ProcesoC5. Propiedades de la mezcla: viscosidad, densidad y punto de congelación
Por Alex Sevilla
Una mezcla que sale bien de un lote y mal del siguiente, con la misma fórmula, casi siempre tiene un dato de laboratorio que lo habría anunciado.
Cinco propiedades físicas de la mezcla permiten detectarlo antes de congelar: la densidad, la acidez, la viscosidad, el punto de congelación y el calor específico.
Un gerente no tiene que medirlas, pero sí debe exigir que alguien lo haga y que los valores estén registrados.
Este post explica qué significa cada una y qué la mueve en la fábrica.
Las cinco propiedades en una tabla
| Propiedad | Valor de referencia | Qué la mueve | Por qué importa |
|---|---|---|---|
| Densidad | Alrededor de 1,08 kg/L; rango habitual de 1,054 a 1,123 g/mL | Sube con sólidos lácteos no grasos, azúcares y estabilizantes; baja con la grasa | Convierte litros en kilos en los balances, el pesaje y el cálculo del overrun |
| Acidez titulable | Alrededor de 0,017 por cada 1 % de sólidos lácteos no grasos; pH cercano a 6,3 | Los sólidos lácteos y, si hay fermentación, el ácido láctico de lácteos de mala calidad | Una acidez mayor a la normal indica materia prima deteriorada |
| Viscosidad | De 0,1 a 0,8 Pa·s a 4 °C, después de la maduración | Estabilizante (el que más), proteínas, jarabe de maíz, grasa, sólidos totales, calor y homogeneización | Define el batido, la textura y la resistencia al derretido |
| Punto de congelación | Cerca de −2,5 °C; rango de −1,4 a −3 °C | Los azúcares, la lactosa y las sales (moléculas pequeñas) lo bajan; la grasa y las proteínas casi no influyen | Determina la dureza y cuánta agua queda sin congelar a cada temperatura |
| Calor específico | Unos 3,35 kJ/(kg·°C) | Casi no cambia con la fórmula | Dimensiona el calentamiento y el enfriamiento |
Densidad: de litros a kilos
La grasa pesa unos 0,9 g/mL y el agua 1,0 g/mL, por lo que subir la grasa baja la densidad de la mezcla y subir sólidos no grasos o azúcares la sube.
En la práctica, una mezcla promedio pesa unos 1,08 kg por litro.
La densidad se mide con un densímetro o pesando un volumen conocido a una temperatura conocida.
Sin ella no se pueden cuadrar balances, ni calcular el peso de llenado ni el overrun.
Acidez: la señal de la materia prima
La acidez titulable normal se estima multiplicando el porcentaje de sólidos lácteos no grasos por 0,017.
Una mezcla con 11 % de sólidos lácteos no grasos debería tener alrededor de 0,187 %.
Si se mide más, la acidez no la provocó el proceso: ya venía en la leche, la crema o los polvos usados.
Una acidez alta es mala por cuatro razones: sube la viscosidad, baja la velocidad de batido, empeora el sabor y vuelve inestable la mezcla, que puede «cocerse» (cortarse) en la pasteurización, porque el calor y la acidez juntos desestabilizan las proteínas.
Viscosidad: el equilibrio entre batir y retener
La mezcla de helado no es un fluido simple: es pseudoplástica, su viscosidad baja cuando se agita o se bombea, y es tixotrópica, o sea, se recupera cuando se deja en reposo.
Por eso el valor depende de cómo se mida. Un nivel mínimo de viscosidad es indispensable para batir, retener aire y dar cuerpo.
Pero más viscosidad también reduce la velocidad de batido, y en los congeladores modernos de batido rápido parece preferible una viscosidad más baja.
A mayor viscosidad, mayor resistencia al derretido y más suavidad.
Lo que más la mueve es el estabilizante, luego las proteínas, el jarabe de maíz, la grasa y los sólidos totales.
También suben la viscosidad las temperaturas de pasteurización altas, más presión de homogeneización y unas 4 horas ó más de maduración.
