UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERÍA PROGRAMA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERÍA PROGRAA DE TECNOLOGIA DE ALIENTOS TECNOLOGÍA DE LACTEOS ARGARITA GOEZ DE ILLERA (Director Nacional) Lectura _ Reconocimiento Unidad 1 BOGOTA Julio _2013

2 CIENCIA DE LA LECHE Y CALIDAD DE LA LECHE En esta primera unidad se tratará todo lo relacionado con la ciencia de la leche desde sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas con el propósito de que los estudiantes comprendan los cambios físicos, químicos y organolépticos que sufre la leche ante los diferentes tratamientos a que es sometida para su industrialización como leche para el consumo directo y como los productos que se derivan a partir de diferentes procesos de transformación. Se trata los aspectos relacionados con la calidad de la leche cruda, enfocado en el sistema de aseguramiento de calidad, desde las medidas higiénicas, estudio de la microbiología de la leche, estudiando las bacterias que pueden estar presentes en la leche cruda, o que pueden contaminar la leche por un mal manejo. Asimismo se trata el sistema de control de los puntos críticos o análisis de los riesgos que pueden presentarse en las diferentes etapas del proceso de producción de la leche para consumo directo, tomando como referente el sistema HACCP. 1. Definición, composición, estructura de la leche 1.1 Definición legal y dietética 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 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 B 12 (riboflavina) la B 1 (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 nual de composición y propiedades de la leche. FAO,

3 linoléico, el butírico y caproico es lo que hace que la grasa de la leche tenga un bajo punto de fusión Definición física y 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 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 Otras propiedades físicas son: Gravedad específica: oscila entre expresada en grados de densidad. Al determinar la densidad de la leche con el lactodensímetro, ese valor debe ajustarse para una temperatura de 15 0 C, adicionando o restando el factor de corrección de por cada grado centígrado leído por encima o por debajo de los 15 0 C. Densidad de la leche: La densidad de una leche entera sería aproximadamente de g/ml, una leche descremada de g/ml y una leche aguada tendría una densidad aproximada de g/ml. PH (concentración de hidrogeniones). El ph de la leche es ligeramente ácido (ph comprendido entre 6,6 y 6,8).Otra propiedad química importante es la acidez, o cantidad de ácido láctico, que suele ser de 0,15-0,16% de la leche. 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 oxido reducción: El potencial de oxido reducción (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. La contaminación por bacterias incrementa el poder reductor de leche, ya

4 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 V y con la reducción de la resarzurina (azul pizarra) se produce la resofurina (rosada) y la dihidrorresofurina (incolora), a un Eh de +018 y V, la resarzurina, reacciona antes que el azul de metileno y detecta la presencia de leucocitos. ediante este método se podrá evaluar los cambios en la calidad de la leche. Viscosidad. 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 C a C. 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. 0 C) de: Leche completa Leche descremada Suero de queso Grasa Punto de ebullición. La ebullición de la leche se inicia a partir de los C, 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 70 0 C, sin causar ningún deterioro a los componentes de la leche.

5 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 y , 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. 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 g/ml Densidad de la leche descremada g/ml Densidad de la materia grasa g/ml Calorías por litro calorias PH Viscosidad absoluta Índice de refracción 1.35 Punto de congelación C Calor específico cal /g 0 C 1.3. 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 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.

6 1.3.2 teria 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) 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 entonces se debe usar como D el 33. Queensville: Gramos/lt S.T. = (10.6 x %G) (D 1000) En este caso se utiliza el dato de la densidad D como una cifra entera o sea Fleischmann: %S.T. = (1.2 x%g) x (D 1000) x 100 D En este caso también la densidad D se usa como número entero, o se igual a 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 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.

7 - 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 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 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.

8 Tabla 1: Composición media aproximada de la leche procedente de diferentes especies (%p/p) Origen Estracto seco teria grasa Caseína Proteínas del suero Carbohidratos Cenizas Vaca Yegua Asna Cabra Oveja Cebú Búfala Fuente. Alais Charles Alais. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos 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

9 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 (n), 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 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

10 que la leche es una emulsión formada con la materia grasa globular disuelta en una solución acuosa y cuyo aspecto 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) Crema Leche (Blanco azulado) Crema Coágulo (Homogéne o) Lacto Crema Suero amarilloverdoso) Cuajada Fuente. Charles Alais. Ciencia de la leche Alterabilidad cuajada 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 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..) para evitar la proliferación de microorganismos patógenos que afecten su calidad así mismo permitir la inactivación de enzimas, durante su procesamiento.

11 odificaciones 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 C 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 90 0 C, durante 15 segundos destruye todas las formas vegetativas de los microorganismos, parte de las proteínas del suero se desnaturalizan quedando sus grupos SH- disociados.

12 La esterilización es un tratamiento todavía más severo donde se utiliza la temperatura de C 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 145 o C 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 ( %). 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 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 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 80m 2 en un litro de leche.

