LA CASEINA Y EL RENDIMIENTO DEL QUESO. Ing. Quím. Daniela Escobar

Transcripción

1 LA CASEINA Y EL RENDIMIENTO DEL QUESO Ing. Quím. Daniela Escobar

2 Leche Alimento base para la humanidad de importancia por su valor nutricional El producto integral del ordeño total e ininterrumpido de hembras lecheras sanas, adecuadamente nutridas y no fatigadas, recogida en forma higiénica y sin contener calostro. La leche es un fluido acuoso, complejo, formado por la presencia de varias fases en equilibrio. Es una emulsión de una fase grasa dispersa y una fase acuosa coloidal continua. Desde el punto de vista físico coexisten varios estados: emulsión (materia grasa bajo forma globular), suspensión (de caseína ligada a las sales minerales) y solución (acuosa, como medio continuo)

3 La materia prima Microorganismos Caseínas Proteínas del suero Células somáticas Enzimas exógenos Materia grasa Enzimas endógenas Nitrógeno no proteico Tamaño de partícula Minerales ph Acidez

4 El conocimiento de la materia prima y el rendimiento del queso Influye decisivamente en la viabilidad económica de la producción del queso. Con el objetivo de ser más competitivo en el mercado mundial, las empresas buscan obtener la mayor cantidad de queso expresada en kilogramo por litro de leche procesada. Varios son los parámetros que impactan en la transformación de leche a queso, el conocimiento de los mismos y el lograr tomar acciones en consecuencia presenta una ventaja competitiva de cada empresa.

5 Procesos de transformación de la leche en queso:

6 Coagulación En la transformación de la leche en queso, las caseínas (αs1, αs2, β y κ) forman la red proteica conocida como coágulo o gel que será determinante de la calidad y rendimiento del producto final Una leche presenta una buena aptitud para la coagulación cuando: Coagula rápidamente en presencia de cuajo y forma un gel firme y que desuera con facilidad Que genere una cuajada de textura y composición adecuadas, que luego de la maduración, se obtenga un queso de buena calidad

7 Aptitud de la leche para ser cuagulada por el cuajo Factores inherentes a la leche: Es sabido que la composición de la leche es el factor principal que afecta el rendimiento. Relación: grasa/proteína Calcio soluble y fosfato cálcico a mayor contenido de fosfato cálcico coloidad menor tiempo de coagulación y gel más firme ph. El ph igual o mayor a 7 alarga el tiempo de coagulación e incluso puede impedirla Caseína

8 Factores indirectos que afectan el rendimiento En el tambo: Mastitis- La inflamación disminuye los contenidos de caseína, grasa y lactosa Tiempo largo a temperatura ambiente- aumenta la población microbiana Tiempo largo de almacenamiento de la leche fría. aumentan la concentración de enzimas extracelulares proteolíticas y lipolíticas. El efecto final es que disminuye la cantidad de proteína y grasa que se puede recuperar en forma de queso.

9 - Planta de elaboración: Almacenaje frío de la leche El almacenaje prolongado de la leche cruda a bajas temperaturas provoca cambios físico-químicos en la leche, como la disociación de la caseína micelar - Recuento de psicrótrofos Son productores de enzimas altamente termoresistentes que soportan la pasteurización y hasta la esterilización de la leche. Estas proteasas pueden degradar lentamente la caseína - Exceso de agitación y bombeo de la leche. Además de acelerar la oxidación (rancidez) de la leche, promueven fuertemente la separación de la grasa de la leche.

10 . Tipo de fermento y de cuajo usado Escoger el cuajo adecuado es por lo tanto un factor de gran importancia en el control del rendimiento en la fabricación de quesos. - Corte adecuado de la cuajada. Es importante no cortar la cuajada antes de que tenga su firmeza óptima - Defectos en el diseño o estado de las liras. - Calibración de instrumentos de medición. - Pasteurización de la leche, homogenización, etc.. Si bien son importantes suelen ser detectados y controlados

