REVISTA INGENIO
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el
soware SuperPro Designer
Design of the process for obtaining fresh cheese in the province of Chimborazo using SuperPro
Designer soware
Danilo Reni Vinocunga-Pillajo | Universidad Estatal Amazónica, Puyo, Ecuador
Aida Salomé Romero Vistin | Universidad Estatal Amazónica, Puyo, Ecuador
Carlos Alfonso Sánchez Vallejo | Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4220 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
En Ecuador la producción de queso se realiza de manera artesanal, lo cual implica insucientes con-
diciones higiénico-sanitarias y calidad comercial. El presente estudio tuvo como objetivo simular el
proceso tecnológico de obtención de queso fresco en el soware SuperPro Designer versión 12.0. Se
establecieron dos casos de estudio, cada caso se constituyó con diferente porcentaje de grasa y proteína
en la leche. La tecnología seleccionada para la obtención de queso fresco comprende varios procesos y
operaciones unitarias: estandarización, calentamiento, pasteurización, mezclado, coagulación, corte de
la cuajada, desuerado, prensado, adición de sal y envasado del queso. La simulación permitió identicar
la mejor alternativa económica en la producción de 3500 L del caso 2 con un margen de ganancia de
19,53, ,, ,, ... Los dos casos de estudio, según su composición de
grasa, son catalogados como quesos grasos.
In Ecuador, cheese production is carried out in an artisanal way, which implies insucient hygienic-sa-
nitary conditions and commercial quality. e objective of this study was to simulate the technological
process of obtaining fresh cheese in the SuperPro Designer version 12.0 soware. Two case studies were
established, where each case was constituted with a dierent percentage of fat and protein in the milk.
e selected technology for obtaining fresh cheese included several unitary processes and operations:
standardization, heating, pasteurization, mixing, coagulation, cutting the curd, draining the whey, pres-
sing, adding salt and packaging the cheese. e simulation allowed to identify the best economic alterna-
tive in the production of 3500 L of case 2 with a prot margin of 19,53, PRD of 1,03, IRR of 57.82, VAN
7.471.000. e two case studies according to their fat composition they are classied as fatty cheeses.
1. introducción
La leche es una solución acuosa (suero de leche) de lacto-
sa, sales orgánicas e inorgánicas y numerosos compues-
tos a nivel de trazas, en la que se encuentran dispersas
partículas coloidales de tres rangos de tamaño: proteínas
de suero disueltas a nivel molecular, caseínas dispersas
(50-500 nm) agregados coloidales (micelas) y lípidos
emulsionados como glóbulos grandes (1-20 m) [1].
La leche de ganado vacuno es la principal materia pri-
ma para la elaboración del queso. El procesamiento de
la leche, particularmente la producción del queso, hab-
ría sido un desarrollo crítico porque no solo permitió la
conservación de los productos lácteos en una forma no
perecedera y transportable, sino que también hizo de la
leche un producto más digerible para los primeros pro-
ductores de queso prehistóricos [2].
La elaboración de los primeros quesos se remonta
6000 a.C. en el norte de Europa; actualmente existen más
de 2000 variedades de queso en el mundo y la fabricación
Received: 07/11/2022
Accepted: 23/12/2022
Bacteria láctica, factibilidad económica,
Quimiag, simulación.
Lactic bacteria, economic feasibility,
Quimiag, simulation.
, (), -, . -6
61
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
de queso continúa avanzando. Existen varios tipos de que-
sos, incluyendo duros, semiduros, frescos y otros [3]. Los
principales microorganismos iniciadores del queso son las
bacterias del ácido láctico () han sido ampliamente
estudiados por sus actividades glucolíticas, proteinasas
y peptidasas, ya que conducen a la producción de ácidos
orgánicos, péptidos y aminoácidos () [4]. Según [5]
en el país se producen 6.648.786 L/día de leche. Chimbo-
razo es una de las principales provincias productoras de
leche con 431.325 L/día, [6] por lo tanto, se han ubica-
do estratégicamente centros de acopio de leche. Los dos
principales centros en la provincia son Nestlé en La An-
daluza y Parmalat en Mocha. El volumen requerido para
estos establecimientos lecheros está entre 7000 y 10.000
litros/día, respectivamente [7].
