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NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS UNIVERSIDAD BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA LECTURA U1_ Presaberes_ CURSO: 301105 – TECNOLOGIA DE LACTEOS

DEFINICIÓN, COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LA LECHE

Definición Legal y Dietética de la leche 1.1 Definición legal

“Leche es el producto íntegro y fresco de la ordeña de una o varias vacas, sanas, bien alimentadas y en reposo, exenta de calostro y que cumpla con las características físicas y microbiológicas establecidas”1 La características principales que se tienen en cuenta para medir la calidad de la leche son.: densidad, índices crioscópicos y de refracción, acidez, grasa y sólidos no grasos, cantidad de leucocitos, gérmenes patógenos y presencia de antisépticos, antibióticos y sustancias alcalinas. El calostro, es el producto segregado por la glándula mamaria inmediatamente después del parto de la vaca, es una sustancia que presenta una composición muy diferente a la leche y contiene una cantidad de proteínas en el suero, especialmente inmunoglobulinas que son necesarias para la nutrición del ternero, pero que su presencia daña la calidad de la leche en la medida que se gelifica con el calentamiento de la leche por ejemplo a uno 80 0C, produciendo la coagulación de la leche. 1.2 Definición dietética

La leche es uno de los alimentos más completo que se encuentra en la naturaleza, por ser rica en proteínas, grasas, vitaminas y minerales, necesarias para la nutrición humana. La proteína de la leche, contiene una gran cantidad de aminoácidos esenciales necesarios para el organismo humano y que no puede sintetizar, la proteína que se encuentra en mayor proporción en la leche es la caseína. Entre la vitaminas que contiene están: la Vitamina B12 (riboflavina) la B1 (tiamina), y las vitamina A, D, E y K liposolubles. Entre los minerales de mayor cantidad están el calcio y el fósforo. Su contenido de grasa se debe principalmente a los triglicéridos. La grasa de la leche está conformada principalmente por la combinación física de triglicéridos y éstos a su vez están formados por un alcohol (glicerol) y 14 o más ácidos grasos que en su mayoría son saturados excepto el ácido oleico que es insaturado y se encuentra en mayor cantidad. La combinación de éste ácido con el

1 Manual de composición y propiedades de la leche. FAO,


linoléico, el butírico y caproico es lo que hace que la grasa de la leche tenga un bajo punto de fusión. 2. Definición Física y sus propiedades La leche es un líquido de color blanco opalescente característico debido a la refracción de la luz cuando los rayos de luz inciden sobre las partículas coloidales de la leche en suspensión. Cuando es muy rica en grasa, presenta una coloración cremosa, debido al caroteno que contiene la grasa, la leche baja en grasa toma un color ligeramente azulado. 2.1 Características organolépticas

El olor o aroma, de la leche fresca es ligeramente perceptible, sin embargo la leche está ácida o contienen bacterias coniformes, adquiere el olor característico de un establo o a estiércol de las vacas, por lo cual se le da el nombre de “olor a vaca”

Sabor: la leche fresca tiene un sabor medio dulce, neutro debido a la lactosa que contiene.

2.2 Otras propiedades físicas son:

Gravedad específica: oscila entre 1.028 – 1.034 expresada en grados de densidad. Al determinar la densidad de la leche con el lactodensímetro, ese valor debe ajustarse para una temperatura de 150C, adicionando o restando el factor de corrección de 0.0002 por cada grado centígrado leído por encima o por debajo de los 150C.

Densidad de la leche: esta relacionada con la combinación de sus diferentes componentes: el agua (1.000 g/ml); la grasa (0.931g/ml); proteína (1.346g/ml); lactosa (1.666 g/ml) minerales (5.500 g/ml) y Sólidos no grasos (S.N.G. =1.616 g/ml).

Por lo anterior la densidad de una leche entera sería aproximadamente de 1.032 g/ml, una leche descremada de 1.036 g/ml y una leche aguada tendría una densidad aproximada de 1.029 g/ml.

PH (concentración de hidrogeniones). El pH es el logaritmo del inverso de la concentración de iones de hidrógeno. Cuando la concentración de iones de hidrógeno es de 10-1 a 10-7, corresponde a un pH de 1 a 7 es decir, medio ácido. Si la concentración de iones de hidrógeno es de 10-7 a 10-14 (pH 7 a 14) el medio será alcalino (el pH =7 es neutro). Dichas


variaciones depende del estado de sanidad de la leche y de los microorganismos responsables de convertir la lactosa en ácido láctico.

Acidez: la leche cruda presenta una acidez titulable resultante de cuatro reacciones, de las cuales las tres primeras corresponden a la acidez natural de la leche cruda y la cuarta reacción corresponde a la acidez que se va formando en la leche por acción de las bacterias contaminantes.

Acidez natural se debe a:

1. Acidez de la caseína anfótera, constituye cerca de 2/5 partes de la acidez natural 2. Acidez de las sustancias minerales, del CO2 y de ácidos orgánicos naturales, aproximadamente las 2/5 partes de la acidez natural. 3. Reacciones de los fosfatos, cerca de 1/5 parte de la acidez natural.

La determinación de la acidez de la leche es muy importante porque puede dar lugar a determinar el grado de alteración de la leche. Regularmente una leche fresca debe tener una acidez de 0.15 a 0.16%, valores menores pueden indicar que es una leche proveniente de vacas con mastitis, aguada o que contiene alguna sustancia química alcalina. Porcentajes mayores del 0.16%, indican que la leche contiene bacterias contaminantes.

Potencial de oxidorreducción: El potencial de oxidorreducción (Eh), mide las propiedades oxidantes (+) o reductoras (-) de una solución, el cual se visualiza en la corriente eléctrica entre dos electrodos sumergidos en la solución. La leche tiene un Eh (+) entre los valores de 0.20 a 0.30 voltios. El Eh de la leche se debe al contenido de: oxígeno, sustancias reductoras naturales (reductasa aldehídica, ácido ascórbico y tratamientos tecnológicos).

La contaminación por bacterias incrementa el poder reductor de leche, ya que cuando las bacterias se multiplican hay un mayor consumo de oxígeno y producción de sustancias reductoras, reduciéndose el Eh, hasta valores negativos. Este fenómeno se utiliza para el análisis que se le hace a la leche con azul de metileno y la resarzurina. La reducción del azul de metileno produce el leuco azul de metileno ( incoloro) a un Eh de +0.054V y con la reducción de la resarzurina (azul pizarra) se produce la resofurina (rosada) y la dihidrorresofurina (incolora), a un Eh de +018 y +0.19 V, la resarzurina, reacciona antes que el azul de metileno y detecta la presencia de leucocitos. Mediante este método se podrá evaluar los cambios en la calidad de la leche.


Viscosidad. La viscosidad de la leche indica la resistencia que se opone al fluído. La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura y depende de la composición del líquido, del estado físico de las sustancias coloidales dispersas, y del contenido de materia grasa. la leche es más viscosa que el agua y ello se debe al contenido de grasa en emulsión y a las proteínas que contiene en su fase coloidal. La viscosidad de la leche oscila entre 1.7 a 2.2 centipoises, siendo la de la leche completa de 2.2 y la de la leche descremada de 1.2. La leche homogenizada presenta un aumento en la viscosidad, entre 1.2 a 1.4 centipoises. La viscosidad de la leche y sus productos es un dato importante en ingeniería para el cálculo de bombas que se requieren en el proceso, pero también es importante en la comercialización dado que el consumidor relaciona la viscosidad con el contenido graso de la leche.

Punto de congelación: Es una característica importante porque permite detectar la adición de agua en la leche. El punto de congelación de la leche debe oscilar entre un rango de –0.5130C a –0.565 0C. Los componentes que influyen en el punto de congelación de la leche son la lactosa y las sales coloidales. El aumento de la acidez de la leche reduce la viscosidad de la leche.

Calor específico: Es el número de calorías necesarias para elevar en un grado centígrado la temperatura de una unidad de peso de la leche. Dicho valor es más alto que el del agua.

Calor específico ( en cal / g. 0C) de:

Leche completa....................................................... 0.93 – 094 Leche descremada.................................................. 0.94 –0.96 Suero de queso........................................................0.97 Grasa........................................................................ 0.40 –0.60

Punto de ebullición. La ebullición de la leche se inicia a partir de los 100.170C, pero cuando se reduce la presión del líquido, la ebullición ocurre a una temperatura menor. Este efecto es aplicado en la producción de leches concentradas al evaporar la leche mediante la reducción de la presión utilizando el vacío, lográndose evaporar parcialmente la leche a temperaturas entre los 50 a 700C, sin causar ningún deterioro a los componentes de la leche.