11 Componentes más importantes para el maestro quesero COMPONENTE IMPORTACIA CASEINA Forman la red proteica conocida como coágulo o gel, que es la estructura primaria del queso GRASA LACTOSA CALCIO Contribuye a la textura y sabor del queso Sustrato para la fermentación de las bacterias ácido lácticas. Los productos de la fermentación también contribuyen al sabor durante la maduración Esencial en la etapa inicial para la formación del coágulo o gel, el nivel que este presente en la colgada influye en la textura final del queso

12 Caseinas Las caseínas son fosfoproteínas, con una alta hidrofobicidad y carga elevada que permite mantener la caseína en solución, esta alta carga se debe principalmente a la presencia de grupos fosfatos. Tienen una estructura laxa y abierta, donde prácticamente no pueden ser desnaturalizadas. Presentan una gran heterogeneidad; por las diferencias presentadas en la fosforilación, glicosilación, proteólisis, variantes genéticas, sensibilidad al calcio y al cuajo. Las propiedades químicas de los distintos tipos de caseínas son de gran importancia ya que pueden explicar los distintos comportamientos de las caseínas en la leche.

13 Aproximadamente el 80% de la proteína de la leche esta compuesta por CN (αs1- CN, αs2-cn, β-cn y κ-cn) αs1- CN αs2-cn β-cn κ-cn No No No Hidrofobicida 25 d (% grupos hidofobicos laterales) Enlaces S-S No Galactosa, galactosamina y ácido siálico 22 Si No No Sensibilidad al ++ Ca+2 Sensibilidad al + cuajo (entre 4 C y No 20 C Peso molecular N de aminoácidos Grupos fosfóricos Carbohidratos No

14 Parte de la β-caseína se divide por las enzimas proteolíticas en γ-caseína y peptona proteasa. Los αs-y β-caseínas presentan mayor número de de grupos fosfato esterificados a los residuos de serina, que precipitan con iones Ca+2, lo que las hace más sensible a su ataque; sin embargo la κ-caseína es insensible al calcio lo que la protege de la precipitación siendo así la proteína que estabiliza la micela. Sin embargo, κ-caseína es atacada fácilmente por la enzima quimosina (cuajo), donde es separada una porción de la molécula de κ-caseína y perdiendo o así su capacidad protectora. Como resultado, las otras caseínas precipitan en presencia de iones de Ca. Estas reacciones son la base de la coagulación de la leche por cuajo y, por lo tanto, de la fabricación de queso.

15 Schmidt, Schmidt Holt en 1992 y Horne en 1998 Trejo,2011

16 Fases durante la coagulación enzimática 1) hidrólisis de la k- caseína Liberación del caseínomacropéptido, provoca disminución de carga de la micela y disminución de su grado de hidratación Reacción enzimática afectada por - concentración de la enzima - temperatura - ph

17 Fases durante la coagulación enzimática 2) Agregación o floculación de las micelas Interacciones intermicelares, hidrófobas y electrostáticas en presencia de calcio a través de fosfato de calcio coloidal que se aproximan y aglomeran las micelas modificadas en forma de floculo 3)Desarrollo de una red proteica por reticulación que da lugar al gel. Formación de una malla o red tridimensional de caseínas en forma de fosfoparacaseinato de calcio que aprisiona al lacto suero y a la materia grasa

18 Coagulación enzimática a) k-caseína siendo atacada por la quimosina (McSweeney, 2007) b) Proceso de hidrólisis de la k-caseína c) Al llegar al 85% de hidrólisis de la k-caseína, las micelas comienzan a agregarse

19 Coagulación enzimática Liberación macropéptidos (círculos) (McSweeney, 2007) Viscosidad relativa (cuadrados) Cuando ~ 85% de la κ- caseína se hidroliza, comienza a agregarse las micelas formando el gel

20 K-CN las interacciones iónicas e hidrofóbicas mantienen la integridad estructural de la micela de caseína, así como la k-caseína (κ-cn) limita el proceso de asociación proteica, determinando el tamaño final y estabilidad de la micela (Kruif et al., 2012;Huppertz el al., 2006). A su vez, juega un rol tecnológico importante en la formación de la cuajada y el rendimiento final en la producción de queso. Tal es así, que leches con alta cantidad de proteínas, pero con bajas propiedades para la elaboración de queso afectan el rendimiento (Ikonen et al., 1999) en virtud del bajo contenido de caseína.por ende, el rol que juegan las caseínas es fundamental a nivel tecnológico.

