Manual de Industria e Inspección de Leche y Derivados PDF

La materia grasa Esta constituida por dos fracciones, una es la sustancia Lipidica que constituye el 99,5 %(Triglicéridos 98,5% y fosfolipidos 1%) y 0,5% de sustancias Liposolubles (Colesterol, hidrocarburos, vitaminas A, D, E y K). Los glóbulos grasos son esféricos o ligeramente ovoides, cuyo diám...

La materia grasa Esta constituida por dos fracciones, una es la sustancia Lipidica que constituye el 99,5 %(Triglicéridos 98,5% y fosfolipidos 1%) y 0,5% de sustancias Liposolubles (Colesterol, hidrocarburos, vitaminas A, D, E y K). Los glóbulos grasos son esféricos o ligeramente ovoides, cuyo diámetro varia de 1 a 18 micrones. La Materia Grasa se agrupa en sustancias saponificables e insaponificables. Triglicéridos 98,5% Saponificables Fosfolipidos 1% Vitaminas A, D, K, E, Insaponificables Tocoferoles 0,5% Carotenoides Esteroles 1. Sustancias saponificables a) Los Triglicéridos: la grasa de la Leche contiene 60 o más ácidos grasos que en combinación con el alcohol (Glicerol) forman Triglicéridos. Los triglicéridos pueden ser formados por Acido Butírico + Glicerol Acido Oleico + Glicerol Triglicéridos Acido Esteárico + Glicerol  El acido graso mas abundante es el Oleico, que con el Linoleico y los ácidos grasos de cadena corta, butírico y caproico son los responsables del punto de fusión relativamente bajo de la grasa de la leche, el 1/3 del total de los ácidos grasos no saturados son responsables del sabor oxidado de la mantequilla debido a la afinidad del doble enlace por el oxigeno. b) Fosfolipidos: son grasas fosforadas y aminadas que se conocen como lípidos polares y son hidrófilos “absorben agua y se hinchan, además son agentes emulsionantes, haciendo más estable la suspensión de la materia grasa” Los Fosfolipidos de la leche se distribuyen en la siguiente proporción:  30% Lecitina   45% Cefalina  25% Esfingomielina Los ácidos grasos no saturados de la lecitina, así como de la grasa propiamente dicha pueden oxidarse originando trimetilamina N(CH3)3, produciendo el sabor a pescado, efecto observado sobre todo en manteca y leche en polvo. Membrana del Glóbulo Graso Los glóbulos grasos se encuentran protegidos por una membrana de naturaleza proteica, en la cual se encuentran asociados fosfolípidos, proteínas y otras sustancias, que no pueden considerarse como inerte, al contrario, ella constituye la sede de reacciones químicas vivas. La homogeneización destruye parcialmente la membrana protectora del glóbulo graso, que provoca una mayor sensibilidad de las grasas a procesos de oxidación (sabor a sebo, metálico) y de hidrólisis (rancio), por esta razón no se debe mezclar leche homogenizada con leche sin pasteurizar ya que la lipasa de la leche sin pasteurizar provoca rancidez. 2. Sustancias insaponificables Carotenoides: Son sustancias coloreadas, rojas o amarillas emparentadas por su constitución química, que refleja una condensación más o menos importante de un Hidrocarburo: El Caroteno, es el responsable de la coloración de la materia grasa y es precursor de la vitamina A.  β- Caroteno: es el más abundante, este origina dos moléculas de la vitamina A; el contenido de Caroteno en la leche varia mucho de acuerdo a los alimentos, cuando hay presencia de forrajes verdes en la ración es mayor ya que este favorece la producción. Tocoferoles: Se los llama también Vitamina E α- Tocoferoles; son antioxidantes naturales y juntos a los fosfoaminolipidos protegen la materia grasa contra la alteración oxidativa. Esteroles: Son alcoholes policíclicos complejos y se encuentran en la materia grasa de la leche en dos formas: + Esteroles esterificados por el acido graso. + Esteroles libres: 0,1 gr. x litro de leche ( 0,3 -0,4 % del peso de la materia grasa ) Los esteroles están representados por colesterol (C27H45OH) el cual contribuye a mantener la estabilidad de la emulsión de la materia grasa en la Leche y forma parte de la membrana lipoproteína de los glóbulos grasos. Dos componentes próximos están en la porción insaponificables pero en pequeñas cantidades: Ergosterol y el 7 – dihidrocolesterol (precursor de la Vit. D3), son sustancias que sometidas a la luz ultravioleta, originan