Optimización del Overrun (aireado), del rendimiento, de los sólidos solubles y los costos de un helado mediante el diseño de mezclas

Abstract

In this study, we address the optimization of crucial elements in the production process of cream ice cream, a food product subject to strict regulations regarding hygiene and sweetening. This product is derived from an emulsion of fats and proteins and may include other ingredients and additives permitted under the Colombian Technical Standard NTC 1239. Instead of employing traditional factorial experiments, we utilize a mixture experiments-based approach with the primary objective of finding the formulation that maximizes the overall desirability of the final product. The process begins with the standardization of variables and the ice cream production process, based on two initial formulations. Through a mixture design, ten possible formulations are generated, and a multiple linear regression analysis is applied, considering factors of study such as cream, whole milk powder, and condensed milk in relation to key response variables like overrun, yield, soluble solids, and costs. The Scheffé equation, obtained through the method of least squares, describes the relationship between these variables. The analysis is completed with an ANOVA to detect significant differences among the formulations. Formulation F6 is identified as the most optimal, with an overall desirability of 22.45%, meeting the proposed constraints and emerging as the preferred choice for the production of cream ice cream that balances product quality and economic efficiency in the food industry.En este estudio, se aborda la optimización de elementos cruciales en el proceso de producción de helado de crema, un producto alimenticio sometido a normativas rigurosas en cuanto a higiene y edulcoración. Este producto se obtiene a partir de una emulsión de grasas y proteínas, y puede incluir otros ingredientes y aditivos que estén permitidos según lo establecido en la Norma Técnica Colombiana NTC 1239. En lugar de emplear experimentos factoriales tradicionales, se utiliza un enfoque basado en el diseño de experimentos de mezcla con el objetivo principal de encontrar la formulación que maximice la deseabilidad global del producto final. El proceso comienza con la estandarización de variables y el proceso de elaboración del helado, basado en dos formulaciones iniciales. Mediante un diseño de mezclas, se generan diez formulaciones posibles, y se aplica un análisis de regresión lineal múltiple considerando la crema de leche, la leche en polvo entera y la leche condensada como factores de estudio, en relación a variables clave de respuesta como el overrun, el rendimiento, los sólidos solubles y los costos. La ecuación de Scheffé, obtenida a través del método de mínimos cuadrados, describe la relación entre estas variables. El análisis se completa con un ANDEVA para detectar diferencias significativas entre las formulaciones. La formulación F6 se identifica como la más óptima, con una deseabilidad global del 22.45%, cumpliendo con las restricciones propuestas y destacando como la elección preferida para la producción de helado de crema que equilibra la calidad del producto y la eficiencia económica en la industria alimentaria.