UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS
301105- TECNOLOGÍA DE LACTEOS
MARGARITA GOMEZ DE ILLERA (Director Nacional)
CLEMENCIA ALAVA VITERI Acreditador
TABLA DE CONTENIDO
Pag.
UNIDAD I. CIENCIA DE LA LECHE Y CALIDAD DE LA LECHE 6
Objetivos 10
Autoevaluación inicial 11
Capítulo 1. Definición, composición, estructura de la leche 12
Lección 1. Definición legal y dietética 12
Lección 2. Definición física y propiedades 13
Lección 3. Definición química y propiedades 16
Lección 4. Otras propiedades importantes en la leche 18
Lección 5. Fases de la leche 23
Capítulo 2. Propiedades físicas y químicas de los componentes
de la leche 27
Lección 6. Lípidos 27
Lección 7. Proteínas 30
Lección 8: Carbohidratos 35
Lección 9. Sales y minerales y Vitaminas y Enzimas 37
Lección 10: Efectos en los tratamientos térmicos de la leche 40
Capítulo 3: Microbiología y Calidad de la leche 43
Lección 11. Principales grupos de bacterias en la leche 43
Lección 12. Levaduras y mohos 46
Lección 13. Aseguramiento de la calidad lechera: Medidas higiénicas
ARYCPC (HACCP) 46
Lección 15. Estandarización de la leche 56
LECTURA COMPLEMENTARIA 58
“Algunas reflexiones sobre la calidad de la leche en Colombia”
UNIDAD II Tecnología de los productos lácteos: leche cruda 65 Leche evaporada- leche fermentada
Capitulo 1. Tratamiento de la leche para consumo directo 69
Lección 16. Enfriamiento 69 Lección 17. Almacenamiento 69 Lección 18. Higienización 70 Lección 19. Descremado 72 Lección 20. Pasteurización 73 LECTURAS COMPLEMENTARIAS 80
Capítulo 2: leches concentradas y evaporadas 83
Lección: 21 Descripción general 83
Lección 22. Proceso de elaboración de la leche evaporada 84
Lección 23. Defectos en la leche evaporada 92
Lección 24. Leche condensada azucarada 94
Lección 25. Leche en polvo 98
Capitulo 3. Leches fermentadas 107
Lección 26. Generalidades y Valor nutritivo
107 Lección 27 Características de las bacterias lácticas
109
Lección 28: Tipos de cultivos 111
Lección 29. Clasificación de los productos fermentados 112
Lección 30. El yogurt 115
LECTURAS COMPLEMENTARIAS 123
A. Transferencia de calor 123
C. Aplicación de calor en la industria lechera
128
UNIDAD III.Tecnología de los productos lácteos: fabricación de
136 Quesos y otros productos lácteos.
Capítulo 1. Tecnología de la fabricación del queso
136
Lección 31. Aspectos nutricionales del queso 140 Lección 32. Clasificación de los quesos 140
Lección 33. Materias primas 145
Lección 34. Materias primas secundarias 153 Lección 35. Principios tecnológicos en la fabricación del queso
159
Capítulo 2. Tecnología de los quesos colombianos 185
Lección 36: Quesos frescos no ácidos 185
Lección 37. Quesos ácidos 197
Lección 38: Quesos madurados 204
Lección 39: Defectos de los quesos 210
Lección 40: Aprovechamiento del suero lácteo y Equipos en 213 La fabricación del queso
Capítulo 3. Otros productos derivados de la leche 218
Lección 41. La mantequilla 220
Lección 42. Defectos de la mantequilla 227
Lección 43. El helado 229
Lección 44. Defectos del helado 238
Lección 45. El Arequipe y el manjar blanco 240
BIBLIOGRAFIA 247
LISTADO DE TABLAS
1. Composición química de la leche en diferentes especies
2. Composición lípidos saponificables y no saponificables de la leche
3. Efectos del calentamiento sobre los componentes de la leche
4. Tiempo de muerte térmica de algunas bacterias patógenas
5. Conservación de los cultivos congelados
6. Aminoácidos esenciales en la caseína
7. Valor nutricional de algunos aminoácidos
8. Clasificación de los quesos según la humedad
9. Clasificación de los principales quesos colombianos
10. Características de las dos formas de coagulación de la leche
11. Características fisicoquímicas de la cuajada
12. Características fisicoquímicas del queso campesino
13. Características fisicoquímicas del queso costeño
14. Características fisicoquímicas del queso antioqueño
15. Características fisicoquímicas del queso doble crema
16. Características fisicoquímicas del quesillo huilense
17. Características fisicoquímicas del queso pera
18. Características fisicoquímicas del queso paipa
19. Defectos de los quesos
LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS
1. Modificación de la leche a temperatura ambiente 2. Molécula de un triglicérido
