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The effect of starter culture type and dairy protein enrichment on amino acid profile and rheological properties of yogurt

Este estudio demuestra que el enriquecimiento del yogur con una combinación de concentrado de proteína de suero y caseinato de sodio, particularmente cuando se fermenta con cultivos iniciadores específicos como Y172F o Y429A, mejora significativamente la estabilidad reológica, los perfiles de aminoácidos y la calidad sensorial en comparación con el control o las formulaciones de proteína única.

Autores originales: Mehdi Hadadian, Alireza Shahab Lavasani, Nargess Mooraki, Mohammad Javad Shakouri, Zhaleh Khoshkhoo

Publicado 2026-08-07

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CC BY 4.0

Autores originales: Mehdi Hadadian, Alireza Shahab Lavasani, Nargess Mooraki, Mohammad Javad Shakouri, Zhaleh Khoshkhoo

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina el mundo de la ciencia de los alimentos como una cocina gigante y bulliciosa donde los científicos son los chefs, pero en lugar de solo probar, están construyendo ciudades microscópicas dentro de sus cuencos. En el corazón de esta historia está el yogur, un delicioso postre lácteo fermentado que todos conocemos y amamos. Pero para hacer un yogur verdaderamente excelente, necesitas dos ingredientes principales trabajando juntos como un dúo dinámico: el "cultivo iniciador" (pequeñas bacterias invisibles que convierten la leche en yogur) y la "proteína" (los bloques de construcción que le dan al yogur su cuerpo y textura). Piensa en el cultivo iniciador como el equipo de construcción, y en la proteína como los ladrillos y el mortero. Si el equipo trabaja demasiado rápido o si los ladrillos tienen la forma incorrecta, el edificio podría colapsar o sentirse extraño en la boca. Los científicos han sabido durante mucho tiempo que añadir proteína extra puede hacer que el yogur sea más espeso y cremoso, y que diferentes cepas de bacterias trabajan a diferentes velocidades. Pero la gran pregunta es: ¿qué sucede cuando mezclamos diferentes tipos de ladrillos de proteína con diferentes equipos bacterianos? ¿Necesita un equipo rápido ladrillos especiales? ¿Construye una mejor casa un equipo lento? Este es el rompecabezas que los investigadores se propusieron resolver, tratando de averiguar cómo diseñar el yogur perfecto, de consistencia suave y rico en proteínas, que sepa increíble y se mantenga estable en el refrigerador.

En este estudio, un equipo de investigadores decidió jugar con la receta mezclando los "materiales de construcción" y los "equipos". Tomaron leche regular y la fortificaron con tres estrategias proteicas diferentes: añadir Concentrado de Proteína de Suero (WPC), añadir Caseinato de Sodio (CN), o mezclar ambos. Luego introdujeron tres cultivos iniciadores diferentes (etiquetados como Y429A, Y172F y Y259A) para ver cómo estas combinaciones afectaban el producto final durante 23 días de almacenamiento refrigerado.

Los resultados revelaron una danza fascinante entre las proteínas y las bacterias. Primero, los yogures enriquecidos con proteínas fueron trabajadores mucho más rápidos que el yogur de control simple. El de control tardó 6 horas completas en cuajar, mientras que los enriquecidos con proteínas estuvieron listos en solo 4 a 5 horas. Los que tenían proteína de suero fueron los más veloces, estableciendo su "red de gel" en solo 4 horas. Sin embargo, la velocidad no siempre significaba fuerza. Cuando los investigadores observaron la estructura del yogur, descubrieron que los yogures de solo suero eran un poco como una casa construida con un pegamento de secado rápido pero frágil; se asentaban rápido pero eran más débiles y propensos a desmoronarse. En contraste, los yogures enriquecidos con caseinato eran como una fortaleza construida con ladrillos pesados y entrelazados. Formaron una red mucho más fuerte y elástica que podía recuperarse mejor al ser presionada. Los verdaderos campeones, sin embargo, fueron los yogures de proteínas mixtas (combinando suero y caseinato). Estos crearon las "ciudades" más densas y uniformes, con los muros más fuertes y la menor cantidad de desmoronamiento.

Los "equipos de construcción" (los cultivos iniciadores) también tenían personalidades distintas. Una cepa, Y172F, era un trabajador hiperactivo que descomponía las proteínas de forma agresiva, liberando una inundación de aminoácidos (los bloques de construcción de la proteína) al principio, pero luego comenzaba a consumirlos más tarde. Otra cepa, Y429A, era un arquitecto más cuidadoso; descomponía las proteínas más lentamente, lo que significaba que preservaba más de los aminoácidos esenciales que son buenos para nuestra salud. Curiosamente, el tipo de proteína cambiaba cómo se comportaba el equipo. Por ejemplo, Y172F hizo que el yogur de solo suero fuera increíblemente fuerte, pero cuando trabajó con caseinato, el resultado fue en realidad más débil que cuando Y429A trabajó con el mismo caseinato. Esto sugiere que las bacterias y los ladrillos de proteína deben ser una buena combinación entre sí.

