Composición bioquímica y fisicoquímica de la leche PDF

UA.1 Composición bioquímica y fisicoquímica de la leche. Marifer Rivas, M.Sc. Depto. Tecnología de los Alimentos Universidad ISA  Composición de la Leche Todos los diferentes sa...

UA.1 Composición bioquímica y fisicoquímica de la leche. Marifer Rivas, M.Sc. Depto. Tecnología de los Alimentos Universidad ISA  Composición de la Leche Todos los diferentes sabores y texturas en los productos lácteos son el resultado de cambios en sus componentes. Comprender la composición de la leche permite desarrollar nuevos productos y evaluar la calidad de los productos elaborados.  Principales Componentes de la Leche Leche Sólidos Totales Sólidos Lácteos No Grasos Agua Sólidos (MSNF) Grasos Lactosa Proteínas Minerales  Principales Componentes de la Leche Composición (%) de la leche de diferentes especies de mamíferos: Proteína Especie Agua Grasa Lactosa Caseína Ceniza de suero Vaca 87.3 4.4 4.6 2.8 0.7 0.6 Búfalo 82.2 7.8 4.9 3.2 0.8 0.6 Oveja 82.0 7.6 4.8 3.9 0.9 0.7 Cabra 86.7 4.5 4.4 2.6 0.8 0.6 Humano 87.1 4.6 6.8 0.4 0.2 0.7 Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Principales Componentes de la Leche Composición fisicoquímica de la leche de vaca: Composición Componente Estado fisicoquímico promedio (%) Agua 87.5 Solvente Grasa 3.9 Emulsión aceite en agua (o/w) Proteínas 3.4 Suspensión o solución coloidal Lactosa 4.8 Solución verdadera Minerales 0.8 Solución verdadera Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Proteínas Estructura terciaria de las proteínas Aminoácido Estructuras primaria y Estructura cuaternaria secundaria de las proteínas de las proteínas Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Proteínas En la leche se encuentran 18 de los 20 aminoácidos que existen en la naturaleza. Asparagina (Asn) y Glutamina (Gln) son los dos aminoácidos que no están presentes en la leche. Los nueve aminoácidos esenciales para el ser humano se encuentran en la leche.  Proteínas Aproximadamente el 80% de las proteínas de la leche son caseína. La caseína tiene una forma micelar La caseína se precipita a un pH de 4.6 a 20 °C. Micela de caseína con 120 nm de diámetro (Dalgleish y Goff, 2004). El resto de las proteínas se denominan comúnmente proteínas de suero. Estas floculan a un pH de 4.6 pero a 77 °C.  Proteínas Concentración en la Porcentaje de la Proteínas de la leche leche (g/kg) proteína total (w/w) αs1-caseína 10.7 32.0 αs2-caseína 2.8 8.4 β-caseína 8.6 26.0 Caseínas κ-caseína 3.1 9.3 γ-caseína 0.7 2.4 Caseína total 26.0 78.3 α-lactalbúmina 1.2 3.7 β-lactoglobulina 3.2 9.8 Seroalbúmina 0.4 1.2 Seroproteínas Immunoglobulinas 0.8 2.4 Otras (incluyendo peptona-proteasa) 0.8 2.4 Seroproteína total 6.4 19.0 Otras (incluyendo proteínas de la membrana del glóbulo graso) 0.9 2.7 Proteína total 33.3 100.0 Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Caseína La caseína en la leche se encuentra en forma de micelas, en suspensión en la parte acuosa de la leche. Estructura de una submicela de caseína. Fuente: Dairy Processing Handbook (Bylund, 1995)  Caseína El fosfato de calcio y las interacciones hidrofóbicas son las principales responsables de mantener la unión de las submicelas de caseína. Construcción y estabilización de una micela de caseína Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Caseína En la elaboración de quesos, la caseína se precipita para obtener la cuajada. Hay dos tipos de precipitación de caseína: Precipitación ácida. Precipitación enzimática.  Caseína En la precipitación ácida la leche alcanza su punto isoeléctrico (pH = 4.6), la caseína se vuelve inestable y se precipita. pH = 6.6 pH = 4.6 Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Caseína En la precipitación enzimática el cuajo interactúa con la κ-caseína, la desestabiliza y causa la precipitación. Micelas de κ-caseína, Enzimas proteolíticas (cuajo). Micelas agregadas de solubles en agua por los Glucopéptidos ácidos. para-κ-caseína péptidos hidrofílicos en el (cuajada). Micelas de para-κ-caseína, exterior. menos solubles en agua. Adaptación de Lersch (2014)  Proteínas del suero α-Lactoalbúmina Es un 3.7% del total de la proteína de la leche. Tiene varias alfa hélices y una hoja beta. Su desnaturalización por calor es reversible. Asociada con la síntesis de lactosa en la α-Lactoalbúmina ubre.  