Índice de refracción. Este valor expresa el fenómeno de desviación de la luz cuando atraviesa el aire e incide sobre la leche. Su valor oscila entre 1.3440 y 1.3485, siendo el resultado de la suma de los índices de refracción individual de los solutos o fase discontinua y del agua o fase


continua de la leche. Cuando el valor de algunos de estos componentes se altera, cambia el valor del índice de refracción. Por ejemplo si se cambia la concentración de los solutos debido al aguado, el valor del índice de refracción se acercará al del agua, detectándose de esta manera el fraude.

Para la determinación del índice de refracción se utilizan instrumentos como el refractómetro de Abbé que se utiliza para productos descremados y leches concentradas azucaradas o refractómetros de inmersión como el lactómetro “Bertuzzi” para medir el índice de refracción del suero obtenido de la coagulación de la caseína.

Propiedades ópticas: El color de la leche se debe a los efectos combinados de la caseína, sales coloidales, pigmentes y otros componentes. La caseína y las sales coloidales le imparten el color blanco y opaco de la leche, en la medida que refleja totalmente la luz. Los pigmentos debido a los carotenos le imparte a la leche un color ligeramente amarillento y los pigmentos de la riboflavina son los que le dan un color amarillo – verdoso al suero producido en la elaboración del queso.

Resumen de las propiedades físicas de la leche Densidad de la leche completa........................... 1.032 g/ml Densidad de la leche descremada........................ 1.036 g/ml Densidad de la materia grasa.............................. 0.940 g/ml Calorías por litro................................................. 700 calorias PH....................................................................... 6.6 – 6.8 Viscosidad absoluta............................................. 1.6 –2.15 Índice de refracción 1.35 Punto de congelación......................................... -0.550C Calor específico.................................................. 0.93 cal /g 0C 2.3 Definición química y propiedades Es un fluido bastante complejo, formado por aproximadamente el 80 a 87.5% de agua y el 12 a 12.5% de sólidos o materia seca total. 2.3.1 Agua. Es la fase continua de la leche y es el medio de transporte para sus componentes sólidos y gaseosos. Se encuentra en dos formas, el agua libre y el agua de enlace. El agua libre es la de mayor cantidad y en ella se mantiene en solución la lactosa y las sales. El agua libre es la que sale en el suero de la cuajada. El agua de enlace, es la formada por la cohesión de los diferentes componentes no solubles, se encuentra en la superficie de estos compuestos y


no forma parte de la fase hídrica de la leche por lo cual su eliminación es bastante difícil. 2.3.2 Materia seca de la leche. Está formada por los compuestos sólidos de la leche pueden determinarse por el método directo mediante la evaporación de la fase acuosa de la leche, o por el método indirecto, mediante la relación de la densidad y su contenido de grasa y a partir de estos datos la cantidad de materia seca se puede calcular mediante las siguientes fórmulas:

Richmond: %S.T. = (0.25 x D) + (1.21 x % G) + 0.66 De donde D es la densidad de la leche y para la cual se utilizan solo los valores decimales como enteros. Ejemplo si la densidad es de 1.033 entonces se debe usar como D el 33.

Queensville: Gramos/lt S.T. = (10.6 x %G) +2.75 (D – 1000) En este caso se utiliza el dato de la densidad D como una cifra entera o sea 1033.

Fleischmann: %S.T. = (1.2 x%G) + 2.665 x (D – 1000) x 100 D En este caso también la densidad D se usa como número entero, o se igual a 1033.

Gilibaldo y Pelufo: %S.T.= 282 (D – 1) + (%G x 1.19) de donde la densidad D es exactamente el valor leído, para el ejemplo será 1.033. 2.3.3 Composición de la leche de diferentes especies La composición de la leche varía según la especie, tanto en la proporción en que se encuentra sus componentes como también en su estructura en algunos casos.


Se puede decir que existen: - Leches caseinosas. Son las que contienen un contenido mayor de caseína

que de albúmina y globulina, como la leche de vaca, oveja y cabra. - Leches albuninosas, que tienen un contenido de albúmina y globulina

proporcional al de la caseína, como la leche de la mujer, yegua y burra. Esta calificación tiene importancia en el sentido que las leches albuminosas proporcionan una mayor digestibilidad para los lactantes que la leche caseinosa como la de la vaca, por ello la necesidad de que el niño se alimente en los primeros meses de vida con leche materna. 2.4 Otras características importantes de la leche Existen diferentes factores que influyen notablemente en las características físicas, químicas y de estructura de la leche y que determinan su variabilidad, su complejidad y alterabilidad. 2.4.1 Variabilidad

Como la leche es un producto netamente biológico es susceptible de variación en su composición y propiedades por diferentes factores como son.

- Factores genéticos. La leche tiene diferente composición de acuerdo a la

especie o raza del mamífero que provenga, se sabe que existe cerca de 150 especies y se observa que el contenido de extracto seco varía entre el 8 y el 65%, la materia grasa entre el 1 y 19%, los carbohidratos entre el 0,1 y el 10% y las cenizas entre el 0.1 y 2.0%. Las únicas especies que se crían especialmente para la producción de leche son los las especies de los rumiantes (vaca, cebú, búfalo, cabra y oveja).en el cuadro 1 se presenta el cuadro comparativo de composición de la leche según las especie. De acuerdo a los datos que se presenta en el cuadro, se observa que la leche de búfala y cabra, son las de mayor contenido de grasa y las de mayor contenido de caseína son las de oveja y búfala; las de mayor contenido de carbohidratos son las de asna y de yegua.

Con respecto a la raza se sabe que existen razas para producción de leche y de carne, muy resistentes a condiciones climatológicas y de acuerdo a estas diferencias de raza, se tienen diferente rendimiento de leche y de su composición. Por ejemplo entre la Frisona (de Holanda), la Frisona en otras zonas, la Pardo Suiza y la Jersey, esta última es la que presenta un mayor porcentaje en extracto seco, grasa, proteína total y en lactosa.


Tabla 1: Composición media aproximada de la leche procedente de diferentes especies (%p/p)

Origen Estracto

seco

Materia grasa

Caseína Proteínas del suero

Carbohidratos Cenizas

Vaca Yegua Asna Cabra Oveja Cebú Búfala

12.7

10.8

10.8

13.3

18.8

13.5

17.5

3.9 1.7 1.5 4.5 7.5 4.7 7.5

2.6 1.3 1.0 3.0 4.6 2.6 3.6

0.6 1.2 1.0 0.6 1.0 0.6 0.7

4.6 6.0 6.7 4.3 4.6 4.9 4.8

0.7 0.5 0.5 0.8 1.0 0.7 0.8

Fuente. Alais Charles Alais. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos. 2000 - Factores fisiológicos. Como la etapa y el número de lactaciones, por ejemplo

al inicio se presenta el calostro que tiene propiedades diferentes a la de la leche normal; Las etapas de lactación es un factor relevante, teniendo en cuenta que el número de lactaciones influye en la composición de la leche, especialmente en la grasa, proteína, lactosa, calcio, sodio y potasio.

- Efectos patológicos de la vaca, en especial la mastitis, que como

consecuencia de las bacterias patógenas disminuye considerablemente el rendimiento lechero, ocasionando un aumento en las células somáticas especialmente leucocitos, además se aumenta la actividad enzimática. La mastitis aunque no causa mucho problema en la producción lechera sí es causante de grandes pérdidas en el hato ganadero.

- Factores ambientales y de manejo, como la alimentación, el clima y el sistema de ordeño. Estos factores influye principalmente en el rendimiento lechero pero es poco perceptible en la composición de la leches. Sin embargo la ración alimenticia puede modificar el contenido y la composición de grasa. Una dieta pobre en proteínas ocasiona una disminución en el contenido proteico, pero una dieta rica en proteínas aumenta el porcentaje de nitrógeno no proteico.

También es posible que la leche sea contaminada por sustancias extrañas como los antibióticos, pesticidas y otras sustancias contaminantes, ocasionando problemas en el proceso de la leche y también en la salud a los consumidores.


