Bioquímica de los Alimentos - Principal FFyB

Bioquímica de los Bioquímica de los AlimentosAlimentos

Dra. Patricia A. Ronayne de Ferrer

Profesora Titular de BromatologíaFacultad de Farmacia y Bioquímica-UBA

LácteosLácteos

Composición de la lecheleche

Conservación de la leche

La domesticación de animales comenzó alrededor de 6000 años AC, lo que permitió disponer de leche para consumo humano

83% proviene de ganado vacuno

Situación enArgentina

11.183 millones de litros (datos 2013)11.183 millones de litros (datos 2013)

La producción argentina de leche se localiza principalmente en la región

pampeana, que concentra las principales cuencas lecheras y casi la totalidad de los

tambos e industrias del sector

LECHE

Art. 554 del Código Alimentario Argentino

"Con la denominación de leche sin calificativo alguno se entiende el producto obtenido por el ordeño total e ininterrumpido, en condiciones de higiene, de la vaca lechera en buen estado de higiene, de la vaca lechera en buen estado de salud y alimentación, proveniente de tambos

inscriptos y habilitados por la Autoridad Sanitaria Bromatológica Jurisdiccional y sin

aditivos de ninguna especie.La leche proveniente de otros animales deberá

denominarse con el nombre de la especie productora."

Situación enArgentina

Desde los años ’60:Pasteurización obligatoriaPasteurización obligatoria

En las últimas décadas:

�crecimiento de las leches UAT�ultra pasteurización como sistema de conservación a corto plazo

�gran diversificación de la oferta

Situación enArgentina

17 %Leche fluida

76 %Productos

consumo

43,9 l/hab/año 32,4 kg/hab/año

QuesoLeche en polvoOtros

PRODUCCIÓN DE LECHE

Está regulada por un complejo control hormonal

Se sintetiza en células secretoras del Se sintetiza en células secretoras del epitelio secretor mamario

Los procesos biosintéticos ocurren en distintos lugares de la célula, a partir

de precursores provenientes del torrente circulatorio

Disposición de las células secretoras en torno al lumen alveolar

Alveolo

Macroestructura de la glándula

mamaria

FACTORES DE VARIACIÓN

�Individuo

�Raza

�Número de partos�Número de partos

�Época de lactación

�Alimentación

�Número de ordeños

�Patologías

Body Wt. (kg)

Milk Yield (kg)

Fat (%)

Protein (%)

Lactose (%)

Ash (%)

Total Solids (%)

Holstein 640 7360 3.54 3.29 4.68 0.72 12.16

Brown Swiss

640 6100 3.99 3.64 4.94 0.74 13.08

Raza

Table 4. Gross composition of milk of various breeds, g/100g

Ayrshire 520 5760 3.95 3.48 4.60 0.72 12.77

Guernsey 500 5270 4.72 3.75 4.71 0.76 14.04

Jersey 430 5060 5.13 3.98 4.83 0.77 14.42

Shorthorn 530 5370 4.00 3.32 4.89 0.73 12.90

Época de lactación

Número de partos

Máxima producción: Tercera lactancia

Época de lactación

Calostro LecheDensidad 1,060 1,032

Sólidos totales (g/l) 252 130

Grasas (g/l) 50 39

N total (g/l) 160 35

Caseínas (g/l) 30 27

Albúminas (g/l) 40 4,5

Globulinas (g/l) 80 0,7

Lactosa (g/l) 30 49

Minerales (g/l) 12 7,5

�Alimentación

Afecta principalmente el volumen lácteo y ejerce menor influencia sobre la composición

�Número de ordeños

A la mañana la leche es más abundante pero más pobre en grasa que la de la tarde

�Patologías

Las ubres afectadas por la mastitis dan lugar a leches de composición anormal

LH (g/dl) LB (g/dl)