3. Membrana del glóbulo graso 4. Aminoácido alfa amino carboxílico 5. Cadena peptídicos
6. Proteína Nativa
7. Proteína desnaturalizada 8. Micela de caseína
9. Circulación en un intercambiador de calor
10.Diagrama de Flujo para la elaboración de la leche evaporada 11.Proceso de estandarización de la leche
12.Elaboración de la leche condenada azucarada 13.Elaboración de la leche en polvo
14. Diagrama de flujo para el proceso de elaboración del yogurt 15.Adición del cuajo
16.Corte de la cuajada
17. Diagrama de liras y sistemas de corte de la cuajada 18. Agitación de los granos de la cuajada
19. Salazón
20. Moldes para quesos
21. Diagrama de prensa mecánica para quesos 22. Cuajada
23. Diagrama de Flujo para la elaboración de la cuajada 24. Queso campesino
25. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso campesino 26. Queso costeño
27. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso costeño 28. Quesito antioqueño
29. Diagrama de Flujo para la elaboración del quesito antioqueño 30. Queso doble crema
31. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso doble crema 32. Diagrama de Flujo para la elaboración del quesillo huilense 33. Queso pera
34. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso pera 35. Quesos madurados y queso paipa
36. Diagrama de Flujo para la elaboración del queso paipa 37. Diagrama de Flujo para la elaboración de la mantequilla
ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
El contenido didáctico del curso académico: Tecnología de Lácteos fue diseñado inicialmente en el año 2005 por la Ingeniera Margarita Gómez de Illera docente de la UNAD, ubicada en la sede José Celestino Mutis en Bogotá . Es Ingeniera de Alimentos y especialista en Pedagogía para el Desarrollo del Aprendizaje Autónomo, egresada de la UNAD. Se ha desempeñado como tutora en la modalidad tradicional de la UNAD desde el 1991 hasta el año 2000 y como docente en Planta provisional desde el año 2005 al año 2010, desempeñándose como directora de los cursos de Tecnología de Lácteos y de Introducción a la Ingeniería de Alimentos.
El contenido didáctico ha tenido tres actualizaciones: una en el año 2008, otra en el año 2009 y otra en el año 2010. Todas desarrolladas por la Ingeniera Margarita Gómez de Illera.
La versión del contenido didáctico que actualmente se presenta tiene como características: 1) Reestructuración y actualización dde contenidos de las diferentes unidades.
La Ingeniera Clemencia Alava Viteri del Cead de Pasto, Ingeniera de Alimentos, tutora de la UNAD y experta en la industria de productos lácteos ha colaborado en el proceso de revisión de contenidos y ha hecho aportes disciplinares, didácticos y pedagógicos en el proceso de acreditación del material didáctico desarrollado en el mes de Julio de 2009.
INTRODUCCIÓN
La industria lechera en Colombia, ha tenido un gran auge en el país debido a la implantación de tecnología en la producción de leche desde el manejo del ganado lechero, el ordeño y su elaboración de leche para el consumo directo, apareciendo varios tipos de leche como la pasterizada, la ultra pasterizada, leche larga vida y últimamente la leche deslactosada, cada uno de estos tipos de leche presentan sus ventajas con respecto a su tecnología, sus características físicas y químicas pero igualmente conservan su valor nutritivo y sus características organolépticas. Sin embargo en algunas regiones del país todavía se comercializa la leche sin pasterizar, convirtiéndose en un gran riesgo para la población que la consume. La leche es uno de los productos de gran valor proteico pero también bastante perecedero por lo que la mayoría de las fábricas que producían leche para el consumo directo, hoy en día transforman la leche en una gran variedad de productos como, las leches concentradas (evaporadas y condensadas), la leche en polvo, las leches fermentadas ( yogurt, Kumis, Kéfir, entre otras), una gran variedad de quesos, y otros productos como el helado, el arequipe, el manjar-blanco, y demás postres cuya materia prima principal es la leche. Con la obtención de dichos productos se puede lograr una conservación por períodos más prolongados de la leche y contribuir a la nutrición del hombre en la medida que aportan los mismos nutrientes de la leche y mejor aún se logra una mejor digestibilidad de esos nutrientes.