Algunas variaciones importantes Las variaciones en la composición de la leche, son importantes en la medida que puede ocasionar problemas de índole tecnológica, entre los cuales los más importantes se mencionan a continuación: Variaciones en el rendimiento de los procesos de elaboración, por ejemplo el rendimiento de la mantequilla depende del contenido graso de la leche, el del queso del contenido de caseína y el de la leche en polvo del extracto seco sin grasa. La composición de los productos está relacionada directamente con la composición de la leche, es así como en la estandarización del queso es importante la relación entre la proteína y la grasa y en la producción de leche en polvo se debe manejar la relación entre la proteína y la lactosa. La cristalización de la grasa de la leche por acción del frío, depende del contenido de grasa y afecta la dureza de la mantequilla. La estabilidad del calor es una variable importante en la fabricación de la leche evaporada. Se presume que la precipitación de proteínas, la composición de sales, el contenido de inmunoglobulinas como el calostro son los causantes de formación de depósitos en los intercambiadores de calor que ocasionan problemas en la calidad microbiológica de la leche y en el adecuado funcionamiento del equipo. . La capacidad de coagulación depende de la actividad del calcio. El contenido de aglutininas de la leche, decrece en la lactación, ocasionando variaciones en el desarrollo de los microorganismos presentes; el contenido de manganeso (Mn), afecta la fermentación del ácido cítrico por causa de algunos cultivos iniciadores. El flavor de la leche depende de las cantidades de sales disueltas en la lactosa que tiene que ver con el sabor salado de la leche. La actividad de la lipasa y la auto-oxidación aumenta al avanzar la etapa de la lactación. El color de la leche y en especial del de la mantequilla y del queso se debe a diferentes cantidades de B-caroteno en la grasa cuya cantidad depende de los pastos con los que se alimentan las vacas, pero también de la aptitud de la vaca de transformar el B-Caroteno en Vitamina A. Se sabe que la leche de la raza Jersey de las vacas contiene una grasa de pigmentación muy amarilla en comparación con la de la leche de búfala, oveja y cabra que es casi blanca. 2.4.2 Complejidad


La leche es una sustancia bastante compleja debido a su composición química en compuestos como la lactosa, glicéridos de ácidos grasos, caseínas, albúminas entre otras y su equilibrio físico entre sus componentes. Desde el punto de vista físico coexisten varios estados, la emulsión, suspensión y solución. Se considera que la leche es una emulsión formada con la materia grasa globular disuelta en una solución acuosa y cuyo especto es muy parecido al plasma sanguíneo. La solución acuosa contiene también material proteico en suspensión en un suero cuyo contenido principal es la lactosa y sales minerales. Su Heterogeneidad se debe a que cuando la leche es expuesta a temperatura ambiente se separa progresivamente en tres partes (fig 1)

La crema que es una capa de glóbulos grasos integrados por efecto de la gravedad

La cuajada, caseína coagulada por la acción microbiana El suero, que contiene los productos solubles y que se separa de la

cuajada, la cual se contrae a una velocidad que depende de la microflora presente.

Fig. 1. Representación esquemática de las modificaciones de la leche a temperatura ambiente

Leche fresca Leche descremada Cuajada Lacto- suero (Blanco mate) Fuente. Charles Alais. Ciencia de la leche. 2000 2.4.3 Alterabilidad Debido a las características nutricionales de la leche, se pueden desarrollar una gran cantidad de microorganismos entre los cuales están los que producen la fermentación de la lactosa obteniéndose el ácido láctico que conduce a la floculación debido al componente proteico, que en términos caseros se le denomina “leche cortada”

Leche

(blanco

azulado)

Coágulo

(ho-

mogé-neo)

Lacto

suero

amarillo-

verdoso)

cuajada

cuajada

Crema Crema

Crema

Cuajada


La leche fresca tiene un período de duración muy corto por lo que se considera un alimento de alta perecibilidad, ello obliga a tener especiales medidas sanitarias y de Buenas prácticas de manufactura (B.P.M.) para evitar la proliferación de microorganismos patógenos que afecten su calidad así mismo permitir la inactivación de enzimas, durante su procesamiento. 2.4.4 Modificaciones importantes de la leche. Por ser la leche un sistema inestable, está sujeta a sufrir cambios desde que se encuentra en la ubre, durante el ordeño, con los cambios de temperatura y durante el proceso tecnológico. Los principales cambios que tienen lugar en la leche son:

Cambios físicos. Por la incorporación del aire durante el ordeño, lo cual ocasiona la incorporación de oxígeno y nitrógeno. También se pueden deteriorar los glóbulos grasos, al dañarse su membrana, paro también por la acción del frío los glóbulos grasos se aglutinan. Al enfriarse la leche se produce la cristalización de la materia grasa y se puede llegar a desestabilizar la emulsión.

Cambios químicos. Por acción del oxígeno muchos de los componentes

de la leche se oxidan actuando la luz como catalizador de muchas reacciones que producen aromas indeseables en la leche.

Cambios bioquímicos. Debido a las enzimas que contiene la leche se

produce la lipólisis por acción de la lipasa, la proteólisis por acción de la proteasas y la hidrólisis de los ésteres fosfóricos por la acción de las fosfatasas.

Cambios microbiológicos. El más frecuente es la fermentación de la

lactosa con la producción de ácido láctico, acompañado de la disminución del pH. Ciertos microorganismos también actúan sobre las proteínas produciendo la proteólisis y sobre las grasas produciendo lipólisis.

Cambios en el proceso. Evidentemente las operaciones tecnológicas a

que es sometida la leche producen cambios en la composición y propiedades de la leche, de acuerdo al producto que se quiere obtener, pero algunas veces se producen efectos indeseables tal es el caso de un flavor poco deseable que se produce ante un tratamiento térmico severo, debido a la desnaturalización de las proteínas.

Tratamientos térmicos a los cuales se somete la leche, dependiendo de la

temperatura y tiempo utilizado, producen cambios físicos, químicos y microbiológicos. Por ejemplo en el caso de:


La pasterización lenta, donde se somete la leche a una temperatura de 72 –740C durante 15 segundos, se destruye la mayoría de los microorganismos y se inactivan algunas enzimas, sin embargo no se efectúan cambios significativos en las propiedades de la leche. La pasterización alta donde se somete la leche a temperaturas de 900C, durante 15 segundos destruye todas las formas vegetativas de los microorganismos, parte de las proteínas del suero se desnaturalizan quedando sus grupos SH- disociados. La esterilización es un tratamiento todavía más severo donde se utiliza la temperatura de 1180C durante 20 minutos lográndose la destrucción de los microorganismos, incluyendo sus esporas, se inactivan las enzimas y se logra cambios químicos como las reacciones de pardeamiento y la producción de ácido fórmico. Para evitar estos efectos y lograr una mejor calidad de la leche tanto de índole microbiológica como de sus características físicas y químicas, se utiliza el tratamiento UHT (Ultra-High-Temperature), donde se somete la leche a una temperatura de 145oC durante uno o dos segundos con el propósito de esterilizar la leche, sin ocasionar mayores modificaciones químicas ni bioquímicas.

La centrifugación es una operación que se utiliza para el desnatado de la

leche, que se lleva a cabo en una desnatadora o centrifugadora de operación continua, para producir una leche con poca cantidad de grasa (0.05 –0.08%).

La homogenización, donde se somete la leche a altas presiones en un homogenizador, reduce de tamaño los glóbulos grasos de la leche. En general todos los productos lácteos son sometidos a la homogenización.

La evaporación de la leche se realiza para eliminar parte del agua y

obtener una leche más concentrada, con características diferentes a las de la leche fresca, con mayor cantidad de sólidos totales y un pH menor.

La fermentación mediante la cual se cultiva la leche con bacterias lácticas, ocasiona cambios significativos en la leche, debido a que la lactosa se convierte en ácido láctico, disminuyendo su pH y aumentando la viscosidad de la leche.

2.5 Las fases de la leche

La leche se considera como un medio homogéneo formado básicamente de tres partes o fases:


La emulsión del material graso en forma globular La suspensión de la caseína ligada a sales minerales La fase hídrica o solución como el medio general continuo

2.5.1 La emulsión de materia grasa Los lípidos de la leche, los fosfolípedos y otras sustancias insaponificables, se encuentran dispersos en forma globular en estado inestable. El grado de dispersión de la materia grasa forma una superficie que representa aproximadamente 80m2 en un litro de leche.

