Actividad Experimental. LA LECHE SÓLIDA UN BUEN ALIMENTO? ph y temperatura, fundamentales para elaborar queso

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1 Actividad Experimental LA LECHE SÓLIDA UN BUEN ALIMENTO? ph y temperatura, fundamentales para elaborar queso Asignatura que apoya Química II Alimentos Autoras Susana Lira de Garay Francis Navarro León INTRODUCCIÓN Cuando somos pequeños tomamos leche materna, después nos dan leche de vaca y nos dicen siempre debes de tomar leche, porque es un buen alimento, esto es cierto, pero conoces la composición aproximada de la leche que es una mezcla? Nutrimento % por cada 100 g de muestra Proteínas 3.2 Carbohidratos 4.6 Grasa 3.9 Agua 87.8 Calorías (Kcal. /100 g) 66.0 Fotografía: Francis Navarro León Si revisas todos los productos derivados de la leche con los que nos alimentamos, con seguridad encontrarás uno muy abundante de diferentes variedades, sabores, texturas y gustos, que se conoce como Queso, te preguntarás de dónde y cómo se obtiene este alimento? El queso es un alimento sólido o semisólido que se obtiene separando los componentes sólidos de la leche (cuajada) de los líquidos (suero), se elabora a partir de la leche de diferentes mamíferos desde tiempos prehistóricos, ya sea al acidificarse la leche o por acción de una enzima, y es un alimento sumamente nutritivo, natural, que se puede producir fácilmente y permite el consumo de leche en momentos en que no se puede tener. 1

2 Composición aproximada de un queso fresco Nutrimento % por cada 100 g de muestra Proteínas 8.2 Carbohidratos 3.1 Grasa 8.0 Agua 77.9 Calorías (Kcal./100 g) Actividad experimental Si comparamos el aporte de proteínas con respecto a la leche, el queso por cada 100g aporta 8.2 g a diferencia de la leche de 3.2 g. Con esto podrás comprender la importancia que tiene la elaboración de este producto y su valor nutritivo y comercial. Te proponemos a continuación que elabores leche sólida. ACTIVIDADES PREVIAS Antes de realizar la actividad experimental: 1. Investiga diferentes procesos de elaboración de queso y compara con el proceso que se propone. 2. Elabora un diagrama de procedimiento. 3. Consigue una muestra de leche de preferencia bronca (recién ordeñada) o leche procesada que no esté estabilizada. 4. No utilizar leches descremadas o reconstituidas. 5. Consigue la enzima renina (cuajo) ya sea líquida o sólida. 6. Prepara los utensilios para la elaboración del queso, de preferencia traerlos de tu casa, para asegurar su limpieza OBJETIVOS Identificar el ph y la temperatura como factores fundamentales de las reacciones enzimáticas. Comprender que la leche es una mezcla formada por compuestos nutritivos. Reconocer a las proteínas como polímeros naturales, que modifican sus propiedades físicas y químicas. 2

3 PROBLEMA A RESOLVER Cuáles son los componentes de la leche que se convierten en materia prima para producir queso? Qué factores influyen durante el proceso de elaboración del queso? Qué le sucede a la proteína de la leche (caseína), en una reacción enzimática? Cuál es el ph y la temperatura a la que se coagula la proteína para producir queso? DISEÑO EXPERIMENTAL Material y sustancias MATERIAL SUSTANCIAS Un vaso de precipitados de 1L o 1 cacerola de 1 L ¼ L de leche fresca 1 cristalizador Renina (cuajo) 10 gotas/l leche 1 agitador o pala de madera 100 ml de agua destilada 2 vasos de precipitados de 50 ml Cloruro de sodio (NaCl) 1 soporte completo o una parrilla de calentamiento 1.0 g Cloruro de calcio ( CaCl2) 1 termómetro 1 limón ½ metro de manta de cielo Disolución reguladora de ph= 7 papel ph 1 cuchillo o espátula 1 sensor de ph y de temperatura 1 termómetro 1 Interfaz COACH LAB II 1 LAP TOP 1 pipeta Beral Precauciones Lavar los sensores (enjuaga con agua destilada y en una disolución reguladora) Guardar el sensor de ph. 3