Según [8] el diseño de procesos () identica los
elementos que permiten el desarrollo de un producto de
calidad desde su origen hasta el nal de su vida útil. Por
otro lado, [9] menciona que es una prioridad en el
identicar operaciones y estrategias de procesamiento del
producto para garantizar calidad. Partiendo de las dos
premisas anteriores se establece a la calidad como un fac-
tor esencial en el . En el proceso tecnológico de pro-
ducción de queso diversos autores relacionan la calidad
con diferentes componentes del producto. Autores como
[10], demostraron que el % de grasa y % de humedad in-
uyen sobre las características físico-químicas del queso.
En cambio, para [11] el rendimiento en la planta quese-
ra está relacionado con la calidad, ya que identicaron
que el rendimiento quesero se favorece con incremen-
tos de grasa y proteínas en la leche. Mientras [12] consi-
deran la etapa de salado como un punto crítico para la
inocuidad y aseguramiento de la calidad. En la literatu-
ra analizada se evidencia la ausencia de trabajos que rela-
cionen el diseño metodológico (indicadores ambientales,
económicos y técnicos) de una planta quesera con la ca-
lidad del producto.
En Ecuador, gran parte de la producción de queso
fresco se realiza de manera artesanal. Lo cual implica in-
sucientes condiciones higiénico-sanitarias y un escaso
control para asegurar la obtención de productos de ca-
lidad comercial [13]. Una manera de estandarizar la ca-
lidad, sin necesidad de un gasto económico elevado, es
mediante la simulación de procesos. La principal venta-
ja de la simulación es la posibilidad de probar cambios
en el escenario virtual antes de que se implementen en el
mundo real, por lo tanto, se puede obtener información
sobre los riesgos potenciales de antemano y prepararse
para ellos [14]. En la actualidad existen potentes sowa-
res de simulación de procesos industriales. El programa
SuperPro Designer versión 12.0, facilita el modelado y la
evaluación de procesos integrados en una amplia gama
de industrias [15].
El presente estudio tuvo como objetivo simular el pro-
ceso tecnológico de obtención de queso fresco en el sof-
tware SuperPro Designer versión 12.0. Se tomaron como
criterios de calidad el porcentaje de grasa en el produc-
to nal.
2. Método
2.1. CRITERIOS METODOLÓGICOS PARA EL DISEÑO
Y SIMULACIÓN DE PROCESO
La metodología utilizada en el presente trabajo consiste
en etapas secuenciales empleadas para la implementa-
ción de una planta agroindustrial [16]. La metodología
empleada ha sido ampliamente utilizada y estudiada. Por
ejemplo, [9] implementaron el procedimiento metodo-
lógico en el diseño óptimo para la elaboración de miel
de caña de azúcar. En cambio [17] emplearon la meto-
dología para determinar los parámetros de operación y
de diseño en la calidad del azúcar no centrífugo granu-
lado. En la industria no alimentaria el procedimiento
ha sido aplicado en la obtención de ácido cítrico a partir
del bagazo de caña [18] y en la producción de bioetanol
carburante a partir de bagazo de caña de azúcar [19]. En
la gura 1 se muestran las etapas de la simulación del
proceso tecnológico de obtención de queso fresco (ver
Figura 1).
2.2. ETAPAS METODOLÓGICAS
El diseño de proceso lleva implícito la selección de alter-
nativas basadas en un criterio, según los objetivos plan-
teados. Constituye una actividad práctica compleja debi-
do a que se requiere de una metodología que contemple
todas las etapas y variables que intervienen en el diseño.
La descripción de los pasos secuenciales empleados en la
simulación, [16] [17] y [20] se muestra a continuación:
2.2.1. Producto demandado
En objetivo es determinar y denir el producto que se
demanda, sus criterios de calidad y las materias primas.