las vitaminas antirraquíticas del grupo D. Vitamina K: La leche tiene una ínfima proporción de esta vitamina, factor coagulante de la sangre. Compuestos nitrogenados En la leche se pueden distinguir dos grupos de compuestos: las proteínas y las sustancias no proteicas, o nitrógeno no proteico (NNP) que representan respectivamente el 95% y el 5% del nitrógeno de la leche. Caseina (78%) Protidos Proteínas solubles o Proteínas de Suero (17%) C.N Sustancias nitrogenadas no proteicas (NNP) (5%) Proteínas La unidad funcional de las proteínas la constituyen los aminoácidos, que forman los peptidos, estos forman los polipéptidos y la unión de los polipéptidos forma las proteínas; se encuentran en forma de gránulos esféricos, cuyo diámetro varia de 40 a 200 mμ. Las proteínas de la Leche se encuentran en dos fases: a) Fase Micelar inestable: Constituida por partículas sólidas en suspensión, las micelas, que difunden la luz y dan a la leche su aspecto blanco opaco, denominadas: las caseínas, los cuales son complejos orgánicos, constituido por proteínas desnaturalizadas, en forma de cadena floja, enmarañada, que se une por enlaces químicos de fosfato de Calcio coloidal. b) Fase Soluble estable: constituida por diferentes polímeros proteicos hidrófilos, que constituyen las proteínas solubles o proteínas del lactosuero. Están en forma de cadena enrollada muy cerrada, no desnaturalizada y son orgánicas. Importancia: 1. las sustancias nitrogenadas se encuentran entre las mas abundantes en la leche de los rumiantes, los lípidos se hallan aproximadamente en la misma proporción que en las otras leches. 2. Las propiedades físico químicas de la leche relacionadas a su estabilidad, derivan de la presencia de protidos. 3. Desde el punto de vista nutritivo, los protidos constituyen la parte mas importante de la leche. 4. Proteínas del lactosuero tienen actividades biológicas: enzimas, inhibidores y anticuerpos. Distribución de las principales sustancias nitrogenadas de la leche % Proporciones gr. x Litro Protidos totales 100 32 a) Caseina Entera 78 % 25 *Caseina α 40 10 (heterogénea sensible al Ca) *Caseina β 30 7.5 (sensible al Ca) *Caseina У 15 3.8 (insensible al Ca.) Diversos 15 3.7 b) Proteína del Suero 17 % 5.4 β- Lactoglobulina 50 2.7 α- Lactoalbúmina 22 1.2 Globulinas (Inmunes) 12 0.65 Seroalbuminas 5 0.25 Proteasas-peptonas 10 0.60 C) NNP 5% 1.6 Caseina Compuestos formados por fósforo, en forma de monoester fosfórico de los aminoácidos alcohólicos serina y trionina; y aminoácidos (Ac. glutámico, leucina y prolina). Son gránulos esféricos, cuyo diámetro varia de 40 a 200 mμ. Por ultra centrifugación, se reúnen los gránulos formando un sedimento blanquecino gelatinoso separado de un líquido verdoso y transparente que constituye el suero lácteo. Se puede precipitar también a la caseina en forma de micelas por acidificación de la leche a pH 4,6 (punto isoeléctrico de la caseina), o añadiendo cuajo, estas caseínas obtenidas por distintos procedimientos no son idénticos y se diferencian en su contenido mineral. La Caseina es heterogénea, consta de 3 fracciones diferentes α, β, κ caseina en orden de movilidad electroforetica decreciente.  α caseina es heterogénea, tiene 2 componentes α 0 y α S1 que se distinguen por su sensibilidad al Calcio ; a concentración de Calcio de 0.3 a 0.4 M, diez veces más que la concentración normal, una fracción precipita a ph 7 y a todas las temperaturas y la otra permanece en solución. α 0 caseina es sensible al Calcio y la α S1 caseina es insensible al Calcio.  β Caseina (25-35 %) es sensible al Calcio a temperatura ambiente pero insensible a baja temperatura (4ºC.)  Κ Caseina (8 al 15 %.) Esta caseina contiene Glúcidos alrededor del 5% salvo la forma κ1, forma en cantidad creciente desde Κ2 a Κ7. Esta caseina es insensible al calcio y estabiliza a las otras caseínas mas fosforiladas, con respecto a este cation (calcio), también se destaca por su facilidad para ser proteolizada por el cuajo, entre los aminoácidos 105 (pHe) y 106 (Met), lo que ocasiona la coagulación de la leche.  