El tamaño de los glóbulos grasos varías entre 1.5 y 10 (1 = 0.001 mm), esta variación se debe a factores como la raza y la etapa de lactancia. Las leches obtenidas de vacas de raza Jersey y Guernsey contiene los glóbulos de mayor tamaño que las leches de la raza Holstein y Ayshire. Cuando más avanza la época de lactancia el tamaño de los glóbulos grasos disminuyen. Este hecho tiene gran importancia en la elaboración de productos grasos como la mantequilla, puesto que el tiempo de batido es mayor cuando los glóbulos grasos son de menor tamaño. El tamaño de los glóbulos grasos disminuye en la operación de homogenización hasta llegar a un tamaño de 0.002 mm produciéndose una emulsión más estable. La separación de la fase globular se debe a la diferencia de densidad que tienen los glóbulos grasos y la del líquido en que están emulsionados, siendo menor la densidad de los glóbulos grasos. Esta diferencia ocasionada por la fuerza de gravedad, hace que los glóbulos grasos asciendan y ocurra la separación de la crema. Esta fuerza es la que actúa en el descremado por la acción centrífuga. Para calcular la velocidad teórica en que asciende un glóbulo graso se utiliza la fórmula de Stokes: V = 2 r2 (dm – dl) g

9 Donde: v = velocidad de ascenso r = radio del glóbulo dm = densidad del medio dl = densidad de la grasa g = aceleración por la fuerza de gravedad


= viscosidad Con esta fórmula se puede calcular que un glóbulo graso de 5 micrones de diámetro ascenderá 2 mm aproximadamente en una hora. La aglutinación de los glóbulos grasos en racimos explica la diferencia entre la velocidad de descremado promedio calculada con la fórmula de Stokes y la velocidad real de separación de la crema. Las temperaturas entre 7 – 8oC ayudan al descremado espontáneo por causa de la aglutinación de los glóbulos grasos y temperaturas mayores de los 60 oC ocasionan problemas en la aglutinación porque modifica la proteína soluble, la aglutinina, que es la que produce la agregación de los glóbulos grasos. La acidez también influye en la aglutinación de los glóbulos grasos acelerándola al reducir las cargas eléctricas del glóbulo graso. Por lo anterior en el descremado se prefieren temperaturas entre32 – 35oC por ser la más adecuada para separar la grasa al ser mayor la diferencia entre el dm y dl y menor el coeficiente de viscosidad. La separación de la materia grasa de la crema mediante la operación de batido, en la elaboración de mantequilla, se debe a la incorporación de aire en microburbujas, que ocasionan el agrupamiento de los glóbulos grasos en la superficie de las burbujas, comprimiéndolos a medida que aumenta el batido. Es así como los granos de la mantequilla se separan del plasma o suero de la mantequilla produciéndose una inversión de la emulsión inicial “grasas en agua a “agua en grasa, específica de la mantequilla. Cuando la leche se encuentra sin los glóbulos grasos se forma el plasma lácteo que es un líquido donde se encuentra en emulsión los glóbulos de grasa. 2.5.2 La suspensión de la caseína Contiene el complejo de fosfocaseinato de calcio como partículas que se denominan “micelas” las cuales tienen un movimiento browniano. La dispersión de las micelas de caseína en la leche es bastante estable y resistente a operaciones de concentración, congelación, secado y reconstitución. Dicha estabilidad es de suma importancia en la industrialización de la leche. El complejo caseinato contiene el 8% de calcio y fósforo inorgánico, aproximadamente, además de otras sales como los citratos. Se cree que existe un equilibrio entre la caseína de la fase dispersa y de la fase hídrica, pero tanto este equilibrio como la estabilidad del complejo depende de las concentraciones de sales de las leches y del pH, observándose que las concentraciones mayores de Ca disminuye la solubilidad del complejo de caseinato y la reducción de Ca++


logra el efecto inverso. También se observa que la estabilidad es máxima a un Ph de 6.6 – 6.7 y mínima a un pH de 6.7 – 6.9- . La leche que está desprovista de glóbulos grasos y de micelas de caseína, se llama lactosuero y es la sustancia donde están dispersas las micelas. La proteína del suero se encuentra en forma molecular y en forma de agregados muy pequeños.

Se han encontrado tres clases de Caseína las caseínas Alfa ()y Beta() que son

sensibles al calcio y las caseínas Kappa (), insensibles al calcio. Las células que se encuentran en mayor cantidad en la leche son los leucocitos, representando el 0.01% del volumen de la leche procedente de vacas sanas. 2.5.3 La fase hídrica El agua de la leche se encuentra en forma libre y en forma ligada, en la primera actúa como disolvente y en la segunda nó, porque está atrapada por sustancias insolubles. El agua ligada por la caseína cambia por efecto de la temperatura, del pH y por la concentración de sales que la reducen considerablemente. El efecto de las caseínas es bastante significativo en las cuajadas descremadas o que provienen de leches pasterizadas, siendo difíciles de desuerar. Las cuajadas grasas retienen del 12 al 15% menos de agua. En el agua libre, la fase hídrica está formada por un grupo de sustancias disueltas en el agua entre las cuales se encuentra aproximadamente un 6% de proteínas, sales (fosfatos), cloruros, sulfatos y bicarbonatos de calcio, magnesio, sodio y

potasio y lactosa. En la fase hídrica se presenta en mayor proporción las -

lactoglobulinas y las - lactoalbúminas junto a otras proteínas menores y enzimas. Las sales presentes están en equilibrio entre la fase coloidal y la solución, excepto con los cloruros y sulfatos. El calcio, magnesio, sodio y potasio están combinados con los grupos aniónicos de la caseína.

3. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICA DE LOS COMPONENTES DE LA

LECHE

3.1 Lípidos Se clasifican en sustancias saponificables y no saponificables. Las sustancias saponificables comprenden principalmente los triglicéridos y los fosfolípedos. Las sustancias insaponificables comprenden las vitaminas y carotenoides. Su proporción en la leche se presenta en la siguiente tabla:


Tabla 2.Composición de lípidos saponificables y no saponificables en la leche.

Lípidos

Porcentaje del total

Saponificables Triglicéridos Diglicéridos Monoglicéridos Glicéridos de los ácidos cetónicos Acidos grasos libres Esteroles fosfolípedos

97.0 –98.0 0.25-0.48

0.016-0.038 0.85-1.28 0.10-0.44 0.22-041 0.20-1.0

Insaponificables Vitaminas A – D- E- K Carotenoides

0.0007-0.0009

Fuente. FAO. Manual de composición y propiedades de la leche.2000 Triglicéridos. Los ácidos grasos de la leche al combinarse con un alcohol

(glicerol) forman los triglicéridos su mezcla conforman la grasa de la leche. A manera de ejemplo un triglicérido puede estar formado por el glicerol combinado con el ácido butírico – oleico y estéárico (ver figura 2) Los triglicéridos constituyen cerca del 98% del contenido de los lípidos de la leche y por lo tanto son los responsables de las características de la grasa láctea. Estas características varían según la composición de los ácidos grasos. Existen un número grande de triglicéridos en la leche de acuerdo a las diferentes combinaciones de los grasos ácidos grasos que puedan ocurrir.

El ácido graso más abundante es el oleico que al combinarse con el linoléico y los ácidos grasos de cadena más corta como el butírico y el caproico, influyen en el bajo punto de fusión de la leche. Los ácidos grasos de la leche al combinarse con un alcohol (glicerol) forman los triglicéridos su mezcla conforman la grasa de la leche


Glicerol Butírico Esteárico Oleico Figura 2. Molécula de un triglicérido. Tomada de Charles Alais. 2000 Los ésteres de los ácidos grasos, pueden descomponerse por hidrólisis, en ácidos grasos y en glicerol, esta hidrólisis puede ser causada por la lipasa produciéndose el enranciamiento de la materia grasa. Esta enzima puede ser inactivada durante la pasterización de la leche, pero cuando la lipasa es originada por bacterias psicotrópicas, puede ocurrir la rancidez en la leche así esté pasterizada, ya que dichas bacterias son resistentes a los tratamientos térmicos. Por otra parte la rancidez de la leche depende de otros factores como la alimentación del animal, ya que una mala dieta alimenticia potencia el deterioro de la leche por rancidez. En el caso de los quesos la lipólisis es un proceso normal debido a las lipasas de microorganismos como las bacterias y hongos que actúan en el proceso, aumentando el contenido de ácidos grasos libres de la leche alrededor de un 0.25 a 6%, tal es el caso de los quesos tipo Camembert y Roquefort. Teniendo en cuenta el porcentaje de los ácidos grasos que se encuentran en la leche se puede determinar a través de un análisis de éstos si el producto ha sido adulterado, para lo cual se tienen como referencia los valores de las siguientes variables: Punto de fusión 29 –32oC Punto de solidificación 19 - 23 oC Índice de refracción 40.5 - 46 (en 40 oC) Índice de yodo 26 – 40. Como ya se mencionó anteriormente la composición de la materia grasa de la leche depende de factores como la alimentación, el estado de lactancia, entre