Proteína 0,9 3,3

Grasa 3,3 3,5

LECHE HUMANA vs. LECHE BOVINA

Lactosa 7,0 4,8

Cenizas 0,2 0,8

Sólidos totales 11,4 12,4

Energía (kcal%) 68 68

LH(g/dl)

LB(g/dl)

Proteína 0,9 3,3

LECHE HUMANA vs. LECHE BOVINA

Caseína 0,36 2,64Prot. suero 0,54 0,66

Rel. CAS/PS 40/60 80/20

NNP (% NT) 25 5

Proteínas % g/litro OrigenCaseínas 80 26 mamario

Inmunoglobulinas 2 0,7 sanguíneo

Origen y distribución de las proteínas de la leche

ββββ-lactoglobulina 10 3 mamario

αααα-lactalbúmina 4 1,2 mamario

Seroalbúmina 1 0,3 sanguíneo

Proteosas-peptonas* 2 0,5 -

Otras proteínas 1 0,3 -

* Péptidos derivados de β-caseína y de la MGG

CASEÍNAS

αααα-caseína ββββ-caseína κκκκ-caseína(ααααS1 +ααααS2)

% total 50 35 15(35 +15)

% P (P-Ser) 1 0,5 0,2

Var. Genéticas 5 7 2

pH isoeléctrico 4,4 4,9 3,7

Sensib. al Ca Sí Sí No

Cont. Glúcidos No No Sí

Todas poseen alta proporción de restos de prolinaLa ββββ-caseína no posee restos de cisteína

MICELAS DE CASEÍNA

� 92% de proteínaααααS1 : ααααS2 : ββββ : κκκκ3 : 1 : 3 : 1

� 8% de constituyentes inorgánicos(principalmente fosfato cálcico)

TAMAÑO

RANGO: 30-300 nm

MICELAS DE CASEÍNA

MODELOS ESTRUCTURALES

� de núcleo y corteza� de núcleo y corteza

� de subunidades

� de estructura interna

MICELAS DE CASEÍNA : modelo de subunidades (Walstra y Jenness, 1984)

MICELAS DE CASEÍNA : modelo de estructura interna (Holt, 1992)

ESTABILIDAD DE LA CASEÍNA

�Acidificación

�Deshidratación�Deshidratación

�Composición salina

�Coagulación por renina

αααα-Lactalbúmina ββββ-Lactoglobulina

Peso molecular 14000 18000

PROTEÍNAS DEL SUERO

Variantes genéticas 2 4

Restos Cys/mol 8 5

Las proteínas del suero son ricas en cistina; compensan la deficiencia de las caseínas relativas a

este aminoácido

β-lactoglobulina

�Se encuentra como un dímero

�Se desnaturaliza por acción del calor (> 70ºC)

�Responsable del gusto a "cocido" de la leche hervida (liberación de SH2)

ENZIMAS

� Lipasa

� Plasmina

� Fosfatasa alcalina

� Peroxidasa

ENZIMAS

Lipasa

�Asociada a las micelas de caseína�Asociada a las micelas de caseína

�Se inactiva por pasteurización

ENZIMAS

Plasmina

�Asociada a las micelas de caseína�Asociada a las micelas de caseína

�No se inactiva por pasteurización

�Principal proteasa de la leche(“cuajado aséptico”)

ENZIMAS

Fosfatasa alcalina

�Asociada a la membrana del glóbulo graso�Asociada a la membrana del glóbulo graso

�Control de pasteurización

ENZIMAS

Peroxidasa

�Se encuentra en el suero lácteo

�Es antimicrobiana

�Control de pasteurización

AZÚCARES

AZÚCARESPara la síntesis de lactosa se requiere la

presencia de α-lactalbúmina

UTP + GLU-1-P →→→→ UDP-GLU + P-P1

UDP-GLU →→→→ UDP-GAL ←←←←2

Síntesis de lactosa

2

UDP-GAL + GLU →→→→ LACTOSALACTOSA { αααααααα (monohidrato)(monohidrato)3 { ββββββββ (anhidra)(anhidra)