У-Caseina (3-7%): resultan de la proteólisis de la Caseina β por la proteasa alcalina de la leche (plasmina). Coagulación de la Caseina por el calor Para la coagulación de la caseina se necesita 130-138ºC y cierta acidez, sin embargo la lactoglobulina coagula a 72ºC. Coagulación de la Caseina por el cuajo  La coagulación de la caseina por el cuajo es la consecuencia de una reacción proteolítica limitada, donde la caseina es el sustrato de la enzima y se separa la llamada “Proteasa de Hammarsten” que representa alrededor del 6% de la caseina. + Cuajo Fosfocaseinato de Ca Fosfoparacaseinato de Ca + Proteasa (Soluble) (Insoluble, cuajada) (Soluble) La Paracaseina, caseina modificada por el cuajo, se caracteriza por su insolubilidad frente al Calcio.  La Coagulación de la leche por el cuajo es una reacción compleja en la cual se distinguen las siguientes etapas: 1. Hidrólisis Enzimática: limitada de la Kappa Caseina o reacción primaria. 2. Modificación de las micelas y probable degradación de estas con la participación de fosfato de Calcio. en la constitución de nuevas micelas. 3. Enlaces de micelas y formación del coagulo o fase secundaria que se induce a temperaturas de 20ºC o superior. 4. Sinéresis del coagulo por retracción del retículo e inicio de la separación del suero que es mas acentuada cuanto mayor sea la temperatura, acidez, cantidad del cuajo y acciones mecánicas. 5. Proteólisis lenta de los componentes de la caseina o “fase terciaria”, la acción del cuajo esta influenciada por la temperatura y pH. El tiempo de coagulación se extiende notablemente bajo 20º C y es mínimo a los 40 – 42º C, ya que a temperaturas elevadas se produce una desnaturalización de la enzima. Con valores de pH superiores a 7.5, la coagulación no se produce y a medida que el pH desciende del valor normal de 6,7 el tiempo se acorta notablemente. Proteínas Solubles Estas permanecen solubles en el lactosuero, tanto si la leche se ha coagulado por acidificación a pH 4,6, o por vía enzimática, por el contrario, el calentamiento de la leche las desnaturaliza, provocando su floculación y el desenrrollamiento de la estructura globular de la proteína. Pero esta insolubilidad depende mucho del grado de calentamiento y de la acidificación. Estas proteínas pueden ser separadas del lactosuero por ultrafiltración. La fracción retenida estará enriquecida en estas proteínas que estará en estado nativo, si la leche o el lactosuero no se han calentado por enzima de 75ºC Entre las proteínas solubles se encuentran: 1. Inmunoglobulina: son proteínas que no son propias de la leche, son anticuerpos presentes en la sangre que pueden fijarse sobre sustancias extrañas. Estas son IgG1(es el 80% de las proteínas de calostro), IgM (12% de azucares), componentes secretores libres (8% lipoproteínas), IgA (se encuentran en las lagrimas y secreción digestiva) 2. Proteosas- Peptonas: son peptidos que provienen de la Caseina β debido a la proteólisis producida por la plasmina 3. Seroalbumina: es una proteína voluminosa no específica de la leche. 4. α -lactoalbúmina: tiene 123 aminoácidos, de los cuales 8 son cisteinas. Su papel esencial es intervenir en la síntesis de la lactosa. 5. β-lactoglobulina: es la principal del lacto suero, tiene 162 aminoácidos, y se conoce cuatro variables genéticas (A, B, C y D) según las razas bovinas.  La α-Lactoalbúmina y β-Lactoglobulina permanecen en solución frente a la acción de ácidos y del cuajo porque en ella la principal fuerza estabilizadora es el agua de hidratación, aunque la carga eléctrica sea nula. Pero frente a la acción del calor o del alcohol estas proteínas coagulan debido a la acción deshidratante de estos agentes. El suero obtenido de la leche coagulada mediante acido o cuajo contiene estos dos tipos de proteínas. En cambio cuando la leche se hace hervir, aparece la tela superficial, indicando la coagulación de estas proteínas debido a la acción deshidratante del calor.  NNP (Nitrógeno No Proteico) El nitrógeno no proteico varía del 3,1 al 7 % del nitrógeno total, siendo la urea su principal componente y esta influenciado por el aporte alimenticio. UREA ALFA- PEPTIDO CREATIN AC. OROTICO AMINOACID A NNP OS 0.142 0.0443 0.032 0.0255 0.0146 CREATININ NH3 AC. AC. INDETERMINA A ÚRICO HIPURIC DO O 0.012 0.0088 0.0078 0.0044 0.0048 Fuente: Luquet F.M. 1991 Glúcidos El carbohidrato principal es la Lactosa, (CH2O)n. En la leche también se encuentran otros glúcidos que químicamente se pueden separar en:  Glúcidos neutros: Lactosa, Glucosa y Galactosa.  