El enfoque del presente material, es el de dar a conocer de una forma sencilla y comprensible los principios científicos y técnicos que se involucran en los procesos de elaboración de la leche para consumo directo como tal y de los productos obtenidos de su transformación industrial. Para lo cual se inicia con un capítulo dedicado a describir los diferentes aspectos de la ciencia de la leche, que comprende desde sus características físicas, químicas, y bioquímicas. Se describen las características de sus componentes mayores, para que el estudiante pueda comprender más adelante los efectos que los tratamientos térmicos ocasionan en los diferentes componentes de la leche y las diferentes cambios que sufre la leche en las etapas de la elaboración de los productos que se obtienen a partir de la misma.
Se sabe que actualmente existen en el país grandes industrias que se dedican a producir y comercializar la leche pasterizada, con sus diferentes variedades (baja
en grasa, de larga duración, deslactosada, entre otras) y los productos derivados de su transformación industrial, pero dichas fábricas se encuentran concentradas principalmente en las siguientes ciudades del país como: Bogotá (Algarra, Alpina, Colanta, Nestlé, Alquería, Parmalat, Colácteos, Proleche entre otras); Palmira ( productos lácteos andina Ltda.) Medellín ( Prolácteos y Colanta), de las cuales se mencionan las marcas de mayor consumo, pudiéndose asegurar, que dichas empresas cuentan con gran tecnología en su producción y por ende ofrecen productos de buena calidad, que le permite competir en el mercado nacional e internacional.
Como se puede observar la producción tecnológica de la leche y sus productos derivados, está bastante centralizada, pero existe una gran mayoría de pequeños productores, que requieren de profesionales que los asesoren para darle a su producto la calidad óptima que se requiere, aún si contar con un buen desarrollo tecnológico y es el Ingeniero de alimentos, quien debe ser el profesional preparado para asesorar a los pequeños empresarios, por los conocimientos obtenidos sobre los fundamentos tecnológicos de la industria láctea, será quien podrá adoptar, adaptar tecnología que apunten a desarrollar nuevos productos o mejorar los que actualmente se ofrecen en el mercado. Además de poder trabajar en cualquier industria láctea.
Por lo anterior el propósito de este material no es que los estudiantes, aprendan recetas ni procedimientos técnicos para obtener un producto, sino que a través del conocimiento y comprensión de los principios de transferencia de masa y calor que ocurren en los diferentes procesos tecnológicos que abarca la industria de la leche, de los cambios físicos y químicos que ocurren en las diferentes etapas del proceso para obtener un determinado producto, de los defectos que pueden ocurrir en los productos en proceso y terminado, cuando no se cumplen con los parámetros adecuados; al terminar su estudio, sean capaces de producir cualquier tipo de producto derivado de la leche, de desarrollar nuevos productos o productos mejorados, con la calidad exigida tanto desde el punto de vista técnico como nutricional y microbiológico.
Este material abarca el estudio de los siguientes aspectos: En su primera unidad se dedica al estudio de la ciencia de la leche, desde el estudio de sus componentes químicos, sus propiedades físicas y químicas y la microbiología y calidad de la leche. La segunda Unidad trata sobre los principios tecnológicos de en la elaboración y estandarización de los productos lácteos como: leche cruda – leche concentrada y evaporada y leche fermentada. La tercera unidad trata los principios tecnológicos en la producción quesera y especialmente en la
producción de los quesos colombianos y finalmente se dedica otro capítulo específicamente a la tecnología de otros derivados de la leche.