H2 - C – O

H2 – C - O

H2 – C - O

0

C-(CH2)2—CH3

O

C –(CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 - CH3 3CH

O

C – (CH2)16 – CH3


otros y está asociado a la variación en el punto de fusión de la grasa. En la tabla 2 se presentan algunas de las características de la materia grasa de las leches de diferentes especies comparada con la de otras grasa comunes. Fosfolípedos o fosfátidos. Los fosfolípedos, son grasas que contienen fósforo y aminas y son los lípidos compuestos más abundantes en la leche. La mayoría presentan dos grupos cargados, uno ácido y otro básico por lo tanto son bastante polares y por ende, hidrófilos, es decir que tienen la capacidad de absorber agua y como consecuencia de ello hincharse, sin embargo no son totalmente solubles. Por ser agentes altamente emulsionantes, influyen en la estabilidad de la materia grasa. Son bastante tensoactivos y se asocian con las proteínas para formar las lipoproteínas, las cuales algunas se encuentran en la membranas de los glóbulos grasos y otras se encuentran en el plasma de la leche formando “los microsomas de la leche”. En el batido de la crema para producir la mantequilla gran parte de los fosfolípedos se quedan en el suero proporcionándole un sabor fuerte característico. Los fosfolípedos de la leche están constituidos por: lecitina en un 30%; cefalina en un 45%; y esfingomielina en un 25%. Los ácidos grasos insaturados de la lecitina y la materia grasa al oxidarse forman la trimetilamina N (CH3) que le imparte un aroma a pescado. Este es uno de los defectos que se presentan especialmente en la mantequilla y en la leche en polvo. Membrana del glóbulo graso Como ya se había explicado anteriormente los glóbulos grasos se encuentran envueltos en una capa proteica en donde se encuentran diferentes sustancias entre las cuales están los fosfolípedos y proteínas, dando lugar a diferentes reacciones químicas vivas. (Ver figura 3 membranas del glóbulo graso. Pág.3.3 FAO)


Figura.3 Membrana del glóbulo graso. FAO. 2003 La membrana del glóbulo graso se destruye parcialmente por diferentes tratamientos que se realizan en la leche, por ejemplo, en la homogenización, ocurre con mayor frecuencia la oxidación, produciendo un sabor metálico y la hidrólisis, que le imparte un olor a rancio. Así mismo, ciertos tratamientos como la incorporación de aire en el bombeo, la agitación, la formación de espuma y variaciones de temperatura durante el almacenamiento de la leche cruda, pueden producir la rancidez hidrolítica debido a la alteración de la lipasa que se encuentra en la membrana. Mediante la pasterización alta de la crema (82 –92oC) se desnaturaliza parcialmente las proteínas de la membrana, liberando las proteínas que contienen cobre, contribuyendo de esta manera a mejorar las condiciones de almacenamiento de la mantequilla producida. 3.2 Proteínas Las sustancias nitrogenadas de la leche se pueden clasificar den tres grupos: caseínas o sustancias que forman el queso propiamente, las llamadas proteínas del suero, y las sustancias nitrogenadas no proteicas. El grupo de las caseínas conforman del 78 al 80% de las proteínas de la leche. Las proteínas del suero que contienen fracciones de globulina y albúmina no pueden obtenerse en forma de queso sino como su nombre lo indican se encuentra en el suero y constituyen el otro 20% del contenido de la leche. Las proteínas están constituidos por cadenas de aminoácidos o más

concretamente por los ácidos L - - amino carboxílicos. A partir de un número de aminoácidos se forma una cadena peptídica linear, que si es corta, se llama péptido y si es larga se denomina poli péptido, la unión de los polipéptidos forman

Grasa

Triglicéridos

Lipoproteína Seudocreatina

Fosfolípidos

Lipoproteínas diferentes Glicoproteínas

Fosfolípidos

Enzimas

Plasma de la leche Fosfolípidos

Aglutininas

Proteínas diferentes


las proteínas. La mayoría de la proteína contiene por lo menos 100 radicales de aminoácidos. Existen 20 aminoácidos diferentes y por lo tanto 20 tipos diferentes de cadenas laterales, además los grupos de estas cadenas. Pueden presentar diferentes modificaciones a continuación se presenta la estructura de un aminoácido y la de una cadena peptídica.


Fig.4 Acido L - - amino Fig 5. Cadena peptídica Carboxílico NH2

R1 H Rn R-----C------CO2H NH2 ----C –CO--NH—C—CO……..NH—C--COOH H R2

H

Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000. Estructura de las proteínas Las proteína de la leche tienen una estructura definida pero cuando la leche es sometida a diferentes tratamientos esta estructura puede cambiar. La estructura primaria está conformada por el ordenamiento de la cadena peptídica y su estabilidad se debe al enlace peptídico o de covalencia entre los aminoácidos de la cadena. La estructura secundaria o espacial constituye las cadenas de aminoácidos que se unen formando una especie de hélice, su estabilidad se debe en parte a las uniones con los átomos de hidrógeno. La estructura terciaria está conformada por varias cadenas replegadas sobre sí mismas. Su estabilidad se debe a los puentes de bisulfuro existentes entre los aminoácidos sulfurados como la cistina y las fuerzas hidrofóbicas. La estructura cuaternaria es una unión muy frágil de monómeros o pequeñas unidades moleculares, con enlaces poco energéticos. La desnaturalización de las proteínas se debe a una modificación limitada de la estructura secundaria y terciaria de las proteínas, sin rompimiento de sus enlaces covalentes, ni separación de fragmentos lo que hace que se reagrupen las cadenas dando lugar a una estructuración diferente de la proteína. Un ejemplo de este se puede observar en la desnaturalización o inactivación de las enzimas por efecto del calor y la separación o precipitación de las proteínas del suero. Ver esquema de una proteína nativa y una desnaturalizada.


Fig. 6. Proteína nativa Figura 7. Proteína Desnaturalizada

Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000. .

La caseína. Este componente proteico está conformado por diferentes clases o tipos de caseína que se denominan con letras griegas, las más importantes

son las caseínas , , y , así como la caseína Kappa. Las caseínas , , y , reaccionan con el calcio formando compuestos que precipitan produciéndose la coagulación de la leche, pero como la leche en forma natural contiene calcio, ocurriría en cualquier momento la coagulación, sin embargo para que esta precipitación no suceda la caseína K que es insensible al calcio, forma un

especie de revestimiento protector en torno de las caseínas , , y , e impiden que reaccionen con el calcio, manteniendo de esta manera la estabilidad de la proteína de la leche.

Estructura de la caseína. Las caseínas , , y , ocupan el centro de una formación esferoidal, cuyo exterior está formado por la capa protectora de la caseína K, que tiene una parte hidrófila ( que atrae y fija el agua) cargada negativamente llamado “glucomacropéptido”, orientado hacia fuera. Debido a ello las micelas de la caseína están en condiciones normales rodeadas por una capa de agua que se constituye en una capa protectora. Dicha capa de agua y la parte negativa de la caseína K son las responsables de la fina distribución de la caseína en la leche. Por estar todas las micelas de las caseínas rodeadas de cargas negativas y repelerse entre sí, la caseína, es decir la proteína está permanentemente en suspensión. Fig.8. Micela intacta de caseína rodeada de calcio.

Ca Ca Ca

Ca Ca K

Ca Ca


FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2003 Estabilidad de las proteínas El sistema coloidal de las proteínas de la leche se debe a dos grandes fuerzas que son: las cargas eléctricas y el agua de hidratación. La principal fuerza de estabilidad de la caseína se debe a las cargas eléctricas del radical ácido COO- y básico (NH3) de los aminoácidos. Los cuales ayudan a mantener separadas las micelas de la caseína. En el pH normal de la leche las cargas negativas del aminoácido son las que predominan.