Durante los 23 días de almacenamiento, el yogur continuó cambiando. Las "ciudades" generalmente se volvieron más rígidas y sólidas a medida que pasaba el tiempo, lo cual es normal, pero los yogures de proteínas mixtas mantuvieron su forma mejor. Cuando los investigadores observaron la estructura microscópica usando un potente microscopio (SEM), la evidencia visual fue clara: el yogur de control parecía una esponja porosa y quebradiza con grandes agujeros, mientras que los yogures de proteínas mixtas parecían una malla suave y apretada. Esta superioridad estructural se tradujo directamente en lo que la lengua humana sentía. En las pruebas de sabor, los yogures de proteínas mixtas ganaron por goleada en textura, sabor y disfrute general. El yogur de control, al carecer del impulso de proteína extra, fue calificado como el más bajo, sintiéndose ligero y menos satisfactorio.

En última instancia, el estudio sugiere que el secreto para el yogur definitivo no es solo añadir más proteína, sino añadir la mezcla correcta de proteínas. Combinar suero y caseinato crea una estructura superior que es tanto fuerte como cremosa. Si bien la elección de las bacterias importa —especialmente para determinar cuánto de lo "bueno" (aminoácidos esenciales) permanece después de unas pocas semanas—, la mezcla de proteínas es el factor dominante para hacer un yogur que se sienta bien y sepa aún mejor. Los investigadores no solo encontraron un ganador; trazaron una jerarquía de calidad, demostrando que los sistemas de proteínas mixtas son el estándar de oro para crear productos lácteos fermentados de alta calidad, nutritivos y deliciosos.

Resumen Técnico: El efecto del tipo de cultivo iniciador y el enriquecimiento con proteínas lácteas en el perfil de aminoácidos y las propiedades reológicas del yogur

Planteamiento del problema
El estudio aborda la creciente demanda de los consumidores por yogures altos en proteínas con textura, estabilidad y valor nutricional mejorados. Si bien investigaciones previas han investigado individualmente los efectos de la fortificación proteica (usando suero o caseína) o la selección del cultivo iniciador, existe una comprensión limitada sobre cómo estos factores interactúan para modular la reología, la microestructura y la evolución de los aminoácidos durante el almacenamiento refrigerado. Específicamente, el estudio busca determinar cómo diferentes combinaciones de concentrado de proteína de suero (WPC) y caseinato de sodio (CN), fermentadas con distintos cultivos iniciadores, influyen en las propiedades fisicoquímicas, reológicas y sensoriales de un yogur de estilo batido durante un periodo de almacenamiento de 23 días.

Metodología
La investigación empleó un diseño completamente aleatorizado para producir formulaciones de yogur bajos en grasa y altos en proteínas. La leche de vaca cruda (1,4% de grasa, 3% de proteína) fue fortificada con WPC (80%), caseinato de sodio (90%) o una combinación de ambos para alcanzar un contenido final de proteína de aproximadamente 5,5%. Se utilizaron tres cultivos iniciadores (Y429A, Y172F y Y259A). Las formulaciones se incubaron a 43 °C hasta la formación del gel y posteriormente se almacenaron bajo refrigeración durante 23 días.

Los métodos analíticos clave incluyeron:

Análisis Fisicoquímico: Medición de pH, acidez titulable, materia seca y tiempo de incubación.
Caracterización Reológica: Pruebas oscilatorias (barridos de deformación y frecuencia) utilizando un reómetro MCR 501 para determinar el módulo de almacenamiento ( $G'$ ), el módulo de pérdida ( $G''$ ) y la tangente de pérdida ( $\tan \delta$ ). El comportamiento de flujo rotacional se evaluó para determinar la viscosidad aparente y las propiedades de pseudoplasticidad (shear-thinning).
Análisis Microestructural: Se utilizó Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) para visualizar la organización de la red proteica.
Perfil de Aminoácidos: El análisis mediante LC–MS/MS cuantificó aminoácidos individuales y calculó la relación entre aminoácidos esenciales y no esenciales (EAA/NEAA).
Evaluación Sensorial: Un panel de 15 evaluadores entrenados evaluó los atributos utilizando una escala hedónica de 5 puntos.

