Físico-Química

12/04/2010
Contenido
Físico Química Lactológica
1. Generalidades
1. Situación Actual de la Producción de Leche
Nacional
2. Definición y Composición de la Leche
3. Factores que afectan la composición
4. Estudio de los principales componentes de la leche
1. Estudio de la Grasa de la leche
2. Estudio de las Proteínas de la Leche
3. Estudio de la Lactosa
4. Elementos biológicos de la leche
Prof. Gustavo Castro
La leche es uno de los
alimentos mas completos de la
naturaleza
Aporte de la leche a las necesidades nutritivas de
niños de 5 a 7 años
Proteína (g)
Tiamina (mg)
Riboflavina (mg)
Ac. Nicotínico (mg)
Ac. Fólico (µg)
Vit. B-12 (µg)
Ac. Ascórbico (mg)
Vit. A (µg)
Vit. D (µg)
Calcio (mg)
Hierro (mg)
Energía (Kcal)
Recomendado
Contribución de la leche
(%)
45
0,7
0,9
10
100
1,5
20
300
10
500
8
1.800
40
35
100
5
35
100
30
60
1
100
0
20
1
12/04/2010
Contribución de los productos Lácteos al aporte de
algunos nutrientes (%)
Adolescente
13
13--15 años
Adulto
35
35--50 años
66
119
90
44
73
45
36
83
65
24
35
25
Proteína
Calcio
Fósforo
Vit. A
Riboflavina
Niacina
Producción Nacional de Leche
PRODUCCIÓN MUNDIAL DE LECHE CRUDA
1988 - 2005
(MILES DE TONELADAS MÉTRICAS)
ESTADOS
UNIDOS
(MMLITROS)
1948--2008
1948
AÑO
SUD-SUD
AMÉRICA
CANADÁ
MÉXICO
ÁFRICA
ASIA
EUROPA
OCCIDENTAL
AUSTRALIA
OTROS
PRODUCCION
MUNDIAL
1997
42.517
71.072
7.800
8.091
17.004
87.412
126.079
9.303
102.516
471.794
1998
45.815
71.414
8.200
8.574
18.522
88.892
127.317
9.731
99.616
478.081
1999
46.108
73.482
8.340
8.885
18.824
90.503
127.012
9.822
97.683
480.659
2000
46.525
75.115
8.200
9.474
18.699
89.970
126.365
11.283
96.846
482.477
2001
46.754
75.025
8.170
9.472
18.518
100.548
126.253
10.875
99.786
495.401
2002
46.145
75.025
8.100
9.560
18.701
101.239
126.830
11.620
101.922
499.142
2003
46.323
7.88
9.871
20.687
104.78
126.966
10.642
102.081
507.385
2004
47.796
80.150
8.100
9.873
21.517
122.042
126.402
10.150
102.031
603.119
2005
47.427
85.475
8.000
9.873
21.242
119.312
125.742
10.125
101.016
622.120
8%
15%
2%
2%
3%
17%
27%
2%
25%
100%
%
78.155
Fuente: Base de Datos de la FAO
2
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Destino de la leche cruda nacional
(equivalente a litros de leche %)
3
12/04/2010
¿Que es Leche?
Desde el punto de vista biológico es el producto de la
secreción de las glándulas mamarias de las hembras
mamíferas después del parto, cuya función natural es la
alimentación del recién nacido.
nacido.
¿Que es Leche?
Según la Norma COVENIN, leche cruda o “leche” sin
ningún otro calificativo es el producto integro, normal y
fresco obtenido del ordeño higiénico e ininterrumpido de
vacas sanas.
sanas.
4
12/04/2010
¿Que es Leche?
Desde el punto de vista físico químico es una emulsión
del tipo aceite en agua, que contiene elementos en
solución (lactosa y sales minerales), emulsión (grasa) y
suspensión coloidal (caseínas)
Componentes de las distintas fases de la leche
Fase Acuosa (solución verdadera)
verdadera):: en el agua de composición
de la leche se encuentran disueltos los carbohidratos (lactosa),
sales minerales diversas, vitaminas hidrosolubles, compuestos
orgánicos solubles (aminoácidos, p.ej.
ej.), proteínas “séricas”,
etc
etc..