H

CH3 -- C -- (C-- H2) n --- COO-

+NH3

Las propiedades anfóteras de los aminoácidos H+ OH-

R-CH –COOH R—CH---COO- R –CH—COO- +H2 O NH3

+ NH3+ NH2

pH más ácido que el punto Isoeléctrico pH 4.6 pH: 6.6 – 6.7 La caseína como sustancia coloidal asociada a un complejo de calcio y fósforo se coagula por acción de los ácidos, el cuajo o el alcohol. Cuando la leche se acidifica ocurre la disminución de las cargas eléctricas y del agua de hidratación, reduciendo así mismo la capacidad de las micelas de caseína para separarse y es cuando la leche se coagula. La caseína puede ser coagulada por acción del ácido cuando se baja a un pH de 4.6 a 4.7. Cuando la leche ha sufrido previamente, alguna acidificación puede ser coagulada por acción del alcohol que en este caso actúa como deshidratante. Es en este fenómeno, que se basa la prueba de estabilidad de la leche. Al precipitar la caseína por acción del


ácido se ocasiona su desmineralización y entonces el calcio coloidal migra hacia la solución. Produciéndose las siguientes reacciones: Caseinato de calcio + 2 Ac. Láctico Caseína + lactato de calcio (Insoluble) (Soluble) Fosfato tricálcico + 2 Ac. Láctico Lactato de calcio + fosfato monocálcico (Coloidal) (Soluble) (Soluble) La lactoalbúmina y lactoglobulina permanecen en solución frente a la acción del ácido y del cuajo debido a una fuerza estabilizadora que se debe al agua de hidratación, sin embargo, cuando se le agrega alcohol o se somete al calor, estas proteínas coagulan debido a su acción deshidratante. A ello se debe que estas dos proteínas se encuentren en el suero de las leches obtenido después de su coagulación. La caseína coagula por acción del calor a una temperaturas de 130 a 138oC, ligeramente acidificada pero, la lactoglobulina coagula a temperaturas alrededor de 72oC. Coagulación por cuajo La coagulación de la caseína por acción del cuajo se debe a una reacción proteolítica parcial donde la caseína actúa como sustrato de la enzima separando la llamada “proteasa de Hammarsten” que constituye cerca del 6% de la caseína. Dicha reacción se puede representar así: Fosfocaseinato de Ca +cuajo Fosfoparacaseinato de Ca + Proteasa (soluble) (Insoluble, cuajada) (soluble) La coagulación de la leche por el cuajo es una acción bastante compleja donde ocurren los siguientes fenómenos:

Hidrólisis enzimática parcial de la Kappa caseína, esta ocurre entre los aminoácidos fenil alanina y metionina. Esta reacción puede ocurrir también a bajas temperaturas.

Modificación de las micelas y su posible degradación por acción del fosfato

de calcio.

Enlace de micelas y formación del coágulo o fase secundaria bajo temperaturas de 20oC o más. La cantidad de calcio iónico que se requiere para la coagulación es inversamente proporcional a la de fosfato cálcico.


Sinéresis del coágulo por retracción del retículo e inicio de la separación del

suero.

Proteólisis lenta de los componentes de la caseína o fase terciaria. La acción del cuajo depende principalmente de la temperatura y del pH. El tiempo de coagulación se prolonga a temperaturas de 20oC y es menor a temperaturas entre 40 - 42 oC. A pH superiores de 7.5 la coagulación no ocurre pero a medida que desciende del pH 6.7 normal el tiempo de coagulación se acorta. El cuajo es un preparado de una enzima que contiene micro factores proteolíticos, que en condiciones adecuadas producen la coagulación de la caseína K (Kappa) de la leche. El cuajo o la enzima más antiguo, es la quimosina que se utiliza en la fabricación del queso y es obtenida de los terneros lactantes por lo que se conoce con el nombre de “cuajo de ternero” en capítulos posteriores, sobre la elaboración del queso, se tratará más ampliamente este tema. 3.3 Carbohidratos El carbohidrato principal de la leche es la lactosa, éste es un glúcido neutro, cuya fórmula general es (CH2O)n. También se pueden encontrar además de la lactosa otros glúcidos como los nitrogenados entre los cuales se encuentran la glucosamina N – acetilada, que se encuentra ligada a los glúcidos neutros y los glúcidos ácidos como el ácido siálico, ligado a los glúcidos neutros o nitrogenados. La lactosa Representa el 97.5% de los glúcidos de la leche. Es un disacárido formado por glucosa y galactosa. Se encuentra totalmente en solución en la fase acuosa de la leches. C12 H22 O11 + H2 O C6 H12 O6 + C6 H12 O6

Lactosa Glucosa Galactosa

El poder reductor de la lactosa se debe a la presencia de un grupo aldehido libre en la mitad de la glucosa. La lactosa reduce el reactivo de Fehling, lo cual es una de las reacciones que permite la identificación de la lactosa. Hidrólisis y fermentación de la lactosa. La lactosa por acción de un enzima, la lactasa, que puede encontrarse en el intestino o producirla una bacteria, actúa sobre la lactosa desdoblándola en galactosa y glucosa, estas por acción de


bacterias lácticas (Streptococcus, lactobacillus y leuconostoc) es fermentada produciendo ácido láctico principalmente. C12 H22 O11. H2 O 4 C H 3 CHOH -COOH En la fermentación de la lactosa, además del ácido láctico se producen algunos compuestos aromáticos y volátiles como el acetil – metil carbinol y el diacetilo; el ácido láctico a su vez puede ser transformado por algunas bacterias como: el Propiobacterium Shermanii (en queso Gruyere) a ácido propiónico, ácido acético y CO2. 3 C H 3-- CHOH – COOH 2C H3 - CH2 - COOH + CH3 –COOH + H2 O + CO2 Las sustancias volátiles que se producen en la fermentación le imparte el olor agrio a la leche. El ácido láctico puede también transformarse en ácido butírico por acción de las bacterias anaerobias esporuladas (Clostridium butyricum) que causa la hinchazón tardía del queso. 2 CH2 -CHOH –COOH C H3 - CH2 - CH2 - COOH + 2 CO2 + 2 H2 O. Solubilidad de la lactosa. Es poco soluble en agua, su máxima solubilidad es de 16.9 gramos en 100 gramos de agua a 15oC. Uno de los defectos de arenosidad en las leches azucaradas y en helados se debe a que la cantidad de la lactosa sobrepasa en nivel de saturación, formándose los cristales que se detectan al paladar. En la leche una concentración de volumen mayor de 3:1 producirá la cristalización espontánea de la lactosa. Existen dos formas químicas de la lactosa: la Alfa lactosa (37%) y la Beta lactosa (63%), la cristalización ocurre cuando se sobrepasa en contenido de la Beta lactosa, transformándose la diferencia en alfa lactosa que es la que se cristaliza propiamente. Pardeamiento. El calor afecta a la lactosa a temperatura por encima de 110 oC, Ocurriendo la pérdida de agua de la Alfa lactosa para transformarse en una lactosa anhidra. A temperaturas superiores a los 130 oC se produce la caramelización, al combinarse con los compuestos nitrogenados de la leche, este fenómeno de conoce con el nombre de “Reacción de Maillard” que se produce


principalmente en las leches esterilizadas y en los dulces de leche. En esta reacción ocurre la destrucción de aminoácidos como la lisina y la histidina. Dulzor de la lactosa. La lactosa tiene un poder edulcorante menor que la sacarosa, mientras que el de la sacarosa es de 100 el de la lactosa es de 15, siendo una ventaja muy grande para la elaboración de leches concentradas con sabor moderadamente dulce. Refractometría. Una propiedad física de la lactosa es su índice de refracción cuyo valor medido en el suero de la leche varía proporcionalmente a la concentración de la lactosa. Esta propiedad permite determinar el aguado de la leche. De acuerdo a la lectura del refractómetro se puede determinar el porcentaje de lactosa en el suero de la leche y si este porcentaje resulta menor al normal, entonces se puede detectar el fraude por aguado. 4. Sales, minerales, vitaminas y enzimas 4.1 Sales. Las sales de la leche se encuentran en dispersión iónica en una proporción entre 0.6 - 1.0%... las que se encuentran en mayor cantidad son: Fosfato de potasio, calcio y magnesio................ 0.33% Cloruros de sodio y potasio................................. 0.20% Citrato de sodio, potasio, calcio y magnesio........ 0.32% Sulfato de potasio y sodio..................................... 0.018% Carbonatos de potasio y sodio...............................0.025% Entre los minerales que contiene la leche unos están en mayor cantidad y representan los constituyentes mayores entre los cuales están: calcio, fósforo, potasio cloro y sodio que tienen una gran importancia nutricional y a nivel industrial. Los minerales que se encuentran en menor cantidad o constituyentes menores son: zinc, cobre, hierro, yodo y manganeso, estos aunque están en menor cantidad son también importantes en la dieta alimenticia y algunos como el cobre y el zinc actúan como catalizadores en la reacciones de oxidación de las grasas. Los minerales se encuentran en la leche en una proporción entre 0.6 – 0.8% del peso de la leche. Estos se pueden determinar mediante las cenizas obtenidas de la incineración de la leche a temperaturas muy altas. Sin embargo los compuestos obtenidos después de la incineración sufren una reacción de oxidación que hace que cambien su forma química natural, lo que se demuestra, reacción alcalina de las cenizas y en la reacción ácida de la leche. Otro ejemplo es que el fósforo en la