2.2.2. Selección de la tecnología y esquema tecnológico
denido
En esta etapa se selecciona la tecnología con parámetros
operativos que garanticen las especicaciones de calidad
del producto demandado. Además, denir el esquema
tecnológico a través del diagrama de ujo.
62
Vinocunga D., et al.
2.2.3. Estimación de la capacidad
El propósito del este paso es estimar la capacidad de la
planta en función de la demanda o la disponibilidad de
materias primas.
2.2.4. Macrolocalización
Consiste en decidir la región favorable donde se ubica-
rá la planta, considerando: la disponibilidad de materias
primas y los costos de transporte de materias primas o
productos terminados.
2.2.5. Balances de masa y energía
El objetivo es determinar el caudal y composición de to-
das las corrientes involucradas en el proceso con el n de
aprovechar la energía y los materiales involucrados.
2.2.6. Consumo de materia prima < disponibilidad de
materia prima
Durante esta etapa se debe comparar la disponibilidad
de las materias primas con el consumo de estas. Si la dis-
ponibilidad es menor al consumo de materia prima en la
planta industrial, se debe volver al literal 2.2.3 y jar una
capacidad idónea.
2.2.7. Compatibilidad ambiental
El objetivo es comparar las cantidades de residuos con
normas ambientales, además se deben plantear posibles
soluciones para disminuir el impacto ambiental.
2.2.8. Diseño y costo de adquisición de los equipos
Durante esta etapa se establecen los parámetros de dise-
ño y costo de adquisición de cada equipo involucrado en
el proceso tecnológico.
2.2.9. Análisis económico de inversión y producción
Durante esta etapa se determina el costo de inversión y
operación anual del producto. Este paso es de suma im-
portancia para la siguiente etapa.
2.2.10. Factibilidad económica
Determinar el valor actual neto (), tasa interna de
rentabilidad y (), el período de recuperación ()
para reconocer la factibilidad de la planta.
2.3. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE PROCESOS
Se establecieron dos casos para este estudio (ver Tabla 1),
la composición de la materia prima se estableció según
la bibliografía consultada. Se seleccionó el porcentaje de
grasa y proteína en la leche, porque estas variables están
relacionadas con la calidad y el rendimiento en el queso.
Cada caso de estudio se simuló con 3 capacidades; 500 L,
2000 L y 3500 L. Se denió el modo de operación contin-
uo (operación anual de 7920 horas, 24 horas en 330 días)
[21]. Los costos de las materias primas, servicios auxilia-
res y equipamiento se establecieron realizando búsquedas
en artículos y páginas web. Las materias primas que no se
encontraban (Renina, leche y ) en el simulador fueron
creadas, su estequiometría fue establecida según [1], [3] y
[22]. El tiempo de vida del proyecto se considera de 15
a 25 años [23]. Se jó una tasa de interés del 7% [24] para
determinar el Valor Actual Neto ().
Selección de la
tecnología y esquema
tecnológico definido
Producto
demandado
Estimación de la
capacidad Macrolocalización
Balances de masa y
energía
¿Consumo de materia
prima < disponibilidad de
materia prima?
Compatibilidad
ambiental
Costos de adquisición
de los equipos
Si
Análisis económico
de inversión y
producción
Factibilidad
económica
No
Figura 1
Metodología de diseño de procesos agroindustrial
63
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
3. Resultados y discusión
3.1. PRODUCTO DEMANDADO
Queso es la cuajada o sustancia formada por la coagu-
lación de la leche de ciertos mamíferos por cuajo o en-
zimas similares en presencia de ácido láctico producido
por microorganismos añadidos o adventicios, de la que
se ha eliminado parte de la humedad por corte, calenta-
miento y prensado, que ha sido moldeado y luego madu-
rado (también sin madurar) [25]. Es decir, la elaboración
del queso fresco implica la sinéresis controlada del coá-
gulo de la leche a través del cuajo. En la última década en
Ecuador la demanda de queso aumento en un 126% sig-
nicando una per cápita de 1,7 kilos. Según [26] se prevé
un crecimiento de 5,6% en la producción de fresco en los
próximos años. La calidad del queso está relacionada con
la composición química del producto.