Este material cuenta además con una guía didáctica, con la cual se apoyará al estudiante durante el estudio de los diferentes capítulos a través de la propuesta de diferentes actividades de aprendizaje y de evaluación, que le permitirán obtener una mejor comprensión de las diferentes temáticas y el desarrollo de competencias como las cognitivas, comunicativas, valorativas y contextuales para lograr finalmente, una formación integral a través del estudio del curso. También se cuenta con la Guía para el desarrollo del componente práctico, en donde se darán instrucciones precisas sobre las prácticas mínimas a desarrollar, asimismo los análisis mínimos de control de calidad que se le deben hacer a la materia prima, productos en proceso y producto terminado, que se pueden desarrollar en las Plantas piloto y laboratorios de la UNAD.
OBJETIVOS DEL CURSO
General: Lograr que los estudiantes sean capaces de aplicar los principios científicos y tecnológicos relacionados con la leche y los productos derivados de la misma para que propongan y desarrollen proyectos que implique el aprovechamiento de la leche como materia prima y den soluciones a problemas específicos que se detecten en su entorno relacionados con el la producción lechera.
Objetivos específicos:
• Comprender lo relacionado con la ciencia de la leche, teniendo en cuenta Definición, estructura, características físicas químicas bioquímicas y microbiológicas.
• Conocer los diferentes efectos de los tratamientos térmicos en la leche • Reconocer la importancia de la leche y sus productos en la alimentación
humana
• Conocer los diferentes etapas que se realizan sobre la leche para su industrialización
• Conocer los procesos tecnológicos para la obtención de: leches concentradas, leche en polvo, mantequilla, leches fermentadas, quesos, y helados.
• Conocer los diferentes defectos que se presentan en cada uno de los productos obtenidos a partir de la leche, identificar sus causas y la forma de corregirlos o evitarlos
• Aprender los cálculos matemáticos que se requieren en cada uno de los procesos para la estandarización de los diferentes productos
• Reconocer los principios de transferencia de calor y masa que ocurren en los procesos para obtener los productos
• Reconocer los principios sobre el balance de materia y energía como herramienta importante para la determinación del rendimiento del proceso y del cálculo del costo de energía respectivamente
UNIDAD I. 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.
Justificación
Para poder entender los principios tecnológicos en todos los tratamientos de la leche desde la leche cruda para obtenerla como producto de consumo directo hasta todos los tratamientos a que es sometida la leche para obtener todos los productos derivados es necesario conocer la ciencia de la leche enfocado al estudio de sus propiedades físicas y químicas de los diferentes componentes de la leche y los efectos que sobre sus propiedades causan todos los tratamientos térmicos para conservarla. Por otra parte la calidad de la leche fresca y de todos sus productos es fundamental para que los productos que se obtiene de la leche sean aptos para el consumo humano.
Objetivo general
Conocer y comprender todos los aspectos relacionados con la ciencia de la leche desde sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas, las características de sus componentes y los diferentes cambios físicos, químicos, bioquímicos, microbiológicos que sufre la leche desde su obtención como materia prima (en el ordeño), su almacenamiento y en los procesos de industrialización.
Objetivos específicos
1. Conocer y comprender las diferentes definiciones de la leche desde su calidad nutricional, sus propiedades físicas y químicas.
2. Conocer y comprender otras características de la leche como: variabilidad, complejidad y alterabilidad.
3. Conocer y comprender algunas modificaciones que sufre la leche desde el ordeño, almacenamiento y transformación, hasta el consumo final.
4. Conocer y comprender las diferentes fases de la leche
5. Conocer y comprender las propiedades físicas y químicas de los diferentes componentes de la leche.
6. Conocer y comprender los efectos en los tratamientos térmicos de la leche 7. Entender todo lo relacionado con la microbiología de la leche: bacterias,
mohos y levaduras.
8. Conocer y comprender las diferentes medidas que se deben tomar para evitar el crecimiento de microorganismos causantes de alteraciones de la leche.
