMENTADA
CON PULPA DE MARACUYÁ
Seleccionado el tratamiento T3 para el proceso de hidrólisis, se caracterizó el lactosuero
hidrolizado cuyos resultados se presentan en la Tabla 12.
Tabla 12. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos del lactosuero hidrolizado
CARACTERISTICA PROMEDIO* Acidez (% ác. láctico) 0,11 + 0,01
Fisicoquímicos pH 6,53 + 0,01 S. totales (%) 8,20 + 0,21 S. solubles (%) 7,47 + 0,12
Bromatológicos Proteína (%) 0,96 + 0,20 M. grasa (%) 0,40 + 0,00
* Media de 3 repeticiones + Desviación estándar
La acidez y el porcentaje de grasa del lactosuero hidrolizado permanecieron constantes
con relación al lactosuero fresco, mientras que los sólidos totales presentaron un
aumento de 7,15 + 0,14 a 8,20 + 0,2, debido al proceso de hidrólisis de la lactosa, en el
cual se produce galactosa y glucosa. La proteína disminuyó de 0,98 + 0,02 a 0,96 +
0,20 y el pH disminuyó de 6,58 + 0,01 a 6,53 + 0,01, valores pequeños, pudiendo decir
insignificantes.
En el desarrollo de las bebidas se estableció que debían tener una concentración final de
14 °Brix, para esto se realizaron varios pre-ensayos, en los cuales se determinó que el
proceso de fermentación a las condiciones establecidas presentaba un aumento en los
sólidos solubles de 1,4 °Brix. Esto fue tenido en cuenta en la formulación para adición
49
de sacarosa. Luego de pasteurizada la mezcla, se realizó la fermentación hasta alcanzar
un pH de 5,8 (Anexo G).
Los resultados de los parámetros fisicoquímicos y bromatológicos de la bebida sin
pulpa pasteurizada y fermentada son observados en la Tabla 13.
Tabla 13. Parámetros fisicoquímicos y bromatológicos de la bebida sin pulpa CARACTERISTICA B. PASTEURIZADA* B. FERMENTADA* Acidez (% ác. láctico) 0,11 + 0,01 0,15 + 0,01 pH 6,52 + 0,01 5,83 + 0,06 S. totales (%) 13,98 + 0,11 14,28 + 0,11 S. solubles (%) 13,67 + 0,35 13,83 + 0,29 Proteína (%) 0,94 + 0,02 1,20 + 0,09 M. grasa (%) 0,20 + 0,00 0,17 + 0,06
* Media de 3 repeticiones + Desviación estándar
La bebida pasteurizada sin pulpa elaborada a partir de lactosuero hidrolizado presentó un
aumento de sólidos totales del 5,78% y un aumento de sólidos solubles del 6,20%,
debido a la sacarosa adicionada. También se presentó una disminución de la proteína del
0,02% y una disminución de la grasa del 0,2%, ya que al adicionar otros sólidos estos
componentes disminuyen proporcionalmente; sin embargo, características como el pH y
la acidez permanecieron constantes.
La bebida fermentada sin pulpa presentó un incremento de sólidos totales del 0,3%, un
incremento de sólidos solubles del 0,16%, un incremento de acidez del 0,04% y una
disminución del pH del 10,58%, debido a la fermentación de los azúcares presentes
(glucosa, galactosa y restos de lactosa) por las bacterias. La grasa disminuyó levemente
en un 0,03%, mientras que la proteina se incremento en un 0,26% comparada con la
50
bebida pasteurizada.
La Tabla 14 presenta los resultados de la prueba sensorial realizada a las bebidas
deslactosadas, fermentadas y saborizadas a diferentes porcentajes de sólidos solubles (S.
S) aportados por la pulpa de maracuyá.