Glúcidos nitrogenados: como la glucosamina N-acetilada ligado a glúcidos neutros.  Glúcidos ácidos: como el acido sialico ligado a glúcidos neutros o nitrogenados. Lactosa Representa el 97,5 % de los glúcidos de la leche y sus características inciden en el procesamiento de la leche por sus propiedades de solubilidad, poder reductor, hidrólisis y fermentabilidad, se encuentra en solución en la fase acuosa de la leche y es un disacárido compuesto de glucosa (α, β) y galactosa (β). Hidrólisis y Fermentabilidad de la lactosa La enzima lactasa ya sea de origen bacterial o intestinal actúa sobre la lactosa liberando glucosa y galactosa que bajo la acción de otras enzimas como las producidas por bacterias acido- lácticas, producen la transformación de estos azucares en ácido láctico u otros componentes. Isomeros de la lactosa  La lactosa presenta 2 formas químicas α (alfa) y β (beta) con propiedades distintas. Propiedades Físicas de la lactosa Isomeros de la Lactosa Alfa H2O Beta Poder Rotatorio + 89 + 35 Temperatura de Fusión 202 º C 252 º C Concentración de 38 % 62 % Equilibrio a 15ºC Cristalización de las soluciones saturadas  por encima ------------------------------ Beta- anhídrido de 94º C  por debajo Alfa-hidratada ------------------------- de 94ºC Solubilidad inicial a 15ºC 7 50 (g por 100 gr. de H2O) Solubilidad inicial a 100ºC 7 9 (g. por 100gr. de H2O) Solubilidad Un fenómeno que se presenta en las industrias lecheras conocida como arenosidad, es un defecto que se encuentra relacionado con las propiedades de solubilidad de la lactosa ya que cuando la cantidad de lactosa presente sobrepasa el nivel de saturación, ella se cristaliza formando cristales detectables al paladar (tamaño mayor a 0.03 mm). Este fenómeno tiene gran importancia en la industria de las leches concentradas, azucaradas y helados. Pardeamiento El pardeamiento se produce cuando la lactosa de la leche es sometida a calentamiento en presencia de proteínas, por la interacción de la lactosa con las proteínas y las reacciones que se producen, se conocen como reacciones de Maillard, fenómeno producido en las leches evaporadas, esterilizadas y dulce de leche. En esta reacción hay destrucción de aminoácidos esenciales, particularmente lisina e histidina. La reacción de Maillard es semejante a la titulación con formol para determinar proteínas. El calentamiento excesivo también produce descomposición de la lactosa con formación de productos ácidos, como ácidos levulico y fórmico que activan el crecimiento de bacterias lácticas. La lactosa posee sabor edulcorante menor que la sacarosa. Una importante aplicación que se hace de la lactosa en la industria lechera se encuentra en los análisis refractométricos para la determinación del aguado y este varia de acuerdo a la concentración de la lactosa. Minerales  Representan el 0.6 al 0.8 % del peso de la leche, en los análisis se reportan como cenizas o es el residuo que queda después que la leche se ha incinerado o calcinada a temperaturas elevadas (500º C). Entre ellas podemos distinguir dos tipos, los macroelementos mayoritarios y los oligoelementos. Los Macroelementos que se encuentran en las cenizas: Calcio, Potasio, Cloro, Magnesio, Sodio, Fósforo, Acido cítrico o Citrato. Los oligoelementos principales de la leche: Aluminio, Bromo, Cobre, Hierro, Manganeso, Cinc, Boro, Plomo, estaño, vanadio y otros que se encuentran en la leche en forma de trazas. Importancia Industrial: La presencia de calcio es fundamental para producir la coagulación de la leche mediante el cuajo. El calcio y el fósforo forman el fosfato de  calcio (Ca 3 (PO4)2) en la leche, esta sal disminuye su solubilidad a medida que aumenta la temperatura, hasta que a temperaturas altas comienza a precipitar, por esto en las leches sobrecalentadas o sobrepasteurizadas se producen coagulaciones defectuosas. Aumentos moderados de la temperatura producen incorporación de Fosfato de Calcio a la fase micelar de la caseina con la cual aumenta la estabilidad del sistema. Vitaminas Las vit aminas son sustancias orgánicas que en pequeñas cantidades, permiten el crecimiento, mantenimiento y funcionamiento del organismo. Las vitaminas se clasifican en dos grupos según su solubilidad en el agua o en las grasas:  Vitamina Liposolubles: A, D, E, K su principal función es en la dieta y de acuerdo a la estación del año.  