1= uridin-difosfatoglucosa-fosforilasa2= uridin-difosfatoglucosa-4-epimerasa3= lactosa sintetasa { galactosil transferasa

{ αααα-lactalbumina

Características de la lactosaSabor dulce

Acción del calor

Características de la lactosa

Reacción de Maillard

+ Dulce de leche

- Leche en polvoLeches concentradas

Fermentación

Características de la lactosa

Es importante en derivados tales como Es importante en derivados tales como manteca, quesos y productos cultivados

Además del ácido láctico se producen sustancias que contribuyen al aroma

Solubilidad

Características de la lactosa

�Es menos soluble que otros azucares

�La β lactosa es más soluble que la α�La β lactosa es más soluble que la α

�Tiende a formar soluciones sobresaturadas

�La cristalización se produce por formación de α lactosa

Solubilidad

Importancia tecnológica

Características de la lactosa

� Textura arenosa en leche condensada

� Lactosa amorfa en leche en polvo: cristaliza como α lactosa dando grumos

Hidrólisis

Características de la lactosa

Enzimática: por acción de la lactasa (β-galactosidasa)

Comercialmente se utilizan lactasas obtenidas de microorganismos, por ejemplo, de la levadura microorganismos, por ejemplo, de la levadura

Kluyveromyces fragilis (Lactozym)

Usos de la ββββ-galactosidasa

�Obtener leche con bajo contenido en lactosa

�Producir jarabes de glucosa/galactosa a partir del suero lácteo

�Impedir la formación de cristales de lactosa en leche condensada o dulce de leche

GRASA

� Aporta nutrientes liposolubles

� Confiere textura, cuerpo y sabor a � Confiere textura, cuerpo y sabor a la leche y sus derivados (manteca, quesos, helados)

� Responsable de olor y sabor desagradable por rancidez

%

Triglicéridos 97-98

LIPIDOS DE LA LECHE

Triglicéridos 97-98Diglicéridos 0,3-0,6Monoglicéridos 0,02-0,04Acidos grasos libres 0,1-0,4Esteroles libres 0,2-0,4Fosfolípidos 0,2-1,0Esfingolípidos 0,06

FACTORES DE VARIACIÓN

La grasa es el componente más variable tanto en cantidad como en composición

�Individuo

�Raza

�Alimentación

�Variación estacional

Las raciones pobres en fibra disminuyen la producción de acetato en el rumen

�menor contenido graso ("síndrome de poca grasa")

Alimentación

poca grasa") �menor proporción de AG de cadena corta y media

Variación estacional�menor contenido graso en verano que en invierno

30

40

Perfil de ácidos grasos en leche humana y bovina

0

10

20

C4:0

C6:0

C8:0

C10:0

C12:0

C14:0

C16:0

C16:1

C18:0

C18:1

C18:2

C18:3

C20:4

C22:6

Leche humana Leche bovina

Características del perfil de ácidos Características del perfil de ácidos grasosgrasos

� proporción relativamente grande de AG de C4-C10 (alrededor de 9%). El ácido butírico es especifico de la grasa de los rumiantes.

� la proporción de AG saturados es grande (alrededor de 65%)65%)

� el oleico (18:1) y el palmítico (16:0) son los más abundantes (constituyen más del 50% de los AG totales)

� hay AG poco corrientes (impares, sintetizados a partir del ácido propiónico, ramificados, ceto e hidroxi)

� contiene ácido linoleico conjugado (CLA)

Características del perfil de ácidos Características del perfil de ácidos grasosgrasos

Indices de Reichert-Meissl (IRM) y de Polenske (IP)

IRM: ml de álcali 0,1N necesarios para neutralizar los AG volátiles solubles en agua de 5 g de grasa los AG volátiles solubles en agua de 5 g de grasa

(C4 y C6)

IP: ml de álcali 0,1N necesarios para neutralizar los AG volátiles insolubles en agua de 5 g de grasa

(C8, C10 y C12)

VALORES CAA IRM = 24-36 IP = 1,3-3,7

Tamaño del glóbulo graso

Media: 1-5 µµµµm

Rango: 0,1-15 µµµµm

Glóbulo Graso

Journal of Dairy Science Vol. 89 No. 4, 2006

MEMBRANA DEL GLÓBULO GRASO

Aglutininas� Crioglobulinas (IgM)� Lipoproteína

Aglutinación (agregación, floculación)y coalescencia

� Lipoproteína�Otros componentes??