CONTENIDO
Capítulo 1. Definición, composición, estructura de la leche 12
Lección 1. Definición legal y dietética 12
Lección 2. Definición física y propiedades 13
Lección 3. Definición química y propiedades 16
Lección 4. Otras propiedades importantes en la leche 18
Lección 5. Fases de la leche 23
Capítulo 2. Propiedades físicas y químicas de los componentes
de la leche 27
Lección 1. Lípidos 27
Lección 2. Proteínas 30
Lección 3: Carbohidratos 35
Lección 4. Sales y minerales y Vitaminas y Enzimas 37
Lección 5: Efectos en los tratamientos térmicos de la leche 40
Capítulo 3: Microbiología y Calidad de la leche 43
Lección 1. Principales grupos de bacterias en la leche 43
Lección 2. Levaduras y mohos 46
Lección 3. Aseguramiento de la calidad lechera: Medidas higiénicas
ARYCPC (HACCP) 46
Lección 4. Calidad de la leche cruda 51
Lección 5. Estandarización de la leche 56
LECTURA COMPLEMENTARIA 58
AUTOEVALUACIÓN INICIAL
Estimado estudiante antes de iniciar el estudio de esta unidad, primero que todo debe consultar la guía didáctica y desarrollar las actividades de reconocimiento planteadas.
También es importante que usted trate de contestar las siguientes preguntas, para que analice que tanto sabe del tema y que tanto necesita y debe saber.
1. Defina con sus propias palabras ¿Qué es la leche?
2. ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la leche?
3. ¿Considera usted que la composición de la leche depende de la especie de donde provenga? ¿En qué componentes serían esas diferencias?
4. ¿Cuáles son los factores que causan la variabilidad de la leche en su composición y propiedades?
5. ¿En qué consiste la complejidad de la leche?
6. ¿cuáles son las modificaciones que sufre la leche desde su ordeño, cambios de temperatura y durante su proceso tecnológico?
7. ¿Describa brevemente las diferentes fases de la leche?
8. ¿Cuáles son los componentes principales de la leche? Descríbalos brevemente.
9. Describa brevemente cuáles son los efectos que causan los tratamientos térmicos sobre la leche.
10.¿Cuáles son las principales bacterias que se pueden encontrar en la leche ¿
11.¿Cuáles son las levaduras y los mohos que se pueden encontrar en la leche o en los productos obtenidos de los procesos de industrialización? 12.¿Qué medidas se deben tener en cuenta para evitar la contaminación de
CAPITULO 1. DEFINICIÓN, COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LA LECHE
Este capítulo abarcará el estudio de las siguientes temáticas: Lección 1. Definición legal y dietética
Lección 2. Definición física y propiedades Lección 3. Definición química y propiedades
Lección 4. Otras propiedades importantes en la leche Lección 5. Fases de la leche
LECCIÓN 1. Definición Legal y Dietética de la leche 1.1 Definición legal
“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”1
La características principales que se tienen en cuenta para medir la calidad de la leche son.: densidad, índices crioscópicos y de refracción, acidez, grasa y sólidos no grasos, cantidad de leucocitos, gérmenes patógenos y presencia de antisépticos, antibióticos y sustancias alcalinas.
El calostro, es el producto segregado por la glándula mamaria inmediatamente después del parto de la vaca, es una sustancia que presenta una composición muy diferente a la leche y contiene una cantidad de proteínas en el suero, especialmente inmunoglobulinas que son necesarias para la nutrición del ternero, pero que su presencia daña la calidad de la leche en la medida que se gelifica con el calentamiento de la leche por ejemplo a uno 800C, produciendo la coagulación de la leche.
1.2Definición 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 B12 (riboflavina) la B1
(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 linoléico, el butírico y caproico es lo que hace que la grasa de la leche tenga un bajo punto de fusión.
LECCION 2. Definición Física y sus 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.
2.1 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.
2.2 Otras propiedades físicas son:
• Gravedad específica: oscila entre 1.028 – 1.034 expresada en grados de densidad. Al determinar la densidad de la leche con el lactodensímetro, ese valor debe ajustarse para una temperatura de 150C, adicionando o restando el factor de corrección de 0.0002 por cada grado centígrado leído por encima o por debajo de los 150C.
• Densidad de la leche: esta relacionada con la combinación de sus diferentes componentes: el agua (1.000 g/ml); la grasa (0.931g/ml); proteína (1.346g/ml); lactosa (1.666 g/ml) minerales (5.500 g/ml) y Sólidos no grasos (S.N.G. =1.616 g/ml).