4 Procedimiento 1. Disolver en el vaso de precipitados de 50 ml, 0.1 g de cloruro de calcio en 5 ml de agua destilada o purificada. 2. En el otro vaso de precipitados disolver la Renina (enzima) en 5 ml de agua destilada o purificada, si es sólida. En el caso de la enzima líquida adicionar directo a la leche, una vez que llegue a la temperatura de 35 C. 3. Colocar ¼ de litro de leche en el recipiente para calentarla, previamente medirle el ph (se conecta la triada computadora, interfaz y sensor) registrarlo en la tabla. Cuál debe ser el ph de la leche fresca? 4. Se conecta el sensor de temperatura y se calienta la leche hasta que llegue a 35 C, una vez alcanzada dicha temperatura, se retira del fuego y se le adiciona el cloruro de calcio disuelto en agua mezclando muy bien. 5. Se adiciona gota a gota el jugo de limón (diez gotas) y se continúa registrando el ph y la temperatura, para dar las condiciones de la reacción enzimática. Qué función tiene el cloruro de calcio? Qué valor de ph da el jugo de limón? 6. Manteniendo a 35 C, agregar el cuajo diluido sin dejar de mezclar hasta homogenizar perfectamente, continuar midiendo el ph, hasta observar en que valor de este se precipita la proteína (cuajada) De dónde proviene el cuajo (enzima renina)? 7. Dejar reposar durante aproximadamente 30 min. sin mover, hasta que tome una consistencia gelatinosa y firme. Se continúa midiendo la temperatura y el ph. Qué le pasó a la proteína caseína? A que se llama desnaturalización de una proteína? 8. Transcurrido ese tiempo, cortar la cuajada con un cuchillo o espátula en cuadros de tres centímetros aproximadamente. 4

5 9. Se coloca la masa coagulada y cortada, otra vez a calentamiento entre C durante 10 min. para acelerar el desuerado. 10. Se deja reposar por 5 min. 11. Se coloca la manta de cielo en el otro recipiente, se vierte la cuajada sobre ella tomándola de los extremos y comprimiendo la cuajada para que escurra totalmente el suero Cuál es la composición aproximada del suero? Para qué se puede utilizar el suero? 12. Se coloca cloruro de sodio en la cuajada. Con las manos limpias se mezcla con la masa Qué función tiene el cloruro de sodio? 13. Una vez desuerado, se puede moldear, empacar, etiquetar y mantener en el refrigerador. Cuál será el tiempo que dure un queso fresco? Actividad experimental 14. Registrar en el cuadro correspondiente las evidencias experimentales observadas y los valores de ph y temperatura. 5

6 EL USO DE SENSORES PARA MEDIR ph, TEMPERATURA Y EL TIEMPO QUE DURA EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE QUESO 1. Realiza las conexiones pertinentes entre la computadora, la interfaz y el sensor para medir y registrar el ph y la temperatura. 2. Durante el tiempo que dura el proceso de elaboración del producto (aproximadamente 60 minutos), registra temperatura vs tiempo y el ph vs tiempo. 3. Las mediciones se realizan desde que se inicia el calentamiento de la leche, hasta la obtención del queso. 6

7 REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES Propiedades Color Leche fresca Leche caliente Cuajada 35 c Proceso de elaboración de queso Queso elaborado Queso comercial Olor Apariencia Sabor Textura ph Temperatura Color Determinación de ph y temperatura, utilizando sensores, durante el proceso de elaboración de queso Olor Apariencia Sabor Textura ph Temperatura 7