Inactivación de Aglutininas�Calor�Homogeneización

Coalescencia Floculación oagregaciónagregación

Descremado Rotura

ObjetivoDisminuir el tamaño de los

glóbulos de grasa (a menos de 1µµµµm) para retardar su floculación y

Homogeneización

1µµµµm) para retardar su floculación y eventual coalescencia

Consiste en hacer pasar a la leche a presión (300 kg/cm2) por un orificio pequeño a gran velocidad

(350 m/seg)

Leche cruda Leche cruda, fría,después de 1 hora

Leche homogeneizada,durante el

almacenamiento

�Aumento de la superficie total�Formación de “nueva” membrana: adsorción de proteínas lácteas

Homogeneización

Mayor susceptibilidad a la acción de la lipasa

Pasteurizar antes de homogeneizar

�El color se torna más blanco (mayor dispersión de la luz) y el sabor más suave

Homogeneización

�Aumenta la digestibilidad de la grasa (mayor superficie de exposición a lipasa)

�Aumenta la digestibilidad de la caseína (disminuye la tensión del coágulo)

LIPASAS

NATURALESPropias de la leche

LEUCOCITARIASSecretadas por las células

MICROBIANASSecretadas por la flora psicrotrofa

LIPASAS

NATURALES

�Son termolábiles�Son termolábiles

�Atacan preferentemente las posiciones extremas del glicerol ⇒⇒⇒⇒ se liberan AG de cadena corta

LIPÓLISIS

Hay tratamientos que rompen la membrana del glóbulo graso y facilitan el acceso de la lipasa natural a los triglicéridos

�Agitación y formación de espuma�Agitación y formación de espuma

�Cambios de temperatura

�Homogeneización

�Procesos de congelación-descongelación

LIPASAS

LEUCOCITARIAS

�Contribuyen a la lipólisis en las leches mastíticas

MICROBIANAS

�Secretadas por bacterias psicrotrofas (principalmente Pseudomonas fluorescens)

�Son termorresistentes, no se inactivan por tratamientos térmicos, pueden producir rancidez en los productos lácteos

MINERALES

Las sales tienen importancia tanto desde el punto de vista nutritivo como por ser en gran parte responsables del estado físico-químico del suero de la leche y de la

estabilidad de las proteínas

Son principalmente cloruros, fosfatos, citratos y cloruros, fosfatos, citratos y bicarbonatos de sodio, potasio, calcio y magnesiobicarbonatos de sodio, potasio, calcio y magnesio,

distribuidos entre las fases soluble y coloidal, y sus interacciones con las proteínas son factores importantes

en la estabilidad de los productos lácteos

MINERALES

LH (mg/dL)

LB (mg/dL)

Calcio 26 118

Fósforo 14 93Fósforo 14 93

Sodio 14 58

Potasio 47 140

Cloro 46 104

Magnesio 3,3 12

Componente % ultrafiltrable

% coloidal

Calcio total 33 67

Ión calcio 100 0

Magnesio 64 36

Citrato 94 6Citrato 94 6

Fósforo inorgánico 55 45

Sodio 96 4

Potasio 94 6

Cloruro 100 0

Lactosa 100 0

Conservación de la lecheConservación de la leche

Conservación por frío

EFECTOS DEL FRÍO

�FISICOQUÍMICOS↑↑↑↑ Estabilidad dispersión coloidal↓↓↓↓ Estabilidad emulsión grasa