leche se encuentra en formas de fosfatos, o fosfolípedos como el de la lecitina y el de la ceniza está en forma de anhídrido fosfórico (P2O5). Los minerales que se encuentran en mayor cantidad en las cenizas son: K2 O................................... 25.02% P2 O5..................................................... 24.30% CaO......................................20.00% Cl..........................................14.30% Na2O................................... 10.00% El contenido de calcio es necesario para la coagulación de la leche con el cuajo, reacción que ocurre en la elaboración del queso. 4.2 Vitaminas. La leche contiene todas las vitaminas importantes para la vida, cada una en mayor o menor cantidad. Estas vitaminas se clasifican en: Liposolubles como: A............................................. (100 - 500 mg/lt) Provitamina D3....................... (1mg/lt) E.............................................. (500 - 1000 mg/lt) K.............................................. (Trazas) Hidrosolubles: B1………................................................................... (400 - 1000mg/lt) B2……………………………………. (800 - 300 mg/lt) B12……… ……………………… (Trazas) C…….. ………………………… (10 - 20 mg/lt) Las vitaminas de la leche tienen la tendencia a destruirse debido a diferentes factores entre los cuales los más importantes son: los tratamientos térmicos, la acción de la luz, las oxidaciones entre otros. Las vitaminas como la Vitamina C, A, procarotenos, y E o tocoferol tienen un gran poder antioxidante y por lo tanto es utilizado en la industria como agentes antioxidantes de la grasa de la leche. 4.3 Las Enzimas.


Las enzimas son sustancias orgánicas, complejas de naturaleza proteica y que actúan como iniciadoras de reacciones químicas permaneciendo intactas después de producir las reacciones. Entre las enzimas existentes en la leche se encuentran:

Las hidrolasas: lipasa, fosfatasa, amilasa y lactasa Las oxidoreductasas: peroxidasa y catalasa.

La acción de cada una de las enzimas es específica y actúan a un pH y una temperatura óptima. Lipasas Esta enzima produce la hidrólisis de la grasa descomponiendo los glicéridos en glicerol y ácidos grasos. La liberación del ácido butírico es una de las causas del sabor rancio en la leche La lipasa nativa de la leche es termosensible y se inactiva con la pasterización lenta a bajas temperaturas, pero la lipasa que producen las bacterias como las Pseudomonas, Alcalígenes y Bacillus, principalmente, son termorresistentes y solo se inactivarán sometiendo la leche a altas temperaturas, tal es el caso de la alta pasterización. Las lipasas están ligadas fuertemente a la caseína de la leche y se puede extraer de la cuajada formada por el cuajo, tratándola con soluciones tampones. Fosfatasas La leche dos enzimas que hidrolizan los ésteres fosfóricos, la fosfatasa alcalina cuyo máxima actividad es a un pH de 8 y las fosfatasa ácida cuya actividad máxima es a un pH de 4. La fosfatasa alcalina es la de mayor importancia por su sensibilidad al calor. Esta es una metaloproteína que contiene en su molécula Zinc (Zn) y esta ligada a la materia grasa. La resistencia al calor de esta enzima es un poco superior a la de las bacterias patógenas que pueden existir en la leche por lo que se usa en la industria para el control de la pasterización de la leche, así sea la pasterización alta o lenta. Cuando la Fosfatasa se destruye lo hacen también las bacterias patógenas. La prueba fosfatasa consiste en valorar colorimétricamente el fenol que se libera del fenilfosfato - disódico por la acción de la enzima. C 6H5 –O–PO3Na2 + H2O = C6 H5 OH + PO4 Na2 H


Amilasa La acción principal de esta enzima es la sacarificación del almidón cuya reacción se puede identificar con la prueba del yodo. 100 ml de leche normal a 25oC hidrolizan 22.5 g de almidón soluble. Si se calienta a 60 oC por 1 hora o a 65 oC por 30 minutos la enzima se destruye. Lacto – peroxidasa Fue la primera enzima que se descubrió en la leche, su contenido en la leche representa un 0.2% del total de contenido proteico. Es una proteína hémica por contener en su molécula un átomo de hierro. Es bastante resistente al calor pues solo se destruye sometiéndola a 70oC por 30 minutos o a 80 oC por 30 segundos. Es una enzima de oxidación indirecta, porque libera el oxígeno atómico de los peróxidos como el agua oxigenada (H2O2). Catalasa Esta enzima reacciona con el peróxido de hidrógeno liberando agua y oxígeno molecular. Debido a que los leucocitos producen catalasa se utiliza para detectar el origen de leches mastíticas ya que el volumen de oxígeno producido es proporcional a la cantidad de leucocitos en la leche. Se encuentran tablas que relacionan ambos factores. Sin embargo esta prueba no se puede utilizar en leches muy contaminadas porque los resultados podrían confundirse con el efecto producido por la catalasa de las bacterias. Así mismo la cantidad de catalasa varía según la raza, la alimentación y el momento de ordeño de la vaca, por lo que el uso de esta prueba ha disminuido apreciablemente. 5. Efectos de los tratamientos térmicos en la leche El calentamiento es el tratamiento más importante al que se somete la leche y los productos lácteos, las variables principales son tiempo y temperatura, y se cambian de acuerdo a diferentes propósitos tales como: Mejorar la calidad higiénica de la leche y su conservación debido a la dest5rucción de bacterias y enzimas a partir da la esterilización y pasterización de la leche, de la crema, mezcla de helados, entre otros. Eliminar el agua por concentración o desecación de la leche del lactosuero, entre otros, obteniéndose productos con alta capacidad de conservación. En los diferentes procesos tecnológicos, por ejemplo en la obtención de la cuajada a temperaturas moderadas, para la fabricación de quesos de “pasta dura”, fusión del queso con sales, preparación del aceite de mantequilla, modificaciones


de las propiedades físicas (viscosidad y color) de las leches concentradas, entre otros. Sin embargo debido a la gran complejidad química y física de la leche los tratamientos térmicos también ocasionará otras modificaciones que producen efectos desfavorables, que se deben conocer previamente antes de iniciar cualquier tratamiento térmico, para tomar las precauciones del caso. Cambios en sus componentes termolábiles: Cuando la leche es sometida a diferentes temperaturas sus componentes termolábiles como las proteínas y el estado fisicoquímico de sus sales sufren cambios de acuerdo a la intensidad de los tratamientos térmicos, afectando su estabilidad, pH, poder de oxidorredución, características organolépticas y nutritivas. Efectos sobre las proteínas. Cuando la leche se somete a una temperatura máxima de 85o C por 30 minutos, las proteínas se deshidratan, efecto que es favorable para la producción de las leches en polvo descremado en la medida que aumenta su conservación de almacenamiento y en las leches descremadas y azucaradas aumenta su viscosidad. A temperaturas de 75 o C, por 30 minutos se producen efectos negativos sobre el tiempo de coagulación por cuajo, efecto, que va acompañado de un sabor desagradable a cocido, al producir la precitación de proteínas solubles de la caseína perjudicando su acción; paralelamente, se produce la reducción del calcio y fosfatos solubles y aumento de la acidez por descomposición de la caseína (50%) y desfosforilización de la lactosa (30%) y alteración del equilibrio de los fosfatos (20%) , también se disminuye su potencial de oxido reducción y se aumenta la hidratación de las proteínas. El aumento de acidez como consecuencia del tratamiento térmico, da lugar a la aparición de un color café debido principalmente a pigmentos de melanoidinas, como resultado de las reacciones de Maillard entre el grupo aldehído de la lactosa y las proteínas. A continuación se presenta un cuadro donde se resume los principales efectos del calentamiento sobre los componentes de la leche y sus consecuencias.


Tabla 3: Efectos del calentamiento sobre los componentes de la leche. SUSTANCIAS MODIFICADAS MODIFICACIONES PRINCIPALES

CONSECUENCIAS

Lactosa Descomposición con formación de Ácidos grasos

Crecimiento de las bacterias lácticas. Disminución del pH. Caramelización.

Lactosa + proteínas Reacción entre los grupos aldehídicos y aminados (reacción de Maillard)

Reducción del valor nutritivo de las proteínas, especialmente la Lisina. Formación de compuestos reductores y descenso del potencial Redox, dificultando la oxidación de las grasas. Oscurecimiento.

Proteínas solubles (Beta lactoglobulina)

Aparición de grupos SH y de compuestos sulfurados libres. Desnaturalización e Inactivación de aglutininas.

Sabor a “cocido” Floculación o coagulación Se dificulta la formación de la crema.

Proteínas solubles y caseína Formación de amoníaco. Formación de complejos de caseína K y Beta –lactoglobulina.