Tabla 14. Resultados de la prueba sensorial de ordenamiento- preferencia por el test de Friedman
S. S. APORTADOS POR LA PULPA (%) RESULTADO* 3,9 219a
5,7 181ab 7,5 156b 9,1 188ab
10,7 172ab * Medias con misma letra no difieren entre sí al nivel del 5 % de probabilidad
para el test de Friedman. (dms = 47, 6)
La bebida con menor calificación (156) fue la bebida donde la pulpa aportó el 7,5% de
sólidos solubles a la formulación siendo evaluada como la más preferida (p < 0,05),
mientras que la bebida con la mayor calificación (219) fue la bebida donde la pulpa
aportó solamente el 3,9% de sólidos solubles a la formulación, la cual fue considerada
como la menos preferida. Las bebidas donde la pulpa aportó el 5,7, 9,1, y 10,7% de
sólidos solubles no presentaron diferencias significativas entre sí. Los catadores
declararon que les gustó la combinacion de un derivado lácteo con sabor a maracuyá, les
pareció un producto muy bueno, novedoso e interesante desarrollado a partir de un
subproducto con mejores caracteristicas y un mayor valor agregado.
Con base a lo anterior, se seleccionó la bebida de lactosuero deslactosado y fermentado
donde la pulpa de maracuyá aportó el 7,5% de sólidos solubles de la formulación.
51
5.4 ADICIÓN DE L-GLUTAMINA Y EVALUACIÓN DE SU
COMPORTAMIENTO
A la bebida de lactosuero deslactosado y fermentado con aporte de sólidos solubles del
7,5% de la pulpa de maracuyá, se le adicionó dos concentraciones de L-glutamina (1 g/L
y 2 g/L) y se les realizó un seguimiento de los parámetros fisicoquímicos,
bromatológicos, microbiológicos, sensoriales y la estabilidad de la L-glutamina como
factor principal durante su almacenamiento.
En la Figura 8 se presentan los valores medios con intervalos LSD (95%) del pH y la
acidez expresada en porcentaje de ácido láctico, de cada bebida adicionada con L-
glutamina (1 g/L y 2 g/L).
Figura 8. Resultados de pH y % de acidez de las bebidas con L-glutamina en
el tiempo
Se observa que existen diferencias significativas (p < 0,05) sobre el ph y la acidez de las
bebidas por el efecto de la cantidad de L-glutamina (1 g/L y 2 g/L). También difieren en
el mismo nivel de significancia en el tiempo de almacenamiento, ya que se observa una
tendencia a disminuir el pH durante ese período, del cual la bebida con 2 g/L de L-
52
glutamina presentó el pH más bajo durante el almacenamiento (4,52). En la acidez de las
bebidas, el tiempo presentó el mismo comportamiento, permaneciendo constante los
últimos 7 días. La bebida de pH más bajo, obtuvo un porcentaje de acidez expresado en
porcentaje de ácido láctico superior (0,74%) al final del periodo. Los cambios del pH
con relación a la formulación podrían deberse a la variabilidad propia de la pulpa
adicionada y a la cantidad de L-glutamina, ya que al ser un aminoácido de carácter
ácido, podría llegar a afectar el pH (Galera et al., 2010).
Corroborando con otros estudios en los que se obtuvieron bebidas fermentadas similares
a partir del lactosuero fresco, se observa que los valores obtenidos con relación al pH
son superiores a los reportados por Londoño et al. (2008) (3,73-3,51%) y por Londoño y
Marciales (1999) (4,45-4,30), mientras que la acidez es inferior a los valores reportados
por Londoño et. al. (2008) (0,81 a 0,90%) y por Londoño y Marciales (1999) (0,38 a
0,42%), lo cual podría atribuirse a que estas investigaciones detuvieron el proceso de
fermentativo a un pH de 4,41 con acidez de 0,32%, valores inferiores comparados con
los empleados en ésta investigación.
Los valores obtenidos cumplen con lo exigido en la Resolución 2310/1986, donde una
bebida fermentada y descremada con adición de pulpa “yogurt descremado” debe
mantener una acidez comprendida entre 0,70-1,50%.
En la Figura 9 se presentan los valores medios con intervalos LSD (95 %) de los sólidos
totales y los sólidos solubles de las bebidas con L-glutamina expresados en porcentaje.
53
Figura 9. Resultados de sólidos totales y sólidos solubles de las bebidas con
L-glutamina en el tiempo
Se observa que no existen diferencias significativas (p > 0,05) sobre los sólidos totales y
los sólidos solubles de las bebidas por el efecto de la cantidad de L-glutamina
adicionada (1 g/L y 2 g/L) durante los 21 días de almacenamiento; sin embargo, si existe
significancia (p < 0,05) en estas variables por el efecto del tiempo.
