Nota Técnica n.º 010: De la composición al comportamiento — ¿se puede simular un helado antes de producirlo?
Una receta de helado describe generalmente una composición: leche, nata, azúcares, materias grasas, agua, estabilizantes…
Pero una formulación profesional es mucho más que una simple lista de ingredientes.
A partir de su composición, es posible estudiar determinados parámetros que influyen en el comportamiento del helado durante la congelación, el almacenamiento y el servicio.
La pregunta es entonces fundamental:
¿Se puede simular el comportamiento de un helado antes de producirlo?
Con un software de formulación como Gelato Pro Software, el objetivo ya no es solamente calcular una receta, sino también analizar qué puede producir esa receta.
De la formulación al comportamiento físico
El helado es un sistema complejo en el que interactúan diferentes componentes.
Los azúcares influyen, entre otros aspectos, en el comportamiento del agua y en la congelación. Las materias grasas participan en la estructura y en la sensación en boca. Las proteínas y el resto de la materia seca también contribuyen a las propiedades del producto terminado.
Por ello, dos recetas con composiciones diferentes pueden presentar comportamientos muy distintos durante la congelación.
Para el formulador, el análisis no debería limitarse, por tanto, a observar los porcentajes de los ingredientes.
También debería ser posible responder a preguntas más concretas:
¿Cuánta agua permanece sin congelar a una determinada temperatura?
¿Cómo evoluciona la proporción de agua congelada cuando disminuye la temperatura?
¿Cómo influye la formulación en el comportamiento del producto?
¿Cómo evoluciona la dureza cuando cambia la temperatura?
¿Qué ocurre con estos parámetros cuando se modifica un ingrediente?
Es precisamente aquí donde el análisis informático adquiere un interés especial.
Gelato Pro permite pasar de la composición de una receta al análisis de su comportamiento físico teórico.
¿Qué ocurre cuando enfriamos un helado?
Cuando una mezcla de helado comienza a enfriarse, no toda el agua se transforma en hielo de forma instantánea.
Una parte del agua se congela progresivamente, mientras que otra permanece en fase líquida.
Por lo tanto, la proporción de agua congelada cambia con la temperatura.
Esta evolución depende, entre otros factores, de la composición de la formulación y de la presencia de sustancias disueltas.
A medida que disminuye la temperatura, la cantidad de agua congelada generalmente aumenta. Sin embargo, esta evolución no es la misma para todas las formulaciones.
Dos helados con un contenido de agua similar pueden, por tanto, presentar comportamientos diferentes si su composición de azúcares o de materia seca es distinta.
Para el formulador, la temperatura por sí sola no es suficiente para caracterizar el estado del producto.
También es necesario comprender qué ocurre dentro de la fase acuosa.
La curva de congelación: seguir la evolución del agua
La curva de congelación permite observar precisamente esta evolución.
Relaciona la temperatura con la proporción de agua congelada de la formulación.
Permite así comprender cómo evoluciona el producto a medida que se enfría y comparar diferentes formulaciones.
Con Gelato Pro Software, este análisis puede realizarse a partir de la propia formulación. El software permite estudiar teóricamente cómo evoluciona el agua congelada en función de la temperatura.
Esta información resulta especialmente relevante cuando se considera la temperatura de servicio.
Un helado servido a -12 °C no se encuentra en el mismo estado físico que uno servido a -18 °C. La proporción de agua congelada y las características de la fase líquida restante cambian con la temperatura.
La curva de congelación permite, por tanto, ir más allá de una simple temperatura de servicio y obtener una visión física del producto a esa temperatura.
Pero la curva de congelación no cuenta toda la historia.
Curva de congelación y curva de dureza: dos lecturas complementarias
La curva de congelación describe principalmente qué ocurre con el agua cuando disminuye la temperatura.
La curva de dureza proporciona otro tipo de información: cómo se comporta mecánicamente el helado cuando cambia su temperatura.
Por lo tanto, estas dos curvas son complementarias.
Un aumento de la proporción de agua congelada contribuye generalmente a hacer que el producto sea más rígido. Sin embargo, la dureza no depende únicamente de este parámetro.
La composición global del helado y la estructura de su matriz también desempeñan un papel importante.
El razonamiento puede representarse de la siguiente manera:
Formulación → comportamiento de congelación → proporción de agua congelada → estructura del producto → comportamiento mecánico.
La curva de congelación ayuda a comprender la evolución de la fase acuosa.
La curva de dureza proporciona después información sobre las consecuencias mecánicas de este estado físico.
En Gelato Pro, estos parámetros pueden estudiarse a diferentes temperaturas para comprender mejor el comportamiento teórico de una formulación y comparar distintas recetas.
Esto resulta especialmente útil cuando la temperatura de servicio se considera desde la fase de formulación.
¿Y la viscosidad?
La congelación no es el único fenómeno que debe tenerse en cuenta.
A medida que el agua se congela, aumenta la concentración de los componentes que permanecen en la fase líquida. Esta fase no congelada se vuelve progresivamente más concentrada y sus propiedades cambian.