Fase Coloidal (suspensión proteica)
proteica):: básicamente las micelas
de caseína, son corpúsculos esferoidales compuestos por
diversos tipos de caseínas y que contienen material inorgánico
fosfocálcico.. Las proteínas séricas no forman parte de las
fosfocálcico
estructura micelar
micelar..
Fase Grasa (emulsión grasa)
grasa):: Se halla compuesta por
partículas esferoidales con un diámetro promedio de 2-3 µm,
los cuales se encuentran constituidos por triglicéridos
circundados por una fina membrana
membrana..
Fases de la Leche
Una “Fase” es una parte homogénea y físicamente distinta de un
sistema, separada de otras partes por limites definidos
definidos.. Por ejemplo
la mezcla de agua y aceite crea dos “fases”
“fases”.. Al igual que la
coexistencia de agua, hielo y vapor en un mismo medio, también
representan un ejemplo.
ejemplo.
La leche es un sistema coloidal en el coexisten tres fases
fisicoquímicas bien definidas
definidas:: una fase dispersante acuosa
(solución verdadera) y dos fases dispersas;
dispersas; la primera representada
por grasa incluida en los glóbulos grasos (emulsión) y la segunda
por las proteínas mayoritarias de la leche, llamadas caseínas
formando minúsculos corpúsculos llamados micelas (fase coloidal).
coloidal).
La modificación o separación tecnológica de estas fases, permite la
obtención de los diversos derivados lácteos (mantequilla, queso,
leche en polvo, etc
etc..).
Composición general de la leche...
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12/04/2010
Composición Promedio de la Leche
Composición de la Leche
Componentes
Agua
Grasa
Leche
Sólidos
Totales
Proteínas
Lactosa
Vitaminas
Cenizas
Sólidos No
Grasos
Promedio
(%)
Rango Frecuente
(%)
Agua
87,3
85,5 - 88,5
Extracto seco magro
8,8
7,9 - 10,0
Lactosa
4,6
4,4 – 5,3
Grasa
3,9
2,4 - 6,0
Proteínas
3,25
2,8 - 4,2
Caseínas
2,6
1,7 - 3,5
Sustancias Minerales
0,65
0,65 - 0,80
Ácidos Orgánicos
0,18
0,13 - 0,22
Varios
0,14
-
Composición FísicoFísico-Química de la Leche
Factores que Afectan La composición de la Leche
Leche Pasteurizada Norma N°° 198-94
Leche Cruda
Norma N°° 903-93
Completa
Descremada
Unidad
Min
Max
Min
Max
Min
mL NaOH 0,1 N/100 mL
15
19
15
19
15
19
Densidad Relativa
A 15 ° C
A 20 ° C
g/mL
1,028
1,026
1,033
1,031
1,028
1,033
1,033
1,039
-0,560
-0,540
Acidez Titulable
Max
Punto Crioscópico
°H
-0,555
-0,540
-0,555
-0,540
Grasa
%
3,2
-
3,2
-
Proteínas
%
3
-
3
-
3
Cloruros
%
0,07
0,11
0,07
0,11
0,07
0,12
Cenizas
%
0,70
0,80
0,70
0,80
0,70
0,80
Sólidos Totales
%
12
-
12
-
9,8
-
Sólidos no Grasos
%
8,8
-
8,8
-
8,8
-
Reacción de Estabilidad
Proteica
Fosfatasa Alcalina
Índice de Homogeneización
1
%
Negativo
-
-
-
-
-
µg/mL de Fenol
-
-
-
1
-
1
%
-
-
-
10
-
10
Genéticos
Fisiológicos
Ambientales y de Manejo
6
12/04/2010
Composición de la leche de diferentes
Especies de Mamíferos
Factores Genéticos
Diferencias entre Razas
•
Grasa
Es la mas variable
Jersey produce más que Holstein
•
Minerales (cenizas) y Lactosa
poco variables
•
Existen más diferencias entre individuos dentro de una raza que
diferencias entre razas
Diámetro del glóbulo de grasa
•
Varía de 1 a 10 µm
•
Guernseys produce el de mayor tamaño
tamaño proporcional al %Grasa
•
Holsteins y Ayrshires produce el más pequeño
•
El tamaño disminuye con el avance de la lactación
Caroteno