Vitaminas Hidrosolubles: B, B1, B2, B6, B12, C, que resultan de acción de los microorganismos del rumen de la vaca y no están sujetas a variaciones estaciónales. Las Vitaminas son susceptibles a destruirse por factores tales como, el tratamiento térmico, la acción de la luz y la oxidación Por ello para agregar vitamina a la Leche se debe establecer la cantidad que quedo en ella después de los tratamientos. Algunas vitaminas presentan propiedades altamente favorables para la industria, como el poder antioxidante de la vitamina A, procarotenos, vitamina C y vitamina E o tocoferol, estos protegen a la grasa de la leche de oxidaciones. Enzimas Son sustancias orgánicas complejas de origen proteico, capaces de iniciar reacciones químicas y que permanecen sin cambiar una vez que ha ocurrido su acción. En la leche se encuentran diversas enzimas tales como:  Lipasa: actúa solo sobre las grasas y produce hidrólisis originando el sabor rancio por liberación del ácido butírico, es termosencible, se destruye con la pasteurización (72 º C por 15 segundos).  Catalasa: Reacciona con el agua oxigenada o peroxido de hidrogeno liberando agua y oxigeno, los leucocitos contienen catalasa, así se detecta vacas con mastitis en pruebas con agua oxigenada.  Fosfatasa: se la utiliza para controlar si una leche fue correctamente pasteurizada ya que su destrucción ocurre a 72º C por 15 segundos.  Proteasa: participa en el proceso de proteólisis aséptica que puede producir el cuajado espontáneo de la leche; 37 ºC temperatura optima de actividad y 80 ºC por un minuto inactivan las proteosas.  Lisozima: se localiza en los leucocitos, tiene una acción bactericida sobre las bacterias Gran negativas. La pasterización a 62 ºC por 30 minutos produce perdida de su actividad en un 50%. Tiene un papel importante en la formación de la flora bifida constituida por Lactobacillus bifidus y facilita la digestión de la caseina por el lactante y esta sujeto a variaciones estaciónales (inferior cantidad en verano).  Xantin - oxidasa: reacciona en presencia del azul de metileno y formol. Es una deshidrogenada, moviliza el hidrogeno del agente reductor (formol) para fijarlo sobre el azul de metileno, transformándose en un leuco-derivado incoloro, produciendo una decoloración en el azul de metileno en 10 min. Se encuentra en la membrana del glóbulo graso y su destrucción depende de los tratamientos realizados a la leche.  Peroxidasa o Lactoperoxidasa: se trata de una porfirina rica en hierro, su pH óptimo de acción es de 6,8 y su inactivación se produce a 80 ºC durante 30 segundos o a 75 ºC por 30 minutos. Varía según el individuo y la raza.  Amilasa: proviene del tejido mamario. Existen dos tipos, la α amilasa y β amilasa, estas hidrolizan al almidón a dextrinas o maltosa. Su pH óptimo es de 6,4 a 34º C. La cantidad de Amilasa crece con el número de lactaciones. Composición de la leche en las diferentes especies La composición de la leche varía entre especies no solo en la proporción en que se encuentran los componentes sino también en la estructura química de los mismos. Según su contenido de albúmina, globulina y caseina se clasifican en: a. Leche Caseinosa: es cuando el contenido de caseina es superior al de albúmina y globulina (vaca, oveja, cabra) b. Leche Albuminosa: el contenido de albúmina y globulina es similar al de la caseina (mujer, yegua, burra) Esta clasificación es importante debido a que las leches albuminosas son mejor digeridas por el niño que las caseinosas. Composición de la Leche de las diferentes especies en 1 litro. Origen Extracto M. Grasa Azúcar Caseina Albúmina Sales seco Total g/l. g/l. g/l. g/l. g/l. g/l. Mujer 117-120 32-35 65-70 10-12 5-6 2-3 Yegua 95-100 9-15 60-65 10-12 7-8 3-4 Burra 95-105 10-12 60-70 8-12 7-9 4-5 Cabra 125-145 25-50 40-50 30-32 5-7 7-9 Oveja 170-185 55-70 43-50 45-50 8-10 9-10 Vaca 125-130 35-40 47-52 27-30 4-5 9-9,5