Por lo anterior la densidad de una leche entera sería aproximadamente de 1.032 g/ml, una leche descremada de 1.036 g/ml y una leche aguada tendría una densidad aproximada de 1.029 g/ml.
• PH (concentración de hidrogeniones). El pH es el logaritmo del inverso de la concentración de iones de hidrógeno. Cuando la concentración de iones de hidrógeno es de 10-1 a 10-7, corresponde a un pH de 1 a 7 es decir, medio ácido. Si la concentración de iones de hidrógeno es de 10-7a 10-14 (pH 7 a 14) el medio será alcalino (el pH =7 es neutro). Dichas
variaciones depende del estado de sanidad de la leche y de los microorganismos responsables de convertir la lactosa en ácido láctico. • Acidez: la leche cruda presenta una acidez titulable resultante de cuatro
reacciones, de las cuales las tres primeras corresponden a la acidez natural de la leche cruda y la cuarta reacción corresponde a la acidez que se va formando en la leche por acción de las bacterias contaminantes.
Acidez natural se debe a:
1. Acidez de la caseína anfótera, constituye cerca de 2/5 partes de la acidez natural
2. Acidez de las sustancias minerales, del CO2 y de ácidos orgánicos
naturales, aproximadamente las 2/5 partes de la acidez natural.
3. Reacciones de los fosfatos, cerca de 1/5 parte de la acidez natural.
La determinación de la acidez de la leche es muy importante porque puede dar lugar a determinar el grado de alteración de la leche. Regularmente una leche fresca debe tener una acidez de 0.15 a 0.16%, 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 oxidorreducción: El potencial de oxidorreducción (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. El Eh de la leche se debe al contenido de: oxígeno, sustancias reductoras naturales (reductasa aldehídica, ácido ascórbico y tratamientos tecnológicos).
La contaminación por bacterias incrementa el poder reductor de leche, ya 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 +0.054V y con la reducción de la resarzurina (azul pizarra) se produce la resofurina (rosada) y la dihidrorresofurina (incolora), a un Eh de +018 y +0.19 V, la resarzurina, reacciona antes que el azul de metileno y detecta la presencia de leucocitos. Mediante este método se podrá evaluar los cambios en la calidad de la leche. • Viscosidad.La viscosidad de la leche indica la resistencia que se opone al
fluído. La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura y depende de la composición del líquido, del estado físico de las sustancias coloidales dispersas, y del contenido de materia grasa. 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 –0.5130C a –0.565 0C. 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.0C) de:
Leche completa... 0.93 – 094 Leche descremada... 0.94 –0.96 Suero de queso...0.97
Grasa... 0.40 –0.60
• Punto de ebullición. La ebullición de la leche se inicia a partir de los 100.170C, 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 700C, sin causar ningún deterioro a los
• 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 1.3440 y 1.3485, 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. Para la determinación del índice de refracción se utilizan instrumentos como el refractómetro de Abbé que se utiliza para productos descremados y leches concentradas azucaradas o refractómetros de inmersión como el lactómetro “Bertuzzi” para medir el índice de refracción del suero obtenido de la coagulación de la caseína.
• 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... 1.032 g/ml Densidad de la leche descremada... 1.036 g/ml Densidad de la materia grasa... 0.940 g/ml Calorías por litro... 700 calorias PH... 6.6 – 6.8 Viscosidad absoluta... 1.6 –2.15
Índice de refracción 1.35
Punto de congelación... -0.550C
Calor específico... 0.93 cal /g 0C
LECCION 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.
3.1 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.
3.2 Materia 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) + 0.66
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 1.033 entonces se debe usar como D el 33.
Queensville:
Gramos/lt S.T. = (10.6 x %G) +2.75 (D – 1000)
En este caso se utiliza el dato de la densidad D como una cifra entera o sea 1033. Fleischmann:
%S.T. = (1.2 x%G) + 2.665 x (D – 1000) x 100 D
En este caso también la densidad D se usa como número entero, o se igual a 1033.
• 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 1.033.
3.3 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.
- 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.
LECCION 4. 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
complejidady alterabilidad.
4.1Variabilidad
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.