•
Alto en Guernseys y Jerseys
Composición de la Leche de Diferentes
Razas de Vacunos
Holstein
Pardo Suizo
Ayrshire
Guernsey
Jersey
Shorthorn
Peso
(Kg)
Producción
(Kg)
G
(%)
P
(%)
L
(%)
Cenizas
(%)
S, T,
(%)
640
640
520
500
430
530
7360
6100
5760
5270
5060
5370
3,54
3,99
3,95
4,72
5,13
4,0
3,29
3,64
3,48
3,75
3,98
3,32
4,68
4,94
4,60
4,71
4,83
4,89
0,72
0,74
0,72
0,76
0,77
0,73
12,16
13,08
12,77
14,04
14,42
12,9
Vaca
Humana
Búfala de agua
Cabra
Burra
Elefante
Mona
Ratón
Ballena
Foca
Proteínas
(%)
Grasa
(%)
Carbohidrato
s
(%)
Energía
(kcal)
3,2
1,1
4,1
2,9
1,9
4,0
1,6
9,0
10,9
10,2
3,7
4,2
9,0
3,8
0,6
5,0
4,0
13,1
42,3
49,4
4,6
7,0
4,8
4,7
6,1
5,3
7,0
3,0
1,3
0,1
66
72
118
67
38
85
73
171
443
502
Factores Fisiológicos
Calostro vs. leche
• Existen diferencias entre la composición del calostro y la
leche
Toma 33-5 días cambiar la composición de la leche
• Lactosa, Grasa, y Caseina
Poca cantidad de lactosa en el calostro
La cantidad de Grasa y Caseina es variable
• Minerales
Calcio, magnesio, fosforo y cloro son altos en el calostro
Potasio es bajo
Hierro 1010-17 veces mayor concentración en calostro
• Vitaminas
La mayoría son altas
• Vit. A = 10X mayor concentración
• Vit. D. = 3X mayor concentración
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12/04/2010
Etapa de Lactación
Factores Fisiológicos
Factores Fisiológicos
Etapa de lactación
Factores de Manejo
Etapa de lactación y persistencia
Curva de lactación
La producción de leche comienza elevada después del
parto y se eleva a las 3 a 6 semanas
Velocidad de declive = persistencia
Vacas del primer parto = ~6%/mensual
Vacas Maduras = ~9%/mensual
Mastitis
La composición de la leche cambia durante la lactación
Grasa:: Disminuye ligeramente al comienzo y se
Grasa
incrementa en la lactación tardía
Proteína:: Se incrementa gradualmente con la lactación
Proteína
Lactosa:: Se incrementa ligeramente con la lactación
Lactosa
Minerales:: Se incrementa ligeramente con la lactación
Minerales
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12/04/2010
Factores de Manejo
Factores de Manejo
Practicas de Ordeño
Intervalos entre Ordeños
Rendimiento (2X diario)
•
Intervalo optimo = 12 hr
•
Mayor de 14 hr disminuye la producción
•
9 o 15 hr = 1.8% menos leche
•
8 o 16 hr = 3.4% menos leche
•
Frecuencia de Ordeños
3 veces diarios
•
25% incremento en la producción
•
2/3 debido a mejor alimentación y manejo
•
1/3 debido a disminución de la presión en la ubre
•
% incremento mayor en la lactación avanzada
•
7-12% los primeros 4 meses
•
1616-90% después
4X veces diarios
•
5-10% incremento comparado con 3X
•
Usualmente no es económico
•
•
Temperatura ambiental
El calor y humedad elevada disminuye la producción
•
Estación
Época lluviosa mayor producción que época seca
•
Ejercicio
Ejercicio moderado aumenta la producción de leche
Factores de Manejo
Estado FísicoFísico-químico de los
Componentes de la Leche
Alimentación
Proporciones Forrajes
Concentrados
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12/04/2010
Estudio de los componentes de la Leche
Definición
Agua
Constituye la fase continua de la leche y es el medio de
soporte para sus componentes sólidos y gaseosos
gaseosos..
Agua libre,
libre, es la mayor parte, en ésta se mantienen
en solución la lactosa y las sales
sales..