8 EL MUNDO DE LA CIENCIA Y TÚ Relación Ciencia, Tecnología, Sociedad y Cuidado del Ambiente (CTS A) ENZIMAS EN LA ELABORACIÓN DE ALIMENTOS Un alimento tratado por enzimas es un producto seguro y nutricionalmente activo Por José Juan Rodríguez Jerez Las enzimas son proteínas con actividad biológica que catalizan reacciones bioquímicas en nuestro organismo. Afectan el desarrollo de una reacción, de forma que sin su existencia ésta es muy complicada o imposible. Estas proteínas se mantienen además inalterables durante mucho tiempo, lo que las hace especialmente interesantes desde el punto de vista de la fisiología humana, pero también desde la tecnología y la seguridad de los alimentos. Al tiempo que las enzimas resultan esenciales para el metabolismo de todo ser vivo, pueden también utilizarse de forma independiente para activar reacciones químicas fuera de los organismos vivos. Por este motivo, su uso se remonta miles de años atrás, tal y como muestra la función de los microorganismos en la producción de alimentos fermentados. ENZIMAS Y ALIMENTACIÓN INFANTIL. Gracias a las enzimas, la alimentación infantil, especialmente la de los bebés, ha tenido una evolución muy positiva. Hasta no hace mucho tiempo, uno de los problemas más importantes de la alimentación maternizada de los bebés se centraba en el perfil de los ácidos grasos de las fórmulas. El ácido palmítico es el ácido graso más abundante en la leche materna. Frecuentemente presenta una forma que facilita la absorción por parte del bebé. Los preparados tradicionales contenían una forma de ácido palmítico que no podía ser ingerida por el bebé y que, además, provocaba una pérdida de calcio en la síntesis del hueso. Este problema se solucionó con el empleo de la alfa lipasa, una enzima producida por el hongo Aspergillus, que puede producir esta forma natural de ácido palmítico en los preparados lácteos para bebés prematuros, con resultados muy positivos. Al mismo tiempo, una de las fuentes de energía más importantes para los bebés son los hidratos de carbono. Es por ello que se introducen los cereales en sus dietas. Sin embargo, el almidón suele ser algo difícil de digerir completamente, y en algunos casos, incluso puede provocar problemas como flatulencias o molestias intestinales. La solución ha llegado también de la mano de los enzimas. Una vez que se tratan los cereales en condiciones adecuadas, se consigue que el almidón se transforme en dextrinas y maltodextrinas. Estas sustancias son muy favorables para la alimentación infantil y carecen de los inconvenientes antes señalados. Síntesis del artículo publicado en: 8

9 Guía de debate 1. Qué tipo de proceso químico se considera el cuajado de la leche por la enzima Renina? 2. Qué es la caseína? 3. Con qué componente de la mezcla de la leche, reacciona la enzima para formar la cuajada? 4. Qué importancia tiene el control del ph, en la elaboración de queso? 5. Qué importancia tiene la temperatura, para la acción de la enzima Renina? 6. Qué valor nutritivo tiene el queso con respecto a la leche? 7. Qué propiedades de las proteínas, se observan en este experimento? 8. Qué se entiende por un polímero natural? 9. Qué es una enzima? Mapa conceptual Proteínas Caseína Reacción enzimática Leche Polímeros naturales Renina Queso Temperatura Catalizador ph Estructura de proteínas Solubilidad MANEJO DE RESIDUOS Todas las sustancias usadas en la actividad, se pueden desechar sin ningún problema. Si son sólidas en la basura y si son líquidas directo a la tarja. PUNTOS CLAVE 1. La leche es una mezcla de sustancias definidas que se compone principalmente de: a. Agua en un 80% b. Proteínas son: Caseína, globulinas, albúminas c. Carbohidratos: Lactosa d. Enzimas: Fosfatasas, catalasas, reductasas, peroxidasas, lipasas, proteasas, amilasas e. Grasas que son glicéridos de ácidos grasos como Ácido Butírico, Caproico, Láurico, Palmítico, Oleico, Linoleico, entre otros. f. Vitaminas: Liposolubles: A, D, E, g. Vitaminas Hidrosolubles: B1, B2, B6, B12, Niacina, Ac. Pantoténico h. Minerales: Calcio, sodio, potasio, magnesio, hierro i. Sales minerales: Nitratos, sulfatos, carbonatos, fosfatos. 9