Resultados Clave

Fermentación y Propiedades Fisicoquímicas: El enriquecimiento proteico redujo significativamente los tiempos de incubación (4–5 horas) en comparación con el control (6 horas), mostrando las muestras enriquecidas con suero la acidificación más rápida. La post-acidificación varió según el cultivo; la cepa Y172F generalmente produjo una mayor acidez que la Y429A. Las formulaciones enriquecidas con caseinato y las de proteínas mixtas exhibieron un mayor contenido de materia seca en comparación con las muestras de solo suero o el control.
Propiedades Reológicas:
- Barrido de Deformación (Strain Sweep): Las muestras enriquecidas con caseinato (CN-A) demostraron un módulo de almacenamiento ( $G'$ ) significativamente mayor y valores de tangente de pérdida más bajos que las muestras enriquecidas con suero (WPC-A), lo que indica una red de gel más firme, elástica y cohesiva. El punto de cruce (que indica la ruptura estructural) ocurrió a valores de deformación mucho menores para las muestras de caseinato, confirmando una estabilidad estructural superior.
- Barrido de Frecuencia (Frequency Sweep): Todas las muestras exhibieron un comportamiento similar a un sólido ( $G' > G''$ ). Los sistemas enriquecidos con caseinato y de proteínas mixtas mantuvieron los valores de $G'$ más altos durante el almacenamiento. Notablemente, la interacción entre el cultivo y la fuente de proteína fue significativa; en las muestras enriquecidas con suero, Y172F produjo mayor elasticidad, mientras que en las muestras enriquecidas con caseinato, Y429A produjo geles más fuertes.
- Comportamiento de Flujo: Todas las formulaciones mostraron un comportamiento de pseudoplasticidad (shear-thinning). Las muestras enriquecidas con caseinato generalmente mostraron una mayor viscosidad de cizallamiento cero ( $\eta_0$ ), lo que refleja una red más robusta. La ruptura estructural ocurrió a tasas de cizallamiento muy bajas (0,001–0,006 $s^{-1}$ ) en todas las muestras, una característica de los geles de caseína inducidos por ácido.
Perfil de Aminoácidos: La proteólisis dependió altamente tanto de la cepa como del sustrato.
- Cepa Y172F: Exhibió una fuerte actividad proteolítica, lo que condujo a una hidrólisis temprana extensa y a la acumulación de aminoácidos libres (p. ej., ácido glutámico, prolina), seguida de una asimilación selectiva.
- Cepa Y429A: Mostró una actividad proteolítica más débil, lo que resultó en una mejor preservación de los aminoácidos esenciales y mayores relaciones EAA/NEAA a lo largo del tiempo.
- Influencia del Sustrato: Las muestras enriquecidas con caseinato mostraron incrementos significativos de prolina (un componente rico en prolina) durante el almacenamiento, mientras que las muestras enriquecidas con suero mostraron patrones de hidrólisis diferentes. La muestra control tuvo la relación EAA/NEAA inicial más baja, la cual declinó aún más durante el almacenamiento.
Microestructura: El análisis SEM reveló una jerarquía estructural clara. La muestra control poseía una red débil, porosa y heterogénea. Las muestras de solo suero mostraron estructuras irregulares con poros grandes. Las muestras enriquecidas con caseinato formaron redes más continuas con partículas aglomeradas. Las microestructuras más deseables se observaron en las muestras de proteínas mixtas (WPC-CN), las cuales formaron redes finas, densas y uniformes con mínima porosidad.
Evaluación Sensorial: Las puntuaciones sensoriales se correlacionaron fuertemente con los hallazgos instrumentales. Las formulaciones de proteínas mixtas (WPC-CN-A y WPC-CN-F) alcanzaron las puntuaciones más altas para textura, sabor y aceptabilidad general. La muestra control recibió las puntuaciones más bajas. La composición proteica pareció ejercer una influencia más fuerte en la calidad sensorial que el cultivo iniciador específico utilizado.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el uso combinado de proteínas de caseína y suero, particularmente cuando se fermentan con cultivos iniciadores específicos, produce yogures con una integridad estructural, calidad nutricional y atractivo al consumidor superiores en comparación con la fortificación de una sola proteína o los controles sin fortificar.

El estudio demuestra que:

Efectos Sinérgicos de las Proteínas: La combinación de proteínas de caseína y suero crea una microestructura más densa y uniforme que mejora la viscoelasticidad, la capacidad de retención de agua y la percepción sensorial (sensación en boca y cremosidad).
Interacción Cultivo-Sustrato: La elección del cultivo iniciador modula significamente el perfil de aminoácidos y el comportamiento reológico, pero este efecto depende de la matriz proteica. Por ejemplo, Y172F impulsa una proteólisis extensa, mientras que Y429A preserva mejor las relaciones de aminoácidos esenciales.
Jerarquía Estructural: Existe una jerarquía clara de calidad: Sistemas de proteínas mixtas > Solo caseinato > Solo suero > Control. Esta jerarquía es consistente a través de las métricas reológicas, microestructurales y sensoriales.

Los autores concluyen que la optimización de la relación caseína-suero junto con la selección del cultivo iniciador apropiado ofrece una estrategia robusta para desarrollar productos lácteos fermentados de próxima generación con propiedades funcionales y sensoriales adaptadas. Los hallazgos proporcionan una base para diseñar yogures altos en proteínas que satisfagan las demandas de los consumidores en cuanto a saciedad, textura y valor nutricional sin comprometer la estabilidad.

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