Agua de enlace
enlace,, es el elemento de cohesión de los
componentes no solubles y es adsorbida a la
superficie de estos compuestos
compuestos..
Estudio de la Grasa Láctea
Estudio de la Grasa
Dentro de las grasas de la leche se encuentran todas las sustancia
que pueden ser extraídas con solventes orgánicos no polares como el
éter, cloroformo, benceno, etc
etc..
Están compuesta en un 99
99%
% de glicéridos, pero igualmente contienen
lípidos complejos como los fosfolípidos y cerebrósidos.
cerebrósidos. También
incluye a los esteroles y sus precursores.
precursores.
Características de la Grasa Láctea
•
Presenta gran variedad de ácidos grasos
grasos..
•
Los AG Saturados representan aproximadamente 2/3
•
Alta proporción de ácidos volátiles de bajo peso molecular
molecular..
Son ésteres de AG y sustancias semejantes o derivadas,
que son solubles en solventes orgánicos no polares e
insolubles, o casi insolubles, en líquidos acuosos. Los
términos lípido y grasa se emplean como sinónimos,
aunque se admite que la grasa se compone de una
gran parte de una mezcla de triglicéridos, mientras que
el lípido no tiene por qué presentar tal composición.
Estudio de la Grasa
Lípidos simples
En su composición entran el carbono, el hidrógeno y el oxígeno.
oxígeno. Son
ésteres de AG y un alcohol
alcohol.. Glicéridos:
Glicéridos: cuando el alcohol es el glicerol y
estéridos o ceras si se trata de un esterol.
esterol.
Lípidos compuestos:
compuestos:
Los que contienen, además de carbono, hidrogeno y oxígeno, otros
elementos como fósforo, nitrógeno o azufre.
azufre. En leche sólo se encuentran
lípidos compuestos nitrogenados y fosforados, los fosfoaminolípidos.
fosfoaminolípidos. Los
más importantes son los glicerofosfolipidos o lecitinas.
lecitinas.
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Clasificación de los lípidos
Clase
Lípidos
simples
Lípidos
compuestos
Lípidos
derivados
Subclase
Descripción
Acilgliceroles
Glicerol + AG.
Ceras
Fosfoacilgliceroles
o glicerofosfolídos
Esfingomielinas o
fosfolípidos
Alcohol cadena larga + AG cadena larga
Glicerol + AG + Fosfato + otro grupo.
Usualmente con N
Esfingosina + AG + Fosfato +
Colina.
Cerebrósidos
Esfingosina + AG + azúcar
simple.
Gangliósidos
o glicolípidos
Esfingosina + AG + CHO Complejo
que incluya el ácido siálico.
Materiales que entren en
la definición de un lípido
pero que no son simples
ni compuestos.
Carotenoides, Colestrol
esteroides, vitaminas
liposolubles.
Ácidos grasos de los glicéridos de la leche
de vaca
Nombre Común y
Símbolo
Butírico
B
Nombre
Sistemático
Butanoico
Abreviatura
Contenido Medio
(%)
4:0
3-4
Caproico
H
Hexanoico
6:0
1,5
1,5--3
Caprílico
Oc
Octanoico
8:0
0,5
0,5--2
Cáprico
D
Decanoico
10:0
1,3
1,3--5
Laúrico
La
Dodecanoico
12:0
2-5
Mirístico
M
Tetradecanoico
14:0
8-11
Palmítico
P
Hexadecanoico
16:0
2525-29
Esteárico
St
Octadecanoico
18:0
8-12
Eicosanoico
20:0
0,4
0,4--1
Araquídico Ad
Estudio de la Grasa
Ácidos grasos de los glicéridos
la leche de vaca
Nombre Común
y Símbolo
Nombre Sistemático
Abreviatura
de
Contenido
Medio
(%)
Palmitoleico
Po
9-Hexadienoico
16:1
3-4
Oleico
O
9-Octadecenoico
18:1
3030-40
4-5
Linoleico
L
9,12
9,12--Octadecadienoico
18:2
Linolénico
Ln
9,12,15
9,12,15--Octadecatrienoico
18:3
Araquidónico An
5,8,11,14
5,8,11,14--Eicosatetraenoico
20:4
Eurícico
1313-Docosenoico
22:1
E
0,5
0,5--1,5
Los AGIS representan el 40% aproximadamente
Los AGS representan el 60% aproximadamente
11
12/04/2010
Estudio de la Grasa Láctea
Los AG mas importantes son el oleico, palmítico y esteárico
(75
75%
%).