Punto de congelación y calor específico
Una mezcla típica empieza a congelar cerca de −2,5 °C.
Con mucho azúcar y lactosa baja hasta −3 °C, y con alta grasa y poco azúcar o lactosa sube hasta −1,4 °C.
Entre ese punto inicial y unos −10 °C es donde más cambia la cantidad de hielo con la temperatura; por debajo de unos −20 °C, una variación de temperatura cambia mucho menos esa cantidad.
Para calcular calentamiento y enfriamiento se usa un calor específico de 3,35 kJ/(kg·°C).
Varía poco aunque la fórmula cambie mucho: grasa 2,09, sólidos lácteos no grasos 1,93, azúcar o estabilizante 1,47 y agua 4,187 kJ/(kg·°C).
Cómo mueve el proceso estas propiedades
| Etapa | Referencia habitual | Efecto sobre la mezcla |
|---|---|---|
| Pasteurización por tandas (LTLT) | 69 °C durante 30 minutos | Mayor hidratación de proteínas y estabilizantes: mejor cuerpo y menos tiempo de maduración |
| Pasteurización continua (HTST) | 80 °C durante 25 segundos | Es fácil subir la temperatura o el tiempo de retención; más calor puede reducir hasta un 25 % el estabilizante necesario y mejora el cuerpo |
| Homogeneización | Dos etapas, unos 140 bar y 35 bar (en referencia a 13,8 y 3,5 MPa) | Glóbulos de grasa menores de unos 2 micrones; sube la viscosidad con la presión |
| Maduración | De 4 a 24 horas a 4 °C o menos | Cristaliza la grasa, los estabilizantes se hidratan y los emulsificantes desplazan proteína de la superficie de la grasa |
Una mezcla «verde», que se congela sin madurar lo suficiente, da un helado que pierde la forma y se derrite rápido.
En el informe técnico de diseño de fábricas de helados, la maduración se fija entre 2 y 4 °C, con 4 horas como mínimo y de 12 a 24 horas como óptimo.
Ejemplos ilustrativos (cifras hipotéticas)
Acidez. Una mezcla con 10,5 % de sólidos lácteos no grasos debería rondar 10,5 × 0,017 = 0,1785 %, es decir, cerca de 0,18 %. Si el laboratorio mide 0,26 %, la acidez excedente ya venía en los ingredientes lácteos. Antes de pasteurizar conviene revisar el origen del lote. La COVENIN 658 es el método de ensayo para la acidez titulable.
Densidad. Un tanque de 500 L de mezcla pesa, con 1,08 kg/L, unos 540 kg. Es la masa que debe cuadrar con los ingredientes pesados.
Enfriamiento. Para enfriar esos 540 kg de 80 °C a 4 °C, que son 76 °C, se necesita 540 × 3,35 × 76 = 137.484 kJ, unos 38 kWh de calor. Si el intercambiador de placas recupera calor y la mezcla sale del regenerador a 20 °C, al sistema de enfriamiento solo le quedan 16 °C: 540 × 3,35 × 16 = 28.944 kJ, unos 8 kWh. Es la quinta parte, y esa es la razón de invertir en regeneración. Los datos son una simplificación para ilustrar.
Qué debe medirse y con qué frecuencia
| Propiedad | Cómo se mide | Frecuencia sugerida |
|---|---|---|
| Densidad | Densímetro o balanza con volumen conocido | Por cada lote como minimo |
| Acidez titulable | Titulación según COVENIN 658 | Por cada lote como minimo |
| Viscosidad | Viscosímetro, a una velocidad de corte y temperatura fijas | Por cada lote como minimo |
| Punto de congelación | Crioscopio | Por cada lote como minimo |
Lista de revisión
- ¿Tiene registrada la densidad de cada fórmula, para convertir litros en kilos?
- ¿Mide la acidez de la mezcla y de los lácteos antes de pasteurizar?
- ¿La viscosidad se mide siempre a la misma temperatura y velocidad de corte?
- ¿Respeta el tiempo mínimo de maduración antes de congelar?
- ¿Sabe cuánto calor recupera su pasteurizador?
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