Los sólidos totales presentaron una tendencia al aumento pronunciado en ambas bebidas
(1 g/L y 2 g/L de L-glutamina) durante el lapso del tiempo del día 0-7 y del día 14-21,
en el cual, la bebida con 1 g/L de L-glutamina presentó el mayor incremento de sólidos
totales. Sin embargo, durante el transcurso del día 7 al día 14, se observó una
disminución pronunciada de los sólidos totales en ambas bebidas, en el cual la bebida
con 1 g/L presentó el valor más bajo, lo cual podría ser una variabilidad propia de la
pulpa adicionada.
Los sólidos solubles presentaron menor variación en el tiempo. La bebida enriquecida
con 1 g/L de L-glutamina se mantuvo constante hasta el día 14 y finalmente presentó un
ligero incremento hasta día 21, obteniendo el mayor valor (14,3 %); mientras que la
bebida enriquecida con 2 g/L del aminoácido presentó un comportamiento diferente los
54
primeros 7 días donde se mantuvo constante, con una elevación en el día 14, para
mantenerse constante nuevamente los 14 y 21 días.
Al comparar los resultados obtenidos con otras investigaciones realizadas en bebidas
fermentadas similares a las del presente estudio, se determinó que los valores de sólidos
totales obtenidos son inferiores a los reportados por Londoño et al. (2008) (16-17,5%) y
similares a los reportados por Jaramillo et al. (1996) (14,5%), mientras los de sólidos
solubles son muy similares a los obtenidos por Londoño et al. (2008) (14,1-14,3 °Brix) y
Jaramillo et al. (1996) (12-14,5 °Brix), cumpliendo así con lo establecido en la
resolucion 2310/1986 que establece valores ente 14 y 16 °Brix.
En el Figura 10 se presentan los valores medios con intervalos LSD (95%) del
porcentaje de proteína para las bebidas con L-glutamina.
Figura 10. Resultados de Proteína de las bebidas con L-glutamina en el tiempo
Se observa que no existen diferencias significativas (p > 0,05) en el porcentaje de
proteína por efecto de la cantidad de L-glutamina adicionada (1 g/L y 2 g/L). Sin
embargo, existen diferencias significativas (p < 0,05) en el tiempo, ya que se presenta
55
una clara tendencia a la disminución de las proteínas (0,3%) en ambas bebidas durante
este período. Los valores de proteína concuerdan con los obtenidos por Londoño et al.
(2008) (1- 0,95%) presentando la misma tendencia y son semejantes a los reportados por
Londoño y Marciales (1999) (0,94-0,92 %) y Flórez y Peña (2001) (0,98 - 1,55%).
Los resultados del porcentaje de grasa para cada una de las bebidas fue de 0,2% + 0,06 el
cual se mantuvo constante durante todo el período de estudio. La NTC 805/2005,
establece para bebidas lácteas fermentadas descremadas valor máximo de 0,5% m/m,
por lo tanto, ambas bebidas enriquecidas con L-glutamina pueden considerarse como
descremadas ya que su porcentaje es inferior al estipulado en la normatividad.
Los resultados de los análisis microbiológicos: coliformes fecales y totales expresados
en NMP/mL, para cada una de las bebidas con L-glutamina durante el tiempo de
almacenamiento, pueden ser visualizados en la Tabla 15.
Tabla 15. Análisis de coliformes totales y fecales (NMP/mL) para las bebidas con L-glutamina en el tiempo *
TIEMPO BEBIDA G1 (1 g/L) BEBIDA G2 (2 g/L) (Días) C. totales C. fecales C. totales C. fecales
0 < 3 < 3 < 3 < 3 7 < 3 < 3 < 3 < 3
14 < 3 < 3 < 3 < 3 21 < 3 < 3 < 3 < 3
* Resultados promedio de tres repeticiones.
Las bebidas con adición de L-glutamina durante todo el tiempo de almacenamiento se
mantuvieron por debajo de los parámetros establecidos por la NTC 805/2005 para
56
bebidas lacteas fermentadas y la Resolución 2310/1986 para derivados lácteos,
considerando ambas bebidas como un producto que cumple con la normatividad
Colombiana.