Los AG de cadena corta (4:0, 6:0, 8:0, 10
10::0) representan el 7 al
9%, siendo esto típico de la leche de rumiantes.
rumiantes.
Los ácidos grasos desde el 4:0 hasta el 14
14::0 se sintetizan a nivel
de glándula mamaria.
mamaria.
Los ácidos grasos de 16:
16:0 se sintetizan parcialmente a nivel de
glándula mamaria pero también pueden provenir de la sangre.
sangre.
Los ácidos grasos de 18:
18:0 en adelante se obtienen solo a partir
del aporte sanguíneo.
sanguíneo.
La conversión de 18:
18:0 a 18:
18:1 (esteárico en oleico) se produce en
glándula mamaria por acción de una desaturasa.
desaturasa.
Fracción Insaponificable de la Grasa
Agrupa los componentes de la grasa que no reaccionan con el NaOH (Sosa) o
con el KOH (potasa) para formar jabones
jabones..
Incluye compuestos muy numerosos y variados pero no representan en su
conjunto mas del 1% de la grasa
grasa..
Incluye a los carotenoides, tocoferoles y esteroles
esteroles..
Los CAROTENOIDES incluyen al β-caroteno, el cual origina la vitamina A.
Los TOCOFEROLES son sustancias complejas, son muy sensibles al oxígeno y
a los agentes oxidantes, incluyendo el efecto de la luz
luz.. El α-tocoferol se
identifica con la vitamina E.
Los ESTEROLES son alcoholes policiclicos complejos y pueden encontrarse en
la leche como estéridos (con ácidos grasos) o como esteroles libres (colesterol)
(colesterol)..
Dentro de este último grupo se encuentra el 7-dehidrocolesterol, a partir del cual
se origina la vitamina D.
¿Es
la Grasa soluble en el agua?
Entonces:
¿Por qué en la leche se
mantiene dispersa?
12
12/04/2010
Estudio de la Grasa
Estudio de la Grasa
Membrana del glóbulo
graso
La grasa se encuentra principalmente incluida en
una estructura llamada glóbulos de grasa, el cual
permite que la misma se encuentre emulsionada en
la fase acuosa continua de la leche.
Los glóbulos grasos tienen un diámetro de 0,1 – 20
micras. Se presentan en un número de
100.000.000.000/mL. Densidad 0,92 - 0,94.
X
50000
La forma en que se encuentran distribuidos los
elementos en el glóbulo de grasa le permite al
mismo mantener su integridad.
Estudio de la Grasa
Detalle de la Membrana del Glóbulo Graso
(modelo de King)
Membrana del glóbulo
graso
13
12/04/2010
Estudio de la Grasa
Membrana glóbulo graso
Estudio de la Grasa
Membrana glóbulo graso
Actividades enzimáticas:
• Más de la mitad son
hidrolasas>oxidoreductasas>tra
nferasas
• 1 Aldolasa
• Ligasa: acetil-CoA
carboxilasa
• Numerosos enzimas
con actividades muy
específicas
Fosfolípidos
Lípidos complejos: en estos, además de un alcohol y ácidos grasos,
contienen ácido fosfórico (P) y una base nitrogenada (N) y /o azufre
(S).
En la lecitina la base nitrogenada es la colina y en la cefalinas lo es la
serina.
La esfingomielina esta compuesta por dos bases nitrogenadas, la
colina y esfingosina.
Los ácido grasos asociados a los fosfolípidos son tipicamente
poliinsaturados, por lo tanto mas sensibles a la oxidación.
Las cerebrosidos (no fosfolípido) son
lípidos compuestos por
esfingosina, un ácido graso de cadena larga y galactosa.
14
12/04/2010
Biosíntesis de los Componentes de la
Leche
Componentes asociados a la membrana del
Glóbulo Graso
La membrana (pseudomembrana)
pseudomembrana) presenta un espesor de 0,005 micras.
micras.