21 Tamaño micelar Las micelas de caseína están altamente hidratadas y varían en tamaño desde 50 a 300 nm. El tamaño medio de las micelas de caseína nativas está influenciado por el régimen de alimentación del rodeo, sus genotipos de αs1-cn y κ-cn, el ph (Devold et al., 2000) y la variación estacional. Glantz et al. (2010) estudiaron la influencia del tamaño de la caseína en la formación de geles de renina, concluyendo que un menor tamaño de micela de caseína mejora las propiedades de gelificación, lo que podría optimizar el paso inicial en el procesamiento del queso.

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23 Escobar et al, 2011

24 Se ha asociado el allelo B de la κ-cn como determinante para la buena coagulación de la leche, con la obtención de un cuajo más firme reduciendo tiempos de coagulación de cuajada e incrementando el rendimiento del queso (Ng-Kwai-Hang 1998 y Wedholm et al. 2006). También juega un papel importante la relación α- CN y β- CN como constituyentes básica de la microestructura del queso (St- Gelais et al. 2005). Es muy importante el conocimiento de la producción animal y su relación con la composición de la leche y los distintos tipos de caseínasevaluar e los procesos tecnológicos adecuados para aumentar la calidad y el rendimiento de la producción industrial.

25 OBJETIVO Analizar los factores internos y externos que influyen sobre los sistemas productivos y su incidencia sobre los niveles de caseína total, así como en los diversos tipos de caseína, que repercuten sobre el rendimiento quesero Objetivo específico Analizar la influencia de la composición de leche y calidad de caseína en el rendimiento quesero, producido a escala industrial y un testigo a escala científica.

26 PRUEBAS A ESCALA PILOTO Del Diseño experimental mencionado Se tomaran dos productores de cada una de las condiciones y se realizaran por duplicado, para obtener variabilidad por parte de los productores. N de elaboraciones en cada instancia pruebas piloto: 16 Nº de veces al año realizados: 2 en comienzo de primavera y otoño.

27 ESTUDIO DE LAS ELABORACIONES DE QUESO El rendimiento quesero ha sido estudiado por varios autores y hay distintas expresiones del mismo del mismo, en lo cual no solo se tomo en cuenta el rendimiento económico, sino también el rendimiento práctico o técnico donde se han determinado distintas ecuaciones según los contenidos de los diferentes componentes de la leche, lo que determinarían si hubo un aprovechamiento ideal de los constituyentes de la leche que pueden ser transferidos para el queso.

28 ESTUDIO DE LAS ELABORACIONES DE QUESO Rendimiento quesero (3 formulas) Eficiencia en cuanto a la recuperación de los distintos componentes de la leche en queso Efectos de distintos componentes de la leche en el rendimiento del queso

29 Rendimiento Económico = 100 *masa (g) queso masa (g) leche inicial Rend. FIL = RMG * MG (leche) (0.97*CN (leche)) Hum (queso) RENDIMIENTO AJUSTADO: Realiza un ajuste para comparar el rendimiento quesero de quesos con diferentes tenores de humedad. Si los lotes tuviesen el mismo tenor de humedad, el rendimiento sería el mismo? Rendimiento ajustado = R ((100 humedad obtenida)) ((100 humedad de referencia))

30 APROVECHAMIENTO DE SÓLIDOS EN EL QUESO Recuperación MG(%)= Peso del queso* MG queso *100 Peso de la leche MG leche Recuperación P(%)= Peso del queso* P queso *100 Peso de la leche P leche Recuperación ES(%)= Peso del queso* ES queso *100 Peso de la leche ES leche

31 RESULTADOS RENDIMIENTOS 12 Rendimiento (%) % Rend. Q Bruto 9 Rend. FIL 8 Rend. Ajus LOTES Rfil= 2,14 + 0,85*R.E, con p-value menor a 0,001