Los resultados de los análisis microbiológicos para mesófilos aeróbios, hongos y
levaduras expresados en UFC/mL, para cada una de las bebidas con L-glutamina durante
el almacenamiento, se presentan en la Tabla 16.
Tabla 16. Análisis de mesófilos aerobios, hongos y levaduras (H y L) (UFC/mL) para las bebidas con L-glutamina en el tiempo *
Según la NTC 805/2005, la Resolucion 2310/1986 establecida para hongos y levaduras
en leches fermentadas y derivados lácteos, y los resultados observados en la Tabla 16,
ambas bebidas desde el día 0 hasta el día 14 se consideraron como un producto que
cumple con la norma, mientras que el día 21 las bebidas se salieron de los parámetros
establecidos, siendo por lo tanto descartadas por no ser consideradas aptas para consumo
humano.
Los resultados de la prueba de aceptacion de las bebidas con L-glutamina se observan en
la Tabla 17.
TIEMPO BEBIDA G1 (1 g/L) BEBIDA G2 (2 g/L)
(Días) Hongos y Mesófilos Hongos y Mesófilos Levaduras aerobios Levaduras aerobios
0 <200 <2000 <200 <2000 7 <500 <2000 <500 <2000
14 <500 <3000 <500 <2000 21 >500 >3000 >500 >3000
* Resultados promedio de tres repeticiones.
57
Tabla 17. Aceptabilidad de las bebidas con L-glutamina en el tiempo
Por medio de la Tabla 17 se observa que no hubo diferencia (p > 0,05) en la aceptación
de las bebidas en relación a la concentración de L-glutamina en cada uno de los días
evaluados. Sin embargo, el tiempo afectó significativamente (p < 0,05) presentandose
una tendencia al aumento en la calificación hedónica desde “Me gusta ligeramente” (día
0), hasta “Me gusta mucho” (días 7 y 14) por parte de los catadores. Este incremento en
la aceptabilidad de las bebidas podría atriburse a la disminución del pH del producto lo
cual modificaría el sabor de las bebidas acentuando el sabor ácido y a la tendencia a
incrementar los sóludos solubles, que podrían estar proporcionando un balance dulzor-
ácido de sensación más agradable, que fue manifestada por los catadores los últimos días
de evaluación. Estos también expresaron que las bebidas presentaban excelente
presentación y un sabor exquisito al paladar, refrescante y delicioso, con una buena
combinacion entre lácteo y cítrico, un producto de buena calidad, innovador,
homogeneo con un sabor característico a la fruta natural “maracuyá”, y les gustaría que
el producto saliera al mercado. Algunos catadores manifestaron comprar el producto,
pues estaba interesados en su consumo.
En las bebidas se determinó la presencia de L-glutamina (HPLC) durante el
almacenamiento siendo detectada en un tiempo de retención aproximado de 7,3 minutos
TIEMPO BEBIDA G1* BEBIDA G2* (Días) (1 g/L) (2 g/L)
0 6,20a 6,49a 7 7,21b 7,44b
14 7,49b 7,47b * Medias en la misma columna con misma letra no difieren entre sí (p > 0,05). Calificación: 6= Me gusta ligeramente; 7= Me gusta mucho; 8= Me gusta muchísimo.
58
a 338 nm (Anexo H).
La figura 11 presenta los valores del contenido de L-glutamina (g/L) en función del
tiempo y las formulaciones de estudio.
Figura 11. Seguimiento de la L-glutamina el tiempo de almacenamiento
Se observa que la L-glutamina fue detectada en ambas bebidas en cantidades superiores
a las adicionadas (1 g/L y 2 g/L), lo cual confirma la presencia del aminoácido después
de elaborada la bebida. Lo anterior, está acorde a los resultados de Pescuma et al (2010),
el cual determinó la presencia del aminoácido L-glutamina (53,2 µg/mL finalizada la
fermentación y 15 µg/mL después de 28 días de almacenamiento) en una bebida
fermentada a partir lactosuero con adición de proteína concentrada de suero al 35 %
(PCS35), donde el aminoácido fue obtenido solamente por la proteólisis de la proteína
de suero realizada por el L. delbrueckii bulgaricus durante 24 horas de fermentación.
