Fórmulas lácteas infantiles en polvo: efecto de la composición, el procesamiento y el almacenamiento sobre las propiedades tecnológicas y funcionales

Abstract

La lactancia materna exclusiva está recomendada durante los primeros seis meses de vida y está asociada a importantes beneficios para la salud del lactante y la madre. Sin embargo, en ocasiones la madre no puede o no desea amamantar, por lo que la leche materna debe sustituirse o complementarse. En estos casos, los niños son alimentados con fórmulas infantiles que se diseñan con el objetivo de imitar a la leche materna y que deben cubrir las demandas nutricionales durante las primeras etapas de la vida. Las fórmulas infantiles se producen mayoritariamente a partir de leche de vaca por el método wet-mix, que involucra la rehidratación y dispersión de los ingredientes para obtener una mezcla húmeda, la pasteurización para reducir la carga microbiana, la homogeneización para emulsionar el aceite, la evaporación para concentrar la mezcla y, finalmente, el secado spray para deshidratar la mezcla y obtener el polvo final. El objetivo general de la tesis fue evaluar el efecto de la composición, los parámetros de producción wet-mix y las condiciones de almacenamiento de fórmulas infantiles en polvo sobre las interacciones entre componentes y su incidencia en las propiedades tecnológicas y funcionales del producto final. Se analizó la incidencia de la presencia de caseína, inulina y lactosa, en las proporciones utilizadas durante la elaboración de fórmulas infantiles, sobre los cambios conformacionales de las proteínas del suero inducidos por el tratamiento térmico. Se prepararon sistemas modelo de aislado de proteínas del suero solo, con caseína, inulina o lactosa y sus distintas combinaciones. Los sistemas se evaluaron antes del tratamiento térmico y luego de tratamientos a 66, 70 y 75 °C por 30 min. Los resultados obtenidos demostraron que las caseínas ejercieron una actividad chaperona, previniendo la formación de agregados de proteínas del suero de gran tamaño y su pérdida de solubilidad, aún luego de tratamientos a 75 °C durante 30 min. Este efecto protector de la caseína se mantuvo en presencia de lactosa e inulina. La inulina indujo cambios conformacionales en las proteínas del suero que se observaron por DSC y FT-IR y redujo la solubilidad proteica en 10 % antes del tratamiento térmico. La presencia de lactosa, que se encontraba en gran proporción (~ 15,1 % p/p) respecto a la concentración de proteínas del suero (~ 1,8 % p/p) en el sistema, inhibió en cierta medida la formación de agregados de alto peso molecular luego del calentamiento a 75 °C y redujo la pérdida de solubilidad con el tratamiento térmico. Luego se produjeron fórmulas infantiles modelo a escala piloto por el método wet-mix, cuya diferencia residía en los sólidos totales de la mezcla húmeda (50 o 60 %) y la temperatura de pasteurización (75 o 100 °C × 18 s), obteniéndose así cuatro fórmulas modelo: 50%-75°C, 50%-100°C, 60%-75°C y 60%-100°C, de igual composición. En primer lugarse evaluó el efecto de las variables de producción en el gasto energético y de cada una de las etapas aplicadas durante el proceso (dispersión, pasteurización, homogeneización y secado spray) sobre las propiedades reológicas, emulsionantes y nutricionales de las fórmulas. Producir las fórmulas a partir de mezclas húmedas con 60 % de sólidos totales pasteurizadas a 75 °C disminuyó el consumo energético en un 59 %, respecto a fórmulas obtenidas a partir de mezclas con 50 % sólidos totales pasteurizadas a 100 °C. El contenido de lisina disponible de las fórmulas disminuyó un 34 % luego del secado spray, sólo en aquellas fórmulas pasteurizadas a 100 °C. La única etapa del proceso que provocó desnaturalización de las proteínas del suero fue la pasteurización cuando se realizó a 100 °C. Luego de la homogeneización, las mezclas con 50 % de sólidos presentaron la importante reducción de tamaño de partícula esperada y mantuvieron un comportamiento Newtoniano, mientras que las mezclas con 