32 Escala Piloto CASEINA Y RCS ESTACIÓN R. FIL (%) R.E (%) ALTA CN Y ALTO RCS OTOÑO 11,97 c 11,35 c ALTA CN Y BAJO RCS OTOÑO 11,45 c 10,88 c ALTA CN Y ALTO RCS INVIERNO 11,16 a b 10,62 a b c ALTA CN Y BAJO RCS INVIERNO 11,28 a b c 10,73 a b c BAJA CN Y ALTO RCS INVIERNO 11,05 a b 10,40 a b BAJA CN Y BAJO RCS INVIERNO 10,94 a b 10,46 a b BAJA CN Y ALTO RCS OTOÑO 10,73 a b 9,90 a BAJA CN Y BAJO RCS OTOÑO 10,61 a 10,10 a b El mayor rendimiento (~9%) en escala piloto es obtenido cuando se tiene alta caseína

33 Escala Industrial CONDICIÓN ESTACION ALTA CN R. FIL (%) R.E (%) 9,49 a 9,46 a TESTIGO 9,33 a 9,28 a ALTA CN 10,06 b 9,94 b TESTIGO 9,56 a 9,32 a ALTA CN 10,94 B 10,76 B 10,11 A 10,03 A 12,49 B 12,04 B 10,53 A 10,12 A INVIERNO A OTOÑO TESTIGO B INVIERNO ALTA CN OTOÑO TESTIGO promedio de aumento de rendimiento del (~10%) Diferencias diversas no solo de la leche, sino de prácticas de elaboración.

34 Recuperaciones El mayor rendimiento obtenido puede deberse a una mayor retención de la materia grasa de la leche en la red proteica del queso.

35 Humedad Viana et al. (2008) concluyeron en un estudio de queso Prato (que altos niveles de RCS ( ufc/ml), afectan las bacterias acido lácticas, los psicótropos y el recuento de hongos y levaduras, presentando un aumento en la humedad y un menor contenido de grasa, pero con una menor aceptación por parte del consumidor.

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38 En cuanto a la K-CN la k-cn desempeña un papel muy importante tanto en la micela de caseína como en la elaboración de quesos y es quien limita el proceso de asociación proteica dentro de la micela, además de determinar el tamaño final y estabilidad de la misma (Kruif et al., 2012; Huppertz el al., 2006), siendo una de las caseínas que influyen fuertemente en el rendimiento del queso. Mona et al., (2011) encontraron que la k-cn tiene repercusiones sobre el tamaño de las micelas de caseína y sobre las propiedades de coagulación de la leche, dando una cuajada más firme y capaz de retener una mayor cantidad de sustancias, aumentando así el rendimiento del queso

39 Se ha reportado influencia en la coagulación principalmente por el alelo bb de la k-cn (Bonfatti el al., 2011). St- Gelais et al. (2005) reportan a α- CN y β- CN como constituyentes básicas de la microestructura del queso y Bonfatti et al. (2011) sugieren más estudios sobre la β-cn. Mayor rendimiento con genotipos b-cn A2B, k-cn BB, b-l g AA (Skeie, J.A.F.S., 2007)

40 Variación de la k-cn de la zona abril mayo junio julio agosto setiembre octubre noviembre diciembre enero febrero marzo Promedio CNT (g/100g) Mes de muestreo Promedio de k-cn de los prod de la zona (%) Prom k-cn (%) Mes de muestreo Variación de CNt y k-cn de la zona según estacionalidad Prom CNt de los productores (g/100g) Valores CN t de los prom de la zona (g/100g) Variación de CN de la zona Promedio CNT (g/100g) Prom k-cn (%) Mes de muestreo

41 Comparación de los promedios anuales de k-cn entre productores Comparación promedios anuales de k-cn entre productores % k-cn promedio Nº productor A Comparación promedios anuales de k-cn entre productores 19.0 % k-cn promedio Nº productor B

42 FINALMENTE. Existe una influencia positiva de la k-caseína y de la β-caseína en el rendimiento quesero. La composición de la leche tanto fisicoquímica, microbiológica, estructural, bioquímica, es una materia prima para la industria que influye directamente en el producto, es fundamental tener la visión cadena para cada producto y producir acorde a las necesidades. Generar más conocimientos a nivel país de los rodeos, producción de leche e influencia en la cadena de valor.

43 Muchas gracias!!!