Alteración del sabor, formándose la llamada “capa de la leche” Estabilización por precalentamiento.

Caseína Degradación de la molécula (desfosforilización y ruptura de los enlaces peptídicos) y modificación del estado micelar de la leche.

Floculación de las suspensiones de caseína a alta temperatura. Floculación y gelificación de la leche.

Materias minerales Desplazamiento del equilibrio Ca/P soluble Ca/P insoluble. Modificación de la capa superficial de las micelas.

La estabilización por precalentamiento. Insolubilización de las sales de calcio y descenso del pH. Retraso en la coagulación por cuajo. Efectos en la estabilización de las micelas.

Materia grasa Formación de lactonas por los ácidos monoenos de cadena corta.

Sabor desagradable en las leches concentradas y en polvo.

Vitaminas Destrucción de las vitaminas B1 y C

Reducción del valor nutritivo.

Enzimas Inactivación a temperaturas entre 60 – 100

oC

Inactivación enzimática particularmente de la lipasa y proteasa. Control de la pasterización.

Gases Pérdida de CO2 Ligero aumento del pH.

Fuente: FAO. 1981


6. MICROBIOLOGÍA Y CALIDAD DE LA LECHE Debido a su composición y a sus propiedades físicas la leche es una fuente rica en nutrientes y en energía tanto paro los mamíferos como para gran cantidad de microorganismos, que encuentran las condiciones óptimas para crecer en un medio como la leche. Estos microorganismos son fundamentalmente las bacterias pero también pueden desarrollarse algunos mohos y levaduras. 6.1 Principales grupos de bacterias que se encuentran en la leche. Se pueden distinguir dos grandes categorías de bacterias de acuerdo al método de coloración de Gram, las bacterias Gram + que se caracterizan por necesitar más componentes nutritivos y una mayor sensibilidad a los agentes bactericidas. Bacterias Gram +

Bacterias lácticas: son las que fermentan la lactosa, produciendo una cantidad elevada de ácido láctico, pertenece a la familia de las Lactobacteriaceae .

Micrococos. Son bacterias generalmente aerobias que no fermentan la

glucosa sino que la degradan de forma oxidante, reduciendo ligeramente el pH . Estos no son patógenos, porque están desprovistos de coagulasa y hemolisisna dos factores importantes de infección.. Constituyen la flora inocua que contamina la leche principalmente después del ordeño, debido a que su crecimiento óptimo es a temperaturas alrededor de los 37oC por lo cual no representa problemas con respecto a la conservación y tratamiento de la leche.

Estafilococos

Son anaerobios facultativos, y reaccionan con la glucosa, fermentándola y produciendo una reducción del pH de la leche entre 4.3 – 4.5. las bacterias más importante pertenece al género del Staphylococcus aureos o estafilococcus dorado, que comprende al grupo de las bacterias que poseen coagulasa y algunas hemolisina. Estas bacterias permiten determinar la calidad higiénica de la leche.

Bacterias esporuladas (Bacillaceae).

Se llaman así porque forman una endospora que tiene la propiedad de resistir temperaturas por encima de 100oC, a diferencia de las otras bacterias, que se


destruyen por debajo de 80 oC. Por lo tanto es un factor importante en los procesos tecnológicos, que conducen a la obtención de productos sin adición agentes químicos conservantes, y que pueden ser medios aptos para la contaminación de este tipo de bacterias, por lo cual que se deben manejar la temperatura apropiada para su conservación. La mayoría de estas bacterias son mesófilas, o sea que su crecimiento óptimo ocurre a una temperatura de 30 oC. y se inhibe a temperaturas mayores de 45 oC, pero otras son termófilas o sea que su desarrollo óptimo es a una temperatura mayor de 60 oC. Algo muy importante que caracteriza a este tipo de bacterias es que no crecen en medios que no sufren calentamiento, como el caso de la leche cruda y de algunos productos lácteos, pro si pueden alterar productos que no han tenido el tratamiento térmico adecuado, tal es el caso de las leches pasterizadas o esterilizadas, quesos fundidos, quesos de pasta cocida, leches concentradas, entre otros. Entre este tipo de bacterias se encuentran: el Bacillus que es una bacteria esporulada aerobia y cuya actividad enzimática ocasiona la acidificación, coagulación y proteólisis. El Clostridium, que es anaerobia (que se desarrolla en medios sin oxígeno), peligrosa por su producción de gas y de algunas toxinas que causan el deterioro del alimento, ocasionando daño al consumidor especialmente el Clostridium Perfringes. Existen otras bacterias Gram + como las del género del Corynebacterium, que no revisten especial importancia por sus actividades debido a que su crecimiento óptimo es a una temperatura de 37 oC. Estas bacterias se encuentran en la leche fresca. Otras bacterias como las propiónicas que se desarrollan en los quesos madurados de pasta dura y otras como las del género del Brevibacterium, que crecen en materias de animales o vegetales en descomposición. Estas no fermentan la lactosa. Bacterias Gram –

Entrobacterias

Existe una gran cantidad de bacterias que pertenecen a esta la familia de las Enteobacteriaceae que da lugar a infinidad de grupos, que no son tema de este estudio. La mayoría se encuentran en el intestino de los mamíferos y su presencia en el agua o la leche puede ser origen fecal. Las especies más comunes en los productos lácteos son las que fermentan la lactosa. Estas bacterias son menos abundantes que las otras bacterias Gram +


pero su importancia se analiza desde dos aspectos: el higiénico que radica en que la mayoría son causantes de enfermedades infecciosas que pueden llegar a ser epidémicas, tal es el caso de las salmonelas que contaminan los productos lácteos. El tecnológico debido a que la acción bioquímica de las enterobacterias es la fermentación de los azúcares con formación de gas carbónico y ácido. Entre las enterobacterias de mayor importancia están:

Escherichia Coli que es productora de Indol, de gas y ácidos orgánicos como el láctico, acético succínico, entre otros y reduce los nitritos a nitratos. Se diferencia de otras bacterias lácticas en que es su acción es menos acidificante.

Cloaca, o enterobacter. Entre esta se encuentra el C.aerogenes, gran

productor de gas en los productos lácteos originando un débil acidificación, estas no son patógenas pero algunas cepas se consideran sospechosas.

Además de las coliformes se encuentran en la leche enterobacterias que no fermentas las lactosa y que son especies inocuas como la Serratia y Proteus que son proteolíticas sin embargo se pueden encontrar algunas bastantes peligrosas como la salmonellas (bacilo tífico) y menos común la Shigella (bacilo disentérico)

Achromobacteriaceae. Comprende las bacterias saprofitas en su mayoría aerobias que no fermentan los azúcares, no coagulan la leche, aunque se vuelve alcalina. Su importancia radica en que forman parte importante de la microflora sicrófila que crece en la leche conservada a bajas temperaturas.

Otras bacterias Gram – como:

Las Pseudomonas que contaminan a la leche por adición de aguas sin tratamiento o impotables son también psicrófilas y nocivas por su acción proteolítica y lipolítica.

La Brucella que es una bacteria patógena para el hombre y los animales y

es causante de la enfermedad de “brucelosis”.


6.2 Levaduras y mohos en los productos lácteos.

Levaduras. Las que se encuentran en la leche cruda son del género Cándida llamada también Torula lactosa y t. Cremoris, son levaduras no esporulante que producen gas y poca cantidad de alcohol, en condiciones normales no se encuentran en la leche pero cuando la contaminan son causa de la “leche espumosa” En la leche también se pueden encontrar otras levaduras esporulantes como la Sacharomyces Fragilis y S. Lactis que fermentan la lactosa con producción de alcohol por ejemplo en el Kefir, leche fermentada oriental . En general las levaduras pueden contaminar diferentes productos lácteos principalmente cremas de granja, cuajadas frescas de quesería caseras que pueden ocasionar alteraciones como las fermentaciones gaseosas y sabores indeseables. Algunas levaduras pueden estar presentes en los quesos de corteza húmeda ocasionando la apariencia pegajosa de los mismos.

Mohos Realmente no se presentan en la leche cruda y en algunos productos lácteos solo atacan la parte superficial que está en contacto con el aire. Pero sí tiene importancia a nivel industrial, y entre los mas importantes están:

Penicillium, como el P. Candidum que se encuentra en los quesos de corteza blanca como el camembert y el P. glaucum var. Roqueforti en los quesos azules.

Geotrichum candidum, que invade las cuajadas frescas. Pero la sal se retarda su desarrollo. Tanto las levaduras como los mohos se destruyen con la pasterización.