Cabe aclarar, que el cultivo L. bulgarigus y el St. Termophilus es capaz de degradar la
59
mayor parte de las proteínas de lactosuero en la fermentación, y después de liberados los
aminoácidos, no los consumen cuando el tiempo de fermentación inferior a 24 horas
(Pescuma et al., 2008); es por esto, que las bebidas desarrolladas en este estudio podrían
presentan una cantidad del aminoácido superior a la adicionada.
Las bebidas enriquecidas con el aminoácido presentaron una tendencia a la disminución
de la cantidad de L-glutamina en 0,14 g/L para la bebida G1 y 0,08 g/L para la bebida
G2, es decir, un 1,19% y 0,33% durante los 21 días de almacenamiento; sin embargo, las
bebidas en almacenamieno mantuvieron la cantidad mínima suministrada del
aminoácido y la variación del componente fue muy poca. El excedente del aminoácido
detectado en ambas bebidas, podría representar la cantidad del aminoácido inicial
presente en el lactosuero sumado a la cantidad de aminoácido obtenido después de la
fermentación. La Resolución 333/2011 del Ministerio de Protección Social establece que
solo puede declararse un alimento con el término enriquecido cuando se le ha adicionado
por lo menos en un 10% el valor del componente de referencia, por lo tanto, estas
bebidas pueden ser declaradas como bebidas enriquecidas con L-glutamina ya que la
cantidad adicionada en ambas bebidas supera el 10% de la cantidad inicial cumpliendo
con lo exigido por la normatividad.
60
6. CONCLUSIONES
- Los tres tratamientos con β-galactosidasa obtuvieron el mismo porcentaje de
variación del punto crioscópico y por ende el mismo grado de hidrólisis.
- El tratamiento seleccionado fue el que contenía la concentración más baja de
enzima β-galactosidasa favorecido por el bajo costo de producción.
- La relación bebida deslactosada y fermentada/pulpa preferida por los
consumidores fue aquella donde la pulpa de maracuyá aportó el 7,5% de los
sólidos solubles
- Las bebidas enriquecidas con L-glutamina cumplieron los requerimientos de la
normatividad colombiana hasta los 14 días de almacenamiento.
- La concentración de L-glutamina no presentó diferencias en el grado de
aceptación de las bebidas, sin embargo el incremento de sólidos solubles y la
disminución del pH afectó positivamente aumentando la calificación hedónica de
“Me gusta ligeramente” a “Me gusta mucho”.
- La bebida deslactosada y fermentada a partir de lactosuero con sabor a maracuyá,
puede declararse como enriquecida con L-glutamina según la resolución
333/2012, y podría brindar al cuerpo humano parte de las bondades funcionales
61
referenciadas por este aminoácido.
62
7. RECOMENDACIONES
- Determinar la concentración inicial de L-glutamina en cada una de las materias
primas utilizadas, y realizar una evaluación del comportamiento del aminoácido
en el tiempo por triplicado.
- Estandarizar el proceso de hidrólisis del lactosuero y realizar la determinación
inicial de lactosa y su evolución durante la hidrólisis para establecer el porcentaje
exacto de azúcar hidrolizado.
- Elaborar la bebida implementando procesos de homogenización, ultrafiltración y
carbonatación para que pueda abarcar otros tipos de bebidas a base de lactosuero
como las bebidas refrescantes carbonatadas y bebidas deportivas.
- Realizar un análisis de viabilidad para determinar la posible comercialización del
producto en el mercado Nacional.
- Realizar un análisis para determinar el costo de producción de las bebidas bajo
un proceso de producción estandarizado.
- Realizar la producción de la bebida a nivel industrial, para ajuste real de las
variables.
- Realizar un análisis nutricional específico de las bebidas obtenidas.