3.2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Y ESQUEMA
TECNOLÓGICO DEFINIDO
La tecnología seleccionada para la obtención de queso
fresco comprende varios procesos y operaciones uni-
tarias: estandarización, calentamiento, pasteurización,
mezclado, coagulación, corte de la cuajada, desuerado,
prensado, adición de sal y envasado del queso. En la -
gura 2 se muestra el diagrama de elaboración de queso
fresco implementado en Super Pro (ver Figura 2).
El proceso inicia con la estandarización de leche,
según [25], luego se realiza una termización, proceso bas-
tante extendido en la elaboración del queso fresco, nor-
malmente la termización o sub-pasteurización se realiza
entre 57-68 °C por 10-20 s [22]. Seguidamente se realiza
una pasterización a 72 °C por 15 s, esta etapa permite la
inactivación de las enzimas autóctonas de la leche, [27]
y la destrucción de los microorganismos como Listeria
monocytogenes, Campylobacter jejuni, Mycobacterium tu-
berculosis y Coxiella burnetii. Además, evita la desnatu-
ralización de las proteínas del suero y su interacción con
la β-caseína micelar [28].
La siguiente etapa consiste en una acidicación de
la leche. Este proceso consiste en inhibir el crecimiento
de organismos indeseables, inuye en la tasa de coagula-
ción [29]. La acidicación se realiza a través de la produc-
ción in situ de ácido láctico con microorganismos como
Lactobacillus y Bifidobacterium, [30] cuando se alcanza
la acidez deseada (0,01% de aumento), [31] se requiere la
adición de cuajo para obtener una cuajada de las carac-
terísticas deseadas. La renina es la enzima más empleada
durante la coagulación. El pH óptimo para la acción de la
renina en la leche es de 5,4. Sin embargo, puede funcionar
Tabla 1
Estudios de casos planteados
Estudio de caso Materia prima Grasa Proteína Lactosa Fuente
Primero Leche 3,2 % 3,5 % 5,3 % [45]
Segundo Leche 4,5 % 3,0 % 3,54 % [46]
Figura 2
Diagrama de elaboración de queso fresco
64
Vinocunga D., et al.
como un agente de coagulación a un pH casi neutro (6,2-
6,4). Durante esta etapa se agregó nisina con la nalidad
de frenar el crecimiento de microorganismos y aumentar
la vida útil de producto, [32] además se adicionó cloru-
ro de calcio (CaCl2) para acelerar la coagulación y como
reconstituyente del calcio perdido (Figura 2). Cuando la
coagulación se haya completado se debe retirar el suero
de manera temprana ya que el ácido continúa desarro-
llándose en la cuajada mientras haya cantidades aprecia-
bles de suero. Seguidamente se realizó la adicción de sal
en una proporción de 0,1%. Con el objetivo de moldear
la masa de queso se realizó un prensado a 10 psi [33]. El
envasado del producto nal se realizó en unidades de 18
kg con un valor de 45.
3.3. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD
La producción de queso fresco se encuentra en una eta-
pa de crecimiento, debido al acuerdo multipartes entre
Ecuador y la Unión Europea, es así, que el 35% de la pro-
ducción de leche es destinada a elaboración de queso [34].
La provincia de Chimborazo cuenta con 63.932 vacas de
ordeño que producen 431.325 L/día de leche [6]. Se estima
una capacidad tentativa de (500-3 500) kg leche.
3.4. MACROLOCALIZACIÓN
La parroquia Quimiag, presenta una población de 1082
hatos con una producción de 48.865 L leche/día con un
promedio de 5,61 L leche/vaca/día, [35] estos niveles
altos de producción convierten a la parroquia en una
de las principales productoras de leche en la provincia
de Chimborazo.