10 2. La caseína es uno de los componentes de la leche entera, es un complejo proteico que se precipita a un ph entre 4-6. En la leche, las caseínas no se encuentran totalmente en estado coloidal, muchas de ellas se encuentran en forma soluble. Ejemplo de Aminoácidos que constituyen la caseína CH 2 CH COOH CH 2 NH 2 Fenilalanina N H Triptófano 3. La renina (cuajo), es una enzima proteolítica (actúa sobre las proteínas), es secretada por el estómago de los rumiantes jóvenes que actúa sobre la caseína formando cuajada, esto aunado a la acción de la fermentación bacteriana tienen un interés práctico en la fabricación de los diferentes tipos de quesos que existen en el mercado. La coagulación de la leche por la acción de la renina es consecuencia de una reacción proteolítica limitada, donde la caseína constituye el sustrato donde actúa la enzima. 4. Los componentes de la leche se encuentran en un estado de equilibrio que puede romperse por acciones diversas, la caseína uno de los componentes es un complejo proteico que se precipita a un ph de 4.6, propiedad que ha sido muy importante para la biotecnología lechera. La reacción química de la acción enzimática es: Fosfocaseinato de Ca + cuajo fosfo-paracaseinato de Ca + Albuminas + Globulinas + Lactosa 10 (Caseína soluble) Caseína insoluble (Suero) 5. El mecanismo del proceso de elaboración del queso por acción enzimática se puede explicar de la siguiente manera: La caseína, es una proteína que tiene la propiedad de coagular y consiste de varios componentes que se enlazan entre sí, dando origen a las micelas. Una sub-unidad de proteína estabiliza cada una de las micelas y las mantiene distanciadas unas de otras. Durante la acidificación, la sub-unidad protectora de la proteína es inactivada, lo que permite que las micelas puedan juntarse originando la coagulación o cuajo de la leche. Al mismo tiempo la acidez del medio aumenta la solubilidad de los minerales por lo que el calcio y el fósforo orgánicos contenidos en la micela gradualmente se van volviendo solubles en la fase

11 acuosa. Finalmente, las micelas se desintegran y la caseína precipita, resultando en la formación de coágulos. 6. El cloruro de calcio se utiliza para corregir los problemas que presenta una leche por largo tiempo almacenada y en la leche pasteurizada, ya que contribuye a reducir las pérdidas de Calcio y mejora el rendimiento en estos casos y obtener una cuajada más firme a la vez que permite reducir el tiempo de coagulación. Se recomienda añadir de 5 a 20 g/ 100L de leche. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Alais, Ch. (1981) Ciencia de la Leche, CECSA, México. 2. Badui, D., S. (1981). Química de los Alimentos, Alhambra Mexicana, México. 3. Belitz, H.D. (1997). Química de los Alimentos, Acribia, España. 4. Ciofalo, V., Barton, N., Kreps, J., Coats, I. and Shanahan, D. (2006) Safety evaluation of a lipase enzyme preparation, expressed in Pichia pastoris, intended for use in the degumming of edible vegetable oil. Regul. Toxicol. Pharmacol, Artículo en prensa Malandain, H. (2005) Transglutaminases: a meeting point for wheat allergy, celiac disease, and food safety, Allerg Immunol, Paris, 37(10): REFERENCIAS ELECTRÓNICAS 1. Anónimo. (2004). Gracias a las enzimas, comida es «pureza». Food Today nº 4. Consultado el 10 de Septiembre del 2010 en: 2. Food info. Cuando la leche se acidifica, se forman coágulos. Cómo ocurre este fenómeno? Consultado el 10 de septiembre del 2010 en: 3. María, Jesús. (Julio del 2005). Aspectos nutricionales y tecnológicos de la leche. Consultado el 10 de Septiembre del 2010 de: archivos%20internet/biologia%20y%20fisiologia%20de%20la%20lactacion/agroin_doc2.pdf 4. Rodríguez Jerez, José Juan. (3 de mayo del 2006). Enzimas en la elaboración de alimentos. Consultado el 10 de Septiembre del 2010 en: 5. VITEC. Elaboración del queso. Consultado el 10 de Septiembre del 2010 en: granma.inf.cu/compendios/pdfs/queso.pdf REFERENCIAS DE IMÁGENES 1. Imágenes fotográficas: Maestra Francis Navarro León 11