�SOBRE LOS MICROORGANISMOS�SOBRE LOS MICROORGANISMOS↓↓↓↓ Número total de microorganismos↓↓↓↓ Producción de ácido↑↑↑↑ Eficiencia tratamiento térmico↑↑↑↑ Desarrollo psicrotrofos*

*Proteasas y lipasas termorresistentes ⇒⇒⇒⇒Sabores pútridos, amargos, gelación en UAT

Conservación de la leche Conservación de la leche por calorpor calorpor calorpor calor

Leche pasteurizada y esterilizada

67 % Pasteurizada29 % Esterilizada4 % Chocolatada

Se considerarán como Leches no aptas para ser consumidas como tal o para ser destinadas a la elaboración de leche y productos lácteos, debiendo ser decomisadas, aquellas que:

� Sometidas a la prueba de azul de metileno presentaren un tiempo de decoloración menor de 1 hora.presentaren un tiempo de decoloración menor de 1 hora.

� Coagulen por ebullición.

� Precipiten al ser mezcladas con igual volumen de etanol de 70% v/v.

Tratamiento térmico

Pasteurización baja63ºC 30’

Destrucción de Mycobacteriumtuberculosis

Destrucción deFosfatasaalcalina

Pasteurización alta72ºC 15’’

Intercambiadores de calor

en placa tubular

LECHE PASTEURIZADA

Recuento total en < 50.000 /cm3 (abr-sep)placa (mesófilos) <100.000 /cm3 (oct-mar)

Bacterias coliformes < 50 /cm3

Escherichia coli ausencia /cm3

Fosfatasa alcalina negativa

Peroxidasa positiva

Se entiende por Leche Ultrapasteurizada a la leche, homogeneizada o no, que ha sido sometida

durante por lo menos 2 segundos a una temperatura mínima de 138°C mediante un

proceso térmico de flujo continuo, inmediatamente enfriada a menos de 5°C y envasada en forma no aséptica en envases envasada en forma no aséptica en envases

estériles y herméticamente cerrados.

La leche Ultrapasteurizada deberá responder a las siguientes exigencias:

(según ICMSF: International Commission on Microbiological Specifications for Foods)

CATEGORIA ICMSF VALORES

1.Recuento de mesófilos totales/cm3:

n=5 c=2 m=102

M=103

2.Recuento de coliformes a 30°C/cm3:

n=5 c=2 m<3 M=10

3.Recuento de coliformes a 45°C/cm3:

n=5 c=1 m<3 M=10

4. Prueba de la fosfatasa negativa

5. Prueba de la peroxidasa negativa

Se entiende por Leche UAT (Ultra Alta Temperatura, UHT) a la leche homogeneizada, que ha sido sometida

durante 2 a 4 segundos a una temperatura entre 130ºC y 150ºC,

mediante un proceso térmico de flujo mediante un proceso térmico de flujo continuo, inmediatamente enfriada a

menos de 32ºC y envasada bajo condiciones asépticas en envases

estériles y herméticamente cerrados

Envasado aséptico

Envasado aséptico

La Leche UAT (UHT) no debe tener microorganismos capaces de proliferar en

ella en las condiciones normales de almacenamiento y distribución, por lo cual, luego de una incubación en envase cerrado a

35 - 37ºC durante 7 días, debe cumplir:

Microorga-nismos

Criterios de

Aceptación

Categoría ICMSF

Métodos de Ensayo

Aerobios mesófilos

/ml.

n = 5 c = 0 m = 100

10 FIL 100 B : 1991

Además, la Leche UAT (UHT), luego de una incubación en envase cerrado a 35 - 37ºC

durante 7 días, debe:

a) No sufrir modificaciones que alteren el envase

b) Ser estable al etanol 68% v/v

c) La acidez no deberá superar en más de 0,02g de ácido láctico por 100 ml. o cm3 a la

determinada en otra muestra original cerrada sin incubación previa

d) Las características sensoriales no deben diferir sensiblemente de las de una leche UAT (UHT) sin incubar