La viscosidad constituye, por tanto, otro parámetro interesante para comprender el comportamiento de la mezcla y del helado.
Puede complementar el análisis de la formulación y ayudar a explicar por qué dos productos con características de congelación similares pueden, sin embargo, presentar comportamientos diferentes.
El interés de un software de formulación reside precisamente en poder considerar estos diferentes parámetros conjuntamente, en lugar de analizarlos de forma independiente.
¿Se puede simular un helado antes de producirlo?
La simulación no significa que un software pueda sustituir al laboratorio.
Significa utilizar los datos disponibles de la formulación para anticipar el comportamiento físico teórico del producto y comparar diferentes posibilidades antes de pasar a la producción.
Consideremos un ejemplo sencillo.
Un formulador quiere sustituir una parte de un azúcar por otro ingrediente.
La pregunta no es simplemente:
«¿Qué cantidad debo utilizar?»
También es:
«¿Qué consecuencias tendrá este cambio sobre mi formulación?»
La modificación puede afectar al equilibrio de los azúcares, a la cantidad de agua disponible, al comportamiento de congelación y a las características del producto a la temperatura de servicio.
Con Gelato Pro, estas consecuencias pueden estudiarse antes de producir varios lotes experimentales.
El formulador puede comparar diferentes composiciones e identificar aquellas que presentan las características buscadas.
La simulación se convierte así en una herramienta para orientar mejor los ensayos experimentales.
Modificar una receta y medir las consecuencias
Este es uno de los principales beneficios de un enfoque basado en la simulación.
Una formulación rara vez permanece completamente fija.
Puede ser necesario sustituir un ingrediente, adaptar una receta a una nueva materia prima, modificar el contenido de grasa o buscar una textura diferente a la temperatura de servicio.
Cada modificación puede afectar simultáneamente a varios parámetros.
Con Gelato Pro, el formulador puede comparar una formulación de referencia con una formulación modificada y analizar las diferencias calculadas.
La pregunta ya no es solamente:
«¿Funciona esta receta?»
También pasa a ser:
«¿Qué cambia cuando modifico esta receta?»
Este enfoque permite trabajar de forma más estructurada y reducir la dependencia del método basado exclusivamente en la prueba y el error.
De la simulación a la producción
La simulación no elimina los ensayos.
Permite hacerlos más específicos y dirigidos.
En lugar de producir numerosas recetas simplemente para descubrir progresivamente qué funciona, el formulador puede utilizar los cálculos para reducir el número de hipótesis que deben probarse.
El proceso se convierte entonces en:
formular → calcular → simular → comparar → producir → validar.
El laboratorio sigue siendo indispensable para verificar el comportamiento real del producto.
Pero interviene después de un primer análisis que ya puede ayudar a descartar determinadas formulaciones o a identificar aquellas que merecen ser probadas.
Es precisamente esta complementariedad entre cálculo y experimentación la que da valor a la simulación.
Una simulación no es una promesa
Es importante distinguir entre simulación y validación experimental.
Una simulación se basa en modelos y en la calidad de los datos utilizados.
Puede ayudar a anticipar, comparar y orientar las decisiones de formulación, pero no puede reproducir todas las variables presentes en un laboratorio o en un proceso de producción.
El tipo de máquina, el proceso de congelación, la incorporación de aire, las condiciones de almacenamiento y otras variables de producción pueden influir en el resultado final.
La simulación debe considerarse, por tanto, como una herramienta de apoyo a la formulación, y no como un sustituto de las pruebas reales.
Gelato Pro Software: de la formulación a la simulación
Es en este contexto donde se integra Gelato Pro Software en el proceso de formulación.
Un software profesional de formulación no debería limitarse a calcular una receta.
También debería ayudar a analizar los parámetros que influyen en el comportamiento del producto y a comparar diferentes formulaciones.
El análisis de los azúcares, el agua, la materia seca y los demás componentes constituye el primer paso.
El estudio del comportamiento de congelación, de la proporción de agua congelada, de la dureza y de otros parámetros permite llevar el análisis más lejos.
La formulación se convierte así en un modelo que puede analizarse antes de la producción.
De la receta al comportamiento
La formulación moderna ya no consiste únicamente en determinar cuántos gramos de cada ingrediente deben incluirse en una receta.
También consiste en comprender qué puede producir esa composición.
La curva de congelación permite seguir la evolución del agua congelada.
La curva de dureza proporciona una visión complementaria del comportamiento mecánico.
La temperatura de servicio sitúa estos parámetros en las condiciones reales en las que se consumirá el producto.
Y la simulación permite relacionar estos datos con la formulación antes de comenzar la producción.
De la composición al comportamiento, una receta se convierte en un modelo que puede analizarse, compararse y perfeccionarse.
Este es uno de los beneficios de un enfoque como el propuesto por Gelato Pro Software: utilizar los datos de formulación no solo para calcular una receta, sino también para comprender y anticipar mejor el comportamiento del producto antes de producirlo.
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