Tabla 1: Composición media aproximada de la leche procedente de diferentes especies (%p/p)
Origen Estracto
seco Materiagrasa Caseína Proteínasdel suero Carbohidratos Cenizas Vaca Yegua Asna Cabra Oveja Cebú Búfala 12.7 10.8 10.8 13.3 18.8 13.5 17.5 3.9 1.7 1.5 4.5 7.5 4.7 7.5 2.6 1.3 1.0 3.0 4.6 2.6 3.6 0.6 1.2 1.0 0.6 1.0 0.6 0.7 4.6 6.0 6.7 4.3 4.6 4.9 4.8 0.7 0.5 0.5 0.8 1.0 0.7 0.8
Fuente. Alais Charles Alais. Ciencia de la leche y tecnología de los productos lácteos. 2000
- 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
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 (Mn), 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.
4.2Complejidad
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 que la leche es una emulsión formada con la materia grasa globular disuelta en una solución acuosa y cuyo especto 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)
Fuente. Charles Alais. Ciencia de la leche. 2000 4.3Alterabilidad
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”
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.M.) para evitar la proliferación de microorganismos patógenos que afecten su calidad así mismo permitir la inactivación de enzimas, durante su procesamiento.
Leche (blanco azulado) Coágulo (ho- mogé-neo) Lacto suero amarillo- Crema Crema Crema Cuajada
4.4 Modificaciones 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 72 – 740C 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 900C, durante 15 segundos destruye todas las formas vegetativas de los microorganismos, parte de las proteínas del suero se desnaturalizan quedando sus grupos SH- disociados.
La esterilización es un tratamiento todavía más severo donde se utiliza la temperatura de 1180C 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 145oC
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 (0.05 –0.08%).
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.
LECCION 5. 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
5.1La 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 80m2en un litro de leche.
El tamaño de los glóbulos grasos varías entre 1.5 y 10 µ (1µ = 0.001 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 0.002 mm produciéndose una emulsión más estable.
La separación de la fase globular se debe a la diferencia de densidad que tienen los glóbulos grasos y la del líquido en que están emulsionados, siendo menor la densidad de los glóbulos grasos. Esta diferencia ocasionada por la fuerza de gravedad, hace que los glóbulos grasos asciendan y ocurra la separación de la crema. Esta fuerza es la que actúa en el descremado por la acción centrífuga.
Para calcular la velocidad teórica en que asciende un glóbulo graso se utiliza la fórmula de Stokes:
V = 2 r2(dm – dl) g 9η
Donde:
v = velocidad de ascenso r = radio del glóbulo dm = densidad del medio dl = densidad de la grasa
g = aceleración por la fuerza de gravedad η = viscosidad
Con esta fórmula se puede calcular que un glóbulo graso de 5 micrones de diámetro ascenderá 2 mm aproximadamente en una hora. La aglutinación de los glóbulos grasos en racimos explica la diferencia entre la velocidad de descremado promedio calculada con la fórmula de Stokes y la velocidad real de separación de la crema.
Las temperaturas entre 7 – 8oC ayudan al descremado espontáneo por causa de
la aglutinación de los glóbulos grasos y temperaturas mayores de los 60 oC 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 – 35oC 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.
5.2 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 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 6.6 – 6.7 y mínima a un pH de 6.7 – 6.9- .
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 (α)y Beta(β) que son sensibles al calcio y las caseínas Kappa (Κ), 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.
5.2 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 β-lactoglobulinas y las α- 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 QUÍMICA DE LOS COMPONENTES DE LA LECHE
Este capítulo abarca el estudio de los siguientes temas:
Lección 6. Lípidos Lección 7. Proteínas Lección 8. Carbohidratos
Lección 9. Sales y minerales, vitaminas y
enzimas-Lección 10. Efectos en los tratamientos térmicos de la leche.
LECCIÓN 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:
Tabla 2.Composición de lípidos saponificables y no saponificables en la leche.