63
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75
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ANEXO A- FORMULARIO DE CONSIGNACIÓN: Análisis fisicoquímicos,
microbiológicos y determinación de L-glutamina
Día: ______ Mes: _____ Año: ______
Código de muestra: _________ Repetición (__) Réplica (__) N°___
TIPO DE MUESTRA:
Suero Fresco (__) S. Pasteurizado (__) S. Deslactosado (__)
Pulpa (__) Bebida Pasteurizada (__) Bebida Fermentada (__)
ANÁLISIS FISICOQUIMICOS RESULTADO
Acidez (g ác. Láctico/100 g)
pH
Sólidos totales
ANALISIS BROMATOLOGICOS (g/100 g)
Proteína
Materia grasa
Lactosa
ANALISIS MICROBIOLÓGICOS
Mesófilos aerobios (UFC)
Hongos y levaduras (UFC)
Coliformes totales y fecales (NMP)
CUANTIFICACIÓN POR HPLC
L-glutamina (ppm)
77
ANEXO B- PROCESO PARA LA HIDROLISIS DEL LACTOSUERO FRESCO
Lactosuero dulce
Filtrado
Pasteurización T =70°C t =30 min
Enfriamiento T = 10°C
Adición de estabilizante
T = 10°C t = 10 h
Muestra 2
Muestra 1
Tripolifosfato de sodio: 0.04% (
Hidrólisis Muestreo cada 3.5 h
Concentraciones: 1,2mL/L – 2.8mL/L – 4.4mL/L.
Lactosuero hidrolizado
Adición de Enzima β - galactosidasa
78
ANEXO C- PROCESO PARA LA ELABORACION DE LA BEBIDA
DESLACTOSADA Y FERMENTADA, ENRIQUECIDA CON L-GLUTAMINA
Lactosuero hidrolizado
Envases Plásticos (1L)
Adición de azúcar °Brix finales = 14 °Brix Pasteurización T = 75 °C t = 30 min Enfriamiento
T = 44 °C
Fermentación Muestra 3
Cultivo yogurt (DVS) T = 44 °C hasta pH = 5,8
Muestra 4
Enfriamiento
T = 4 °C Adición de pulpa comercial [Sólidos solubles] aportados por la pulpa:
3.9%, 5.7 %, 7.5%, 9.1% y 10.7% Adición de estabilizante [Multigel] = 0,05 % Evaluación sensorial Ordenamiento-preferencia
Adición de L-glutamina
[L-glutamina]1 = 1 g/L [L-glutamina]2 = 2 g/L
Codificación de las bebidas
Almacenamiento T = 4 + 2 °C
Estabilidad del producto Días de muestreo = 0, 7, 14 y 21 Envasado Códigos = G1 (1 g/L) y G2 (2 g/L)
79
ANEXO D- FORMATO EMPLEADO EN LA EVALUACION SENSORIAL
PRUEBA DE ORDENAMIENTO-PREFERENCIA
Nombre: ____________________Edad: ____Sexo: ___Fecha: ___/___/______
Por favor, pruebe las 5 muestras presentadas de bebida de lactosuero deslactosado y
fermentado, con sabor a maracuyá. Ordénelas de acuerdo con su preferencia, colocando
el número 1 (mayor preferencia)… y 5 (menor preferencia) en frente del código de la
muestra. Enjuague la boca después de la degustación de cada muestra y espere treinta
segundos.
CÓDIGO DE LA MUESTRA Orden de Preferencia 507 ______
984 ______
170 ______
619 ______
423 ______
Observaciones:__________________________________________________________
_______________________________________________________________________
¡ ! Gracias ¡!
80
ANEXO E- FORMATO EMPLEADO EN LA EVALUACION SENSORIAL
PRUEBA DE ACEPTACION
Nombre: ___________________ Edad: ___ Sexo: ___ Fecha: ___/___/_____ Usted está recibiendo dos muestras de una bebida de lactosuero deslactosado, fermentado, con sabor a maracuyá adicionado con L-glutamina. Por favor, indique utilizando la escala de abajo, cuanto le gusta o disgusta cada muestra. Enjuague la boca después de la evaluación y espere 30 segundos:
CODIGO: 379 827
Me gusta extremadamente ___________ ___________ Me gusta muchísimo ___________ ___________ Me gusta mucho ___________ ___________ Me gusta ligeramente ___________ ___________ Ni me gusta, ni me disgusta ___________ ___________ Me disgusta ligeramente ___________ ___________ Me disgusta mucho ___________ ___________ Me disgusta muchísimo ___________ ___________ Me disgusta extremadamente ___________ ___________ Observaciones:
________________________________________________________________
¡ ! Mil Gracias ¡!