3.5. BALANCES DE MASA Y ENERGÍA
Los balances de masa de las tres capacidades simuladas
en los dos casos de estudio se muestran en la tabla 2. Du-
rante las iteraciones de cada caso de estudio las etapas de
estandarización, calentamiento y pasterización el ujo
volumétrico se mantiene constante con respecto a la pri-
mera etapa, mientras en la etapa de coagulación y corte
se observa un leve aumento en los ujos de las corrientes,
esto se debe a la adicción de ingredientes (, renina,
nisina y CaCl2). En el proceso tecnológico de desuerado
en el caso uno el 81% de leche acidicada se convierte
en suero y el porcentaje restante es la cuajada (ver Ta-
bla 2), el rendimiento de suero-cuajada concuerda con
lo expuesto por [36]. Mientras en el caso dos el 72,07 %
se convierte en suero, esta diferencia en el subproducto
está relacionada con el contenido de grasa en la materia
prima.
La composición química de grasa y proteína en el
queso en el caso uno concuerda con lo expuesto por [37].
En el caso dos la grasa, la proteína y el rendimiento en el
queso fresco es mayor que el caso uno (ver Tabla 3), esta
diferencia se debe a la composición química de la grasa
y proteína en la leche, ya que la caseína (proteína) forma
la matriz estructural del queso, facilitando el atrapamien-
to de la grasa, que a su vez proporciona un mayor rendi-
miento, además que contribuye a la textura y al sabor del
queso. Según la norma 1528, [38] el producto
obtenido en los dos casos de estudio es un queso graso.
El porcentaje en la relación leche-ingrediente usado
fue el mismo en los dos casos de estudio (ver Tabla 4). Se
estableció 0,01g/L de y 0,03g/L de nisina, según lo
mencionado por [31], mientras para la renina y CaCl2 se
determinó 0,12 g/L y 0,3 g/L, respectivamente [30].
Tabla 2
Flujo volumétrico en las diferentes capacidades simuladas
Caso 1 Caso 2
Etapa/Capacidad 500 L 2.000 L 3.500 L 500 L 2.000 L 3.500 L
Estandarización 500 2.000 3.500 500 2.000 3.500
Coagulación y corte 500,23 2.000,93 3.501,62 500,23 2.000,93 3.501,62
Desuerado 405,19 1.620,75 2.863,32 360,60 1441,73 2.522,78
Envasado 95,99 383,98 644,95 139,78 558,73 977,68
Tabla 3
Composición química de los atributos de calidad del queso
Caso 1 Caso 2
Grasa 24,08 29,32
Proteína 18,82 17,32
Humedad 56,2 52,76
65
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
3.6. DISPONIBILIDAD Y CONSUMO DE MATERIA PRIMA
La capacidad mínima estudiada fue de 500 L y la máxima
de 3500 L, por otra parte, la disponibilidad de leche en la
parroquia de Quimiag es de 48.865 L leche/día [35]. Por
lo tanto, existe la disponibilidad para la implantación de
la planta de queso fresco.
3.7. COMPATIBILIDAD AMBIENTAL
El suero lácteo es el residuo que más se genera en la ela-
boración de queso, según la composición de la leche pro-
cesada representa entre el 70% y 90% del volumen [39].
Además, el suero posee altos índices de demanda bio-
química de oxígeno () con 40 g/L y una demanda
química de oxígeno () de 60 g/L, [11] aspectos que
motivan la utilización de suero en lugar de desecharlo,
por consiguiente, se disminuiría la contaminación am-
biental. Además, el 55 % de los nutrientes de la leche es-
tán presenten en el suero [39].
En Ecuador se prohíbe la movilización del suero de
leche líquido sin el certicado vigente de Buenas Prácticas
de Manufactura (), [40] aunque no existe una norma
especíca para tratar el suero de leche. Diversas fuentes
literarias abordan la transformación del residuo lácteo en
productos, por ejemplo, [41] utilizan el coproducto para
producir bebidas de suero fermentado, mientras [42] pro-
duce ácido cítrico a partir del suero, en cambio [43] pro-
duce bioetanol del residuo del queso.