Proteínas del suero β-Lactoglobulina Es un 9.8% del total de la proteína de la leche. Su daño por calor no es reversible: Causa un sabor a cocido si se lleva arriba de 80 °C. Sulfuros reaccionan con la κ-caseína inhibiendo la quimosina. Fuente: Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Lactosa Es el único carbohidrato naturalmente presente en la leche, en un 4.8% en promedio. Es un disacárido formado por la unión de una molécula de glucosa y una de galactosa.  Lactosa Está en solución verdadera en la leche. La solubilidad de lactosa aumenta con la temperatura y puede ocurrir cristalización durante el enfriamiento. Permite elaborar productos fermentados. Es el sustrato de las bacterias en la fermentación láctica, donde se convierte mayormente en ácido láctico.  Lactosa La lactosa afecta el cuerpo, la textura y la dulzura (o acidez) de un producto lácteo. Baja el punto de congelación de los helados. La lactosa puede afectar el color de un producto por caramelización y/o reacción de Maillard que ocurren durante tratamiento térmicos.  Lactosa La lactosa brinda 1/5 de la dulzura de la sacarosa. La dulzura de la lactosa es Azúcares Dulzura Relativa enmascarada por la caseína, Fructosa 1.2 – 1.5 Sacarosa 1.0 por esto el suero es más dulce Glucosa 0.5 – 0.8 que la leche del cual proviene Galactosa 0.6 (bebidas de suero). Lactosa 0.2 Dulzura relativa de algunos azúcares. Adaptado de Food Chemistry (Fennema et al., 2008).  Lactosa Componente responsable de intolerancia a la lactosa. La lactosa no puede hidrolizarse en el intestino delgado por falta de β-galactosidasa. Esto produce en el ser humano distensión, cólicos, diarrea, calambres e hinchazón. En respuesta a esto, la industria láctea desarrolló la leche deslactosada. Es más dulce que la leche normal porque los monosacáridos tienen un poder edulcorante mayor.  Grasa La grasa en la leche está como emulsión (o/w), suspendida en la fase hídrica en forma de glóbulos. Hay de tres a cuatro millones de glóbulos grasos por mililitro de leche. Fuente: Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Grasa De la grasa Perfil de Ácidos Grasos de la Leche Porcentaje del total Punto de de la leche, Ácidos grasos de ácidos grasos fusión (°C) 2/3 son Butírico 3.0 - 4.5 -7.9 Caproico 1.3 - 2.2 -1.5 grasa Caprílico 0.8 - 2.5 16.5 saturada y Saturados Cáprico 1.8 - 3.8 31.4 Láurico 2.0 - 5.0 43.6 1/3 es Mirístico 7.0 - 11.0 53.8 grasa Palmítico 25.0 - 29.0 62.6 Esteárico 7.0 - 3.0 69.3 insaturada. Oleico 30.0 – 40.0 14.0 Linoleico 2.0 – 3.0 -5.0 Insaturados Linolénico 3.0 - 4.5 -5.0 Araquidónico 1.3 - 2.2 -49.5 Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Grasa Tipos de moléculas de grasa en la leche: Triglicéridos. Diglicéridos. Monoglicéridos. Ácidos grasos libres. Esteroles. Carotenoides. Vitaminas liposolubles Composición del glóbulo graso. (A, D, E, K). Fuente: Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Grasa El centro del glóbulo graso es mayormente triglicéridos. Estos son el 97 – 98% de la grasa total de la leche. Protege la grasa de la acción de lipasas. Estructura de un triglicérido  Grasa Al dejar en reposo la leche, los glóbulos grasos flotan hacia la superficie del recipiente. Fuente: Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015) Esta es la razón por la cuál se homogeniza la leche, para evitar que haya separación de fases en la emulsión.  Grasa Botellas de leche sin homogeneizar: Whole 2% 1% Skim  Grasa La homogenización aumenta el número de glóbulos grasos en la leche 10 veces. También incrementa la susceptibilidad del glóbulo graso a la acción de las lipasas. Esto causa rancidez en la leche por la liberación de ácidos grasos de la molécula de glicerol. El ácido butírico causa olor y sabor a rancio. Fuente: Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Grasa Lipólisis u oxidación de la grasa es la degradación de los triglicéridos en glicerol y ácidos grasos. Daños físicos en los glóbulos grasos afectan la lipólisis. Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Vitaminas Liposolubles (A, D, E, K) Su concentración varía dependiendo de la raza, alimentación y luz solar. Se ven poco afectadas por tratamientos térmicos (en leche sin fortificar). Hidrosolubles (C, Complejo B) Su concentración es relativamente constante en la leche. Provienen de la biosíntesis de bacterias ruminales. Se ven afectadas por tratamientos térmicos y por las condiciones de almacenamiento del producto (luz, oxígeno).  Vitaminas Vitamina A (Retinol): Sensible a la oxidación. Se degrada con el oxígeno del aire catalizado por radiación ultravioleta de la luz. Ayuda a la buena salud de la vista. Liposoluble y termoestable. La mantequilla es la principal fuente Retinol de Vitamina A. Hasta 40,000 UI/100 g de mantequilla Los carotenos son precursores de la vitamina A. La alimentación del ganado es importante (pastos).  