81
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
1. Patrón de L-glutamina utilizado para la curva de calibración.
2. Reporte de la curva de calibración de la L-glutamina
82
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
3. Reporte del patrón L-glutamina a 409 ppm:
83
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
84
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
4. Reporte del patrón L-glutamina a 1624 ppm:
85
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
86
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
5. Reporte del patrón L-glutamina a 3248 ppm:
87
ANEXO F- PATRON PURO Y CURVA DE CALIBRACION DE LA
L-GLUTAMINA
88
ANEXO G- BALANCES DE INGREDIENTES Y FORMULACIONES DE LAS
BEBIDAS ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Este ejemplo de balance de ingredientes, corresponde a la obtención de la bebida
seleccionada por los catadores donde la pulpa aporta el 7,5% de sólidos solubles, y a un
enriquecimiento de la bebida con 2 g de L-glutamina por Kg de bebida
aproximadamente. Para este balance se tuvo en cuenta el incremento de los sólidos
solubles (1,4 °Brix) durante la fermentación y la concentración final del estabilizante
multigel (0,05%).
TERMINOS EMPLEADOS:
LH= Lactosuero hidrolizado Wss= C. Sólidos solubles A= Azúcar WP= C. Proteína BP= Bebida Pasteurizada WG= C. Grasa BF= Bebida Fermentada WA= C. Agua P= Pulpa E= Estabilizante G= L-glutamina BE=Bebida enriquecida W= Composición
RELACIONES:
1) BF.WBFSS = BP.WBP
SS + 1,4 2) P.WPSS = 0,075 (BE.WBE
SS)
3) G = 0,002 BE 4) E = 0,0005BE
LH = ? WLH
ss = 0,0747 WLH
P = 0,0096 WLH
G = 0.004 WLH
A = 0,9117
BP = ? WBP
ss = ? WBP
P = 0,0094 WBP
G = 0,002 WBP
A = ?
BF = ? WBF
ss = ? WBF
P = 0,012 WBF
G = 0,0017 WBF
A = ?
BE = 1000 G WBE
ss = 0.14 WBE
P = 0,012 WBE
G = 0,0013 WBE
A = 0,8467
PASTEURIZACIÓN
FERMENTACION
MEZCLA
A = ? WA
ss = 1.0
P = ? WP
ss = 0.1167 WP
A = 0.8833
E = ? WE
ss = 1.0
G = ? WG
ss = 1.0
89
ANEXO G- BALANCES DE INGREDIENTES Y FORMULACIONES DE
LAS BEBIDAS ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
SOLUCION:
De la relación 2 tenemos:
P.WPSS = 0,075 (BE.WBE
SS) P(0,1167) = 0,075(1000g x 0,14); Entonces: P = 89,97g
De la relación 3 tenemos: G = 0,002 BE G = 0,002 (1000g); Entonces: G = 2g De la relación 4 tenemos:
E = 0,0005BE E = 0,0005 (1000 g) Entonces: E = 0,5 g
ETAPA: MEZCLA
- Balance total: BF +P + E +G = BE BF = BE – P- E – G BF = 1000g – 89,98g – 0,5g – 2g BF = 907,52g
- Balance de sólidos solubles: BF.WBF
SS + P. WPSS + E. WE
SS + G. WGSS = BE. WBE
SS (907,52g). WBF
SS + (89.97gx0,1167) + (0,5gx1) + (2gx1) = (1000gx0,14) (907,52g). WBF
SS + 10,5g + 0,5g + 2g = 140g (907,52g). WBF
SS = 127g Entonces: WBFSS = 0,1399
WBFA = 1 – (0.1399 + 0,012 + 0,0017) WBF
A = 0,8464
- Reemplazando en la relación 1 tenemos: BF.WBF
SS = BP.WBPSS + 1,4
(907,52g x 0,1399) = BP.WBPSS + 1,4 Ecuación 1: BP.WBP
SS = 125.6g ETAPA: FERMENTACIÓN
- Balance global: BF = BP Entonces: BP = 907,53g
- Reemplazando BP en la ecuación 1 tenemos: BP. WBP
SS = 125,6g 907,53g x WBP
SS = 125,6g Entonces: WBPSS = 0.1384
WBPA = 1 – (0.1384 + 0,0094 + 0,002) WBF
A = 0,8502
90
ANEXO G- BALANCES DE INGREDIENTES Y FORMULACIONES DE
LAS BEBIDAS ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
ETAPA: PASTEURIZACION: - Balance global:
LH + A = BP LH = 907,53g – A Ecuación 2: LH = 907,53g – A
- Balance de sólidos solubles: LH. WLH