3.8. COSTOS DE ADQUISICIÓN DE LOS EQUIPOS
El costo de adquisición en los dos casos de estudio fue el
mismo. En la gura 3 se muestra el costo de adquisición
de los equipos con respecto a las diferentes cantidades
de 500, 200 y 3500 L/día de leche (ver Figura 3). Se evi-
dencia un crecimiento lineal en las tres capacidades, este
comportamiento se debe a la relación del costo de los
equipos con los caudales, temperaturas, presiones, po-
tencias, entre otros que caracterizan a cada equipo [21].
3.9. ANÁLISIS ECONÓMICO DE INVERSIÓN Y
PRODUCCIÓN
El análisis económico del esquema tecnológico para la
producción de queso fresco se realizó en función del
Tabla 4
Ingredientes utilizados durante la elaboración de queso fresco
Caso 1/ Caso 2
Etapa/Capacidad Ingrediente 500 L 2 000 L 3 500 L
Mezclado (g) 5 21 36
Nisina (g) 15 60 105
Coagulación/Corte de la
cuajada
Renina (g) 62 247 433
CaCl2 (g) 150 600 1.050
Figura 3
Costos totales de adquisicion de equipos
66
Vinocunga D., et al.
costo de inversión y de operación anual. El costo de in-
versión en los dos casos de estudio fue el mismo en las
tres capacidades simuladas (ver Figura 4). Los criterios
económicos considerados incluyeron el costo directo, in-
directo y las tarifas y contingencias del contratista.
El costo total de la planta es la suma de los costos di-
rectos, más indirectos y el costo directo de capital jo, es
el costo total de la planta más tarifa y contingencia del
contratista [21]. Por su parte, el costo de operación anual
fue analizado a partir de la capacidad de producción de
la planta, estas operaciones involucran los costos de ma-
terias primas y servicios. El caso uno presenta un costo
menor al caso dos. La diferencia en el costo de operación
anual durante el caso dos se debe a un mayor rendimien-
to en el producto nal (ver Figura 5).
3.10. FACTIBILIDAD ECONÓMICA
El margen de ganancias, período de recuperación des-
contada (), tasa interna de recuperación () y valor
actual neto (), [24] varía debido al rendimiento en
los casos de estudios y cantidad de materia prima sim-
Figura 4
Costo de inversión de la planta quesera
Figura 5
Costo operación anual de la planta quesera
67
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
ulada. En la tabla 5 se aprecia en la producción de 500
L del caso uno el menor , desde el punto económi-
co esta producción no es rentable, se considera rentable
aquella planta con menor de tres años [44]. En las
producciones de 2000 L y 3500 L en ambos casos de es-
tudio se visualizan las mejores alternativas de factibili-
dad económica. Siendo la mejor elección la capacidad de
3500 L del caso dos (ver Tabla 5).
4. conclusiones
El caso dos de estudio mostró una cantidad mayor de
grasa en comparación con el caso uno. Además, el caso
dos presentó un mayor rendimiento; por lo tanto, un ma-
yor costo de operación anual. Los dos casos de estudio
según su composición grasa son catalogados como que-
sos grasos. La simulación permitió identicar la mejor
alternativa económica en la producción de 3500 L del
caso dos con un margen de ganancia de 19,53, de
1,03, de 57,82, 7.471.000.
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Tabla 5
Indicadores económicos de la planta quesera
Caso 1 Caso 2
500 L 2.000 L 3.500 L 500 L 2.000 L 3.500 L
Margen de ganancia (%) 4,64 11,88 14,91 6,32 13,37 19,53
(años) 7,41 2,18 1,61 5,5 2,03 1,03
(%) 7,45 39,31 54,2 10,32 42,64 57,82
($) 24.0003.318.000 6.566.000 50.000 3.760.000 7.471.000
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