Vitaminas Vitamina D (Colicalciferoles): Ayuda en la retención de calcio y fósforo. La leche contiene 15-20 UI/L. Liposoluble y termoestable. Sensible a la oxidación. El calostro tiene más vitamina D que la leche. Colecalciferol (D2) Ergocalciferol (D3)  Vitaminas Vitamina E (Tocoferoles): Su ausencia causa trastornos sexuales y distrofia muscular. La leche tiene de 0-75 a 1.00 mg/L. Termoestable y fotosensible. Actúa como antioxidante. Forraje verde. α-tocoferol  Vitaminas Vitamina K (Naftoquinonas) Antihemorrágico, ayuda en la coagulación de la sangre. Contiene 2000 unidades. Termoestable. El aire la ataca lentamente. Hay poca variación en su Estructura de varias formas de Vitamina K Fuente: Food Chemistry (Fennema et al. 2008) concentración en la leche.  Minerales Componentes inorgánicos de la leche junto con el agua. Como minerales individuales destacan Ca, P, Na y K. Principales Minerales en la Leche Mineral Concentración (mg/L) K 1100 - 1700 Ca 1100 - 1300 Cl 900 - 1100 P 900 - 1000 Na 350 - 900 Mg 90 - 140 Fe 0.3 - 0.6  Enzimas Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas sin ser consumidas en la reacción. Son específicas, cada enzima cataliza un tipo de reacción. Su capacidad catalítica depende del pH y la temperatura del medio. Enzima Sustrato Adaptado de Dairy Processing Handbook (Bylund, 2015)  Enzimas Enzimas de la leche: Catalasa. Lipasas. Proteasas. Lactoperoxidasa. Lisozima. Ribonucleasas. Fosfatasa Alcalina. Amilasas. Fosfatasa Ácida. Funciones de enzimas en la leche: Factor de degradación de sustratos. Acción antibacteriana. Indicadores.  Enzimas Catalasa: Enzima de origen bacteriano presente en todas las leches. Ligada a membrana del glóbulo graso, pero es arrastrada por la caseína cuando esta se precipita. Destruida en pasteurización a 68 °C/30 min. Mecanismo de defensa ante bacterias Gram negativas (descompone peróxido de hidrógeno). Indicador de calidad higiénica, más catalasa indica una mayor cantidad de bacterias.  Enzimas Lactoperoxidasa: Una de las primeras enzimas descubiertas, presente en todas las leches. Su concentración aumenta a medida que aumenta el maíz en la dieta del animal. Responsable de fase bacteriostática después del ordeño. Se desnaturaliza a 80 °C.  Enzimas Lipasas: Presente en todas las leches. Se inactiva con la pasteurización. Existen lipasas bacterianas y m-LPL (milk LipoProtein-Lipase). Dos tipos de lipasas: Lipasas de membrana. Lipasas del plasma. Dos tipos de lipólisis: espontánea e inducida.  Enzimas Fosfatasa alcalina: Termolábil, se desnaturaliza a 71 °C. Indicador de pasteurización, está ausente en leche pasteurizada. Se puede reactivar después de pasteurización, sobre todo en condiciones reductoras (anaeróbicas) y en caso de tratamientos térmicos rápidos (HTST y UHT).  Enzimas Fosfatasa ácida: Termoestable, se desnaturaliza a 96 °C/5min de forma irreversible. Indicador de Pasteurización, ausente en productos UHT. Desfosforila la caseína haciéndola más reactiva y oxidable. Presenta mayor actividad en el calostro.  Efectos de la Composición Las características de todos los productos lácteos dependen de la composición y las características de la leche cruda usada como materia prima. Cada componente de la leche es responsable de efectos sensoriales en el producto final.  Efectos de la Composición Color y apariencia Todos los componentes de la leche tienen un efecto en los estímulos visuales. Los carotenos dan un tono amarillo a los productos. Tonos amarillos o pardos son el resultado de reacciones de empardeamiento no enzimático. El exceso de minerales le da una apariencia no deseada a los productos.  Efectos de la Composición Textura o consistencia La grasa es responsable de la suavidad o cremosidad de muchos productos lácteos. Las proteínas permiten que los helados tengan su consistencia ligera característica. El agua y las proteínas determinan la textura de los quesos. Péptidos cortos producen quesos moldeables y péptidos largos producen quesos quebradizos.  Efectos de la Composición Aroma y sabor La lactosa da dulzura a los productos, pero si se fermenta causará acidez. Cuando las proteínas se degradan a péptidos cortos, producen sabores amargos. Los ácidos grasos libres causan sensaciones de rancidez. Las proteínas expuestas altas temperaturas producen sabores a cocido por las reacciones de los átomos de azufre. ¿Preguntas?