SS + A. WASS = BP.WBP
SS LH(0,0747) + A(1,0) = BP.WBP
SS 0,0747LH + A = BP.WBP
SS Reemplazando la Ecuación 1 tenemos: 0,0747LH + A = 125,6g A= 125,6g – 0,0747LH Ecuación 3: A= 125,6g – 0,0747LH
- Reemplazando la ecuación 3 en la ecuación 2 tenemos: LH = 907,53g – (125g – 0,0747LH) LH= 907,53g – 125g + 0,0747LH LH – 0,0747LH = 907,53g – 125g 0,9253LH = 782,53g LH = 845,7g Entonces: LH= 845,7g
- Reemplazando en la ecuación 3 tenemos: A = 125,6g – 0,0747LH A = 125.6g – 0,0747(845,7g) A = 125,6g – 63,17g Entonces: A = 62,43g
CONCLUSION
Para elaborar una bebida deslactosada y fermentada con una pulpa de maracuyá a 11,67°Brix, que aporte solamente 7,5% de sólidos solubles a la bebida enriquecida con 2g/L de L-glutamina se necesitan los siguientes ingredientes:
INGREDIENTE CANTIDAD (g) Lactosuero hidrolizado 854,7 Azúcar 62,43 Pulpa de maracuyá 89,97 Estabilizante multigel 0,5 L-glutamina 2 BEBIDA OBTENIDA 1000
91
ANEXO H- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Áreas y TR para L-glutamina por HPLC: Método de análisis para aminoácidos
usando columna SORBAX ECLIPSE-AAA 4,6 x 150mm, 5 µm
BEBIDA* DÍA AREA TIEMPO DE RETENCION CONCENTRACIÓN G1 0 638,51453 7,232 1210,79755 G1 7 641,47986 7,310 1216,42077 G1 14 577,60022 7,305 1095,28453 G1 21 562,82629 7,294 1067,26844 G2 0 1320,81140 7,269 2504,65075 G2 7 1293,69019 7,280 2453,22024 G2 14 1280,95142 7,341 2429,06346 G2 21 1277,04370 7,374 2421,65318
* Las bebidas elaboradas son: G1 (1 g/L de L-glutamina) y G2 (2 g/L de L-glutamina).
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 0. (338 nm)
92
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 0. (262 nm)
Resultados del reporte para la bebida G1 en el día 0:
93
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 7. (338 nm)
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 7. (262 nm)
94
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Resultados del reporte para la bebida G1 en el día 7:
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 14. (338 nm)
95
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 14. (262 nm)
Resultados del reporte para la bebida G1 en el día 14:
96
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 21. (338 nm)
Cromatograma de la bebida G1 (1 g/L de L-glutamina) en el día 21. (262 nm)
97
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Resultados del reporte para la bebida G1 en el día 21:
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 0. (338 nm)
98
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 0. (262 nm)
Resultados del reporte para la bebida G2 en el día 0:
99
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 7. (338 nm)
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 7. (262 nm)
100
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Resultados del reporte para la bebida G2 en el día 7:
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 14. (338 nm)
101
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 14. (262 nm)
Resultados del reporte para la bebida G2 en el día 14:
102
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 21. (338 nm)
Cromatograma de la bebida G2 (2 g/L de L-glutamina) en el día 21. (262 nm)
103
ANEXO G- RESULTADOS CROMATOGRÁFICOS DE LAS BEBIDAS
ENRIQUECIDAS CON L-GLUTAMINA
Resultados del reporte para la bebida G2 en el día 21:
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