Lípidos Porcentaje del total
Saponificables Triglicéridos Diglicéridos Monoglicéridos 97.0 –98.0 0.25-0.48 0.016-0.038
Glicéridos de los ácidos cetónicos Acidos grasos libres
Esteroles fosfolípedos 0.85-1.28 0.10-0.44 0.22-041 0.20-1.0 Insaponificables Vitaminas A – D- E- K Carotenoides 0.0007-0.0009
Fuente. FAO. Manual 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. Estas características varían según la composición de los ácidos grasos. Existen un número grande de triglicéridos en la leche de acuerdo a las diferentes combinaciones de los grasos ácidos grasos que puedan ocurrir. 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.
Glicerol
Butírico
Esteárico Oleico
Figura 2. Molécula de un triglicérido. Tomada de Charles Alais. 2000
H2- C – O H2– C - O H2– C - O 0 C-(CH2)2—CH3 O C –(CH2)7– CH = CH – (CH2)7 - CH3 3CH O C – (CH2)16– CH3
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 29 –32oC
Punto de solidificación 19 - 23oC
Indice de refracción 40.5 - 46 (en 40oC)
Índice de yodo 26 – 40.
Como ya se mencionó anteriormente la composición de la materia grasa de la leche depende de factores como la alimentación, el estado de lactancia, entre otros y está asociado a la variación en el punto de fusión de la grasa. 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. Son bastante tensoactivos y se asocian con las proteínas para formar las lipoproteínas, las cuales algunas se encuentran en la membranas de los glóbulos grasos y otras se encuentran en el plasma de la leche formando “los microsomas de la leche”.
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.
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 (CH3) 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.
Membrana 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 Membrana del glóbulo graso. FAO. 2003
La membrana del glóbulo graso se destruye parcialmente por diferentes tratamientos que se realizan en la leche, por ejemplo, en la homogenización, ocurre con mayor frecuencia la oxidación, 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 durante el almacenamiento de la leche cruda, pueden producir la rancidez hidrolítica debido a la alteración de la lipasa que se encuentra en la membrana.
Mediante la pasterización alta de la crema (82 –92oC) 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.
Grasa
Triglicéridos
Lipoproteína Seudocreatina Fosfolípidos
LECCION 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 - α - 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 - αααα - amino Fig 5. Cadena peptídica
Carboxílico NH2 R1 H Rn R---C---CO2H NH2 ----C –CO--NH—C—CO……..NH—C--COOH H R2 H
Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000. 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.
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 Figura 7. Proteína
Desnaturalizada
Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000. .
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 ααα, βα βββ, y γγγγ, así como la caseína Kappa. Las caseínas α, β, y γ, 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 α, β, y γ, e impiden
que reaccionen con el calcio, manteniendo de esta manera la estabilidad de la proteína de la leche.
Estructura de la caseína. Las caseínas ααα, βα ββ, y γγγγ, ocupan el centro de unaβ 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. Micela intacta de caseína rodeada de calcio.
FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2003
Estabilidad de las proteínas
El sistema coloidal de las proteínas de la leche se debe a dos grandes fuerzas que son: las cargas eléctricas y el agua de hidratación.
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 CH3-- C -- (C-- H2)n--- COO -+NH 3 Ca Ca Ca Ca Ca K α γ β
Las propiedades anfóteras de los aminoácidos
H+ OH
-R-CH –COOH R—CH---COO- R –CH—COO- +H 2O
NH3+ NH3+ NH2
pH más ácido que el punto
Isoeléctrico pH 4.6 pH: 6.6 – 6.7
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 lactoalbúmina y lactoglobulina 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 138oC, ligeramente acidificada pero, la lactoglobulina coagula a temperaturas
alrededor de 72oC.
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:
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.
Modificación 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 20oC 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 20oC y es menor a temperaturas entre 40 - 42oC. 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.
LECCION 8. Carbohidratos
El carbohidrato principal de la leche es la lactosa, éste es un glúcido neutro, cuya fórmula general es (CH2O)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.
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.
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
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.
C12H22O11. H2O 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 CO2.
3 C H3-- CHOH – COOH 2C H3 - CH2 -COOH + CH3 –COOH +
H2O + CO2
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 CH2 -CHOH –COOH C H3 -CH2-CH2 -COOH + 2 CO2 +2 H2O.
Solubilidad de la lactosa. Es poco soluble en agua, su máxima solubilidad es de 16.9 gramos en 100 gramos de agua a 15oC. Uno de los defectos de arenosidad