60 % de sólidos no presentaron una reducción de tamaño de partícula suficiente, la viscosidad aumentó significativamente y las mezclas pasaron a tener un comportamiento pseudoplástico, indicando que las emulsiones estaban floculadas. Al analizar el comportamiento de las emulsiones luego de su secado spray y reconstitución se observó que todas ellas estaban principalmente estabilizadas por caseínas, y que en las fórmulas pasteurizadas a 100°C las proteínas del suero estaban agregadas. A su vez, se observó por microscopía que la fórmula 60%-75°C seguía estando floculada, lo que generó una reducción en su estabilidad post-reconstitución. También se compararon las propiedades fisicoquímicas y tecno-funcionales de las cuatro fórmulas en polvo. Los resultados demostraron que aumentar los sólidos totales de la mezcla húmeda de 50 a 60 % resultó en polvos con tamaño de partícula menos uniforme, mayor tamaño de partícula, densidad aparente y temperatura de transición vítrea. A su vez, el tamaño de partícula del polvo y la temperatura de transición vítrea aumentaron con la temperatura de pasteurización. En cuanto a las propiedades tecno-funcionales, el aumento de sólidos totales de la mezcla húmeda mejoró la funcionalidad de los polvos: las fórmulas 60 % presentaron mejor fluidez y humectabilidad (menor tiempo de humectación) que las fórmulas 50 %. Además, las fórmulas obtenidas a partir de mezclas húmedas pasteurizadas a 100 °C presentaron una cinética de rehidratación más lenta que aquellas precalentadas a 75 °C, según se determinó por resonancia magnética nuclear de bajo campo. Finalmente se evaluó la estabilidad de las cuatro fórmulas infantiles en polvo producidas bajo distintas condiciones de producción wet-mix (50%-75°C, 50%-100°C, 60%-75°C y 60%-100°C), durante el almacenamiento imitando condiciones de envase abierto (T= 25 °C, HR= 58 %) durante 4 semanas, e imitando condiciones de envase cerrado (T=25 °C, en bolsa multicapa sellada herméticamente) durante 12 semanas. La estabilidad de las fórmulas dependió tanto de sus condiciones de producción como de almacenamiento. En general, luego de 14 días de almacenamiento a 58 % HR se observaron cambios importantes en las características fisicoquímicas, microscópicas y macroscópicas, mientras que todas las fórmulas mantuvieron la estabilidad durante al menos 12 semanas de almacenamiento a temperatura ambiente en envase sellado. Los ST de la mezcla húmeda generaron un mayor impacto en la estabilidad durante el almacenamiento que la temperatura de pasteurización, en los rangos y condiciones estudiadas. Mientras que durante el almacenamiento en envase cerrado la lactosa se mantuvo en estado amorfo en todas las muestras, entre la primera y segunda semana de almacenamiento a alta HR, la lactosa cristalizó por completo en las cuatro fórmulas estudiadas, verificándose la presencia de cristales de α-lactosa monohidrato. Las fórmulas obtenidas a partir de mezclas húmedas con 60 % ST (60%-75°C y 60%-100°C) presentaron una mayor velocidad de absorción de agua, lo que generó un descenso más rápido de sus temperaturas de transición vítrea y cristalización. Entre las semanas 1 y 2 de almacenamiento a alta HR se obtuvo también un importante incremento en la grasa libre superficial y el índice de pardeamiento de las fórmulas, y al cabo de 14 días las cuatro muestras presentaron caking. La digestibilidad de las fórmulas no presentó cambios importantes ni con las condiciones de producción ni de almacenamiento. La presente tesis se centró en la investigación de un producto lácteo de alto valor agregado, como las fórmulas infantiles. Si bien existían múltiples estudios publicados enfocados en los aspectos nutricionales y médicos, las publicaciones vinculadas a efectos de parámetros del proceso de producción sobre las propiedades fisicoquímicas y tecno-funcionales, son aún limitados. Este estudio permitió generar conocimiento que aporta a la optimización de procesos de producción y a la producción de productos de alta calidad y estabilidad en el tiempo.