13 El tamaño de los glóbulos grasos varías entre 1.5 y 10 (1 = 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 mm produciéndose una emulsión más estable. Las temperaturas entre 7 8 o C ayudan al descremado espontáneo por causa de la aglutinación de los glóbulos grasos y temperaturas mayores de los 60 o C 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 35 o C 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 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

14 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 y mínima a un ph de 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 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. CAPITULO 2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍICA DE LOS COPONENTES DE LA LECHE 2.6. 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:

15 Tabla 2.Composición de lípidos saponificables y no saponificables en la leche. Lípidos Saponificables Triglicéridos Diglicéridos onoglicéridos Glicéridos de los ácidos cetónicos Acidos grasos libres Esteroles fosfolípedos Porcentaje del total Insaponificables Vitaminas A D- E- K Carotenoides Fuente. FAO. nual 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. 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 responsables de la oxidación de la mantequilla son los saturados debido a su fácil reacción con el oxígeno. Otros factores que activan la oxidación son la radiación ultravioleta, iones de cobre, hierro y la acidez. Esto ocasiona el sabor rancio de la mantequilla. H 2 - C O H 2 C - O 0 C-(CH 2 ) 2 CH 3 O Glicerol H 2 C - O C (CH 2 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 - CH 3 3 CH O Butírico C (CH 2 ) 16 CH 3 Esteárico Oleico

16 Figura 2. olécula de un triglicérido. Tomada de Charles Alais 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 o C Punto de solidificación o C Índice de refracción (en 40 o C) Índice de yodo 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. 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.

17 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 (CH 3 ) 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. embrana 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 embrana del glóbulo graso. FAO Grasa Triglicéridos Lipoproteína Seudocreatina Fosfolípidos Lipoproteínas diferentes Glicoproteínas La membrana del glóbulo graso se Fosfolípidos destruye parcialmente por diferentes tratamientos que se realizan en la leche, por ejemplo, en la homogenización, ocurre con mayor frecuencia la oxidación, Enzimas 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 Plasma de la durante leche el almacenamiento Fosfolípidos de la leche cruda, pueden producir la rancidez hidrolítica debido a la alteración de la lipasa que se encuentra en la membrana. Aglutininas Proteínas diferentes ediante la pasterización alta de la crema (82 92 o C) 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.

18 2.7. 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 polipéptido, la unión de los polipéptidos forman 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 Carboxílico Fig 5. Cadena peptídica R-----C------CO 2 H NH 2 R 1 H R n NH C CO--NH C CO..NH C--COOH H R 2 H Fuente. FAO. nual técnico de composición y propiedades de la leche 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.

19 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 bilsufuro 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 Desnaturalizada Figura 7. Proteína Fuente. FAO. nual técnico de composición y propiedades de la leche 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

20 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. icela intacta de caseína rodeada de calcio. Ca Ca Ca Ca Ca K FAO. nual técnico de composición y propiedades de la leche Estabilidad de las proteínas Ca El sistema coloidal de las proteínas Ca de la leche se debe a dos grandes fuerzas que son: las cargas eléctricas y el agua de hidratación. Ca La principal fuerza de estabilidad de la caseína se debe a las cargas eléctricas del radical ácido COO - y básico (NH 3 ) 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 Ca CH 3 -- C -- (C-- H2) n --- COO - + NH 3

21 Las propiedades anfóteras de los aminoácidos H + OH - R-CH COOH R CH---COO - R CH COO - +H 2 O NH 3 + NH 3 + NH 2 ph más ácido que el punto Isoeléctrico ph 4.6 ph: 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 lacto albúmina y lacto globulina 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 138 o C, ligeramente acidificada pero, la lactoglobulina coagula a temperaturas alrededor de 72 o C. 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:

22 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. odificación 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 20 o C 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 20 o C y es menor a temperaturas entre o C. 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 microfactores 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 Carbohidratos El carbohidrato principal de la leche es la lactosa, éste es un glúcido neutro, cuya fórmula general es (CH 2 O) 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.

23 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. C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 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. C 12 H 22 O 11. H 2 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 CO 2. 3 C H 3-- CHOH COOH 2C H 3 - CH 2 - COOH + CH 3 COOH + H 2 O + CO 2 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 CH 2 - CHOH COOH C H 3 - CH2 - CH 2 - COOH + 2 CO H 2 O. Solubilidad de la lactosa. Es poco soluble en agua, su máxima solubilidad es de 16.9 gramos en 100 gramos de agua a 15 o C. Uno de los defectos de arenosidad

24 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 o C, Ocurriendo la pérdida de agua de la Alfa lactosa para transformarse en una lactosa anhidra. A temperaturas superiores a los 130 o C se produce la caramelización, al combinarse con los compuestos nitrogenados de la leche, este fenómeno de conoce con el nombre de Reacción de illard 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 Sales, minerales, vitaminas y enzimas Las sales de la leche se encuentran en dispersión iónica en una proporción entre %... las que se encuentran en mayor cantidad son: Fosfato de potasio, calcio y magnesio % Cloruros de sodio y potasio % Citrato de sodio, potasio, calcio y magnesio % Sulfato de potasio y sodio % Carbonatos de potasio y sodio % 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

25 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 % 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 (P 2 O 5 ). Los minerales que se encuentran en mayor cantidad en las cenizas son: K 2 O % P 2 O % CaO % Cl % Na 2 O % El contenido de calcio es necesario para la coagulación de la leche con el cuajo, reacción que ocurre en la elaboración del queso. 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... Provitamina D 3... E... K... ( mg/lt) (1mg/lt) ( mg/lt) (Trazas) Hidrosolubles: B 1... ( mg/lt) B 2. ( mg/lt) B 12 (Trazas) C.. (10-20 mg/lt)

26 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. 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