La conformación de la membrana es compleja, intervienen los ácidos
grasos de punto de fusión elevado, los fosfolípidos,
fosfolípidos, proteínas (prot.
prot. De
la membrana del G.G.), agua ligada, el colesterol y otras sustancias
asociadas..
asociadas
En ella se encuentran asociados diversos componentes como;
como;
Minerales;; hierro y cobre.
Minerales
cobre.
Vitamina A y el Colesterol
Enzimas;; fosfatasa alcalina y la xantino oxidasa.
Enzimas
oxidasa.
Se encuentran también las aglutininas (euglobulinas)
euglobulinas) que propician el
ascenso de la nata (racimos de glóbulos grasos) a bajas temperaturas.
temperaturas.
Composición de la Leche
Estudio de la Grasa
Glóbulo graso
Rodeados por una membrana proteica con dos fracciones una
soluble y otra insoluble en disoluciones acuosas la cual tiene
un espesor aproximado de 0,005 micras. Contiene parte del
hierro y del cobre de la leche y enzimas como fosfatasa
alcalina y aldehídoreductasa
La membrana contiene en la cara interna una segunda capa
de naturaleza fosfolípidica compuesta principalmente por
lecitina y cefalina.
Entre estas dos capas se encuentra agua ligada y al mismo
nivel de los fosfolípidos existe colesterol y vitamina A.
En el centro del glóbulo encontramos los glicéridos de bajo
punto de fusión que son líquidos a temperatura ambiente,
ricos en ácido oleico, mientras que en la periferia en contacto
con los fosfolípidos y la membrana tenemos los glicéridos
de punto de fusión elevado sólidos a temperatura ambiente.
Agua
Grasa
Leche
Sólidos
Totales
Sólidos No
Grasos
Proteínas
Lactosa
Vitaminas
Cenizas
15
12/04/2010
Estudio de las Proteínas lácteas
Estudio de las Proteínas lácteas
Importancia
Proteinas
Elevado PM, entre 15000 y
20000. Precipitan fácilmente en
ácido
tricloroacético
y
concentraciones elevadas de
sales minerales.
Sustancias
proteicas
nitrogenadas
no
Parte
escasa,
pero
que
comprenden un gran número
de sustancias con PM inferior a
500.
Presentan
estructura
variada junto a los aminoácidos
libres se encuentran, urea,
creatinina y nucleótidos
Fracción más importante y una de las más abundante de la leche
excepto en rumiante que va a la par con los lípidos.
Propiedades físico químicas y funcionales derivadas de ellas:
• Estabilidad
• Solubilidad
• Desnaturalización
Valor nutritivo
Componentes
inhibidores,...)
minoritarios
importantes
(enzimas,
Igs,
Estudio de las Proteínas lácteas
Aminoácidos de la Proteína de la Leche
Aminoácido
Unión Cabeza-Cola (Enlace peptídico)
Hidrólisis (acida, alcalina o
enzimática)
16
12/04/2010
A los aminoácidos que necesitan ser ingeridos por el cuerpo para obtenerlos se les llama
esenciales, la carencia de estos aminoácidos en la dieta limita el desarrollo del organismo, ya que
no es posible reponer las células de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos, en el caso del
crecimiento. Estos son:
Valina (Val)
Isoleucina (Ile)
Metionina (Met)
Lisina (Lys)
Histidina (His)
Leucina (Leu)
Fenilalanina (Phe)
Treonina (Thr)
Triptófano (Trp)
A los aminoácidos que pueden ser sintetizados por el cuerpo se les conoce como No Esenciales y
son:
Arginina (Arg)
Prolina (Pro)
Serina (Ser)
Asparagina (Asn)
Tirosina (Tyr)
Ácido glutámico (Glu)
Alanina (Ala)
Glicina (Gly)
Cisteina (Cys)
Glutamina (Gln)
Ácido aspártico (Asp)
Polimorfismo hereditario de las proteínas
Las proteínas codificadas genéticamente pueden presentar variantes
genéticas que se distinguen por pequeñas diferencias en la composición de
aminoácidos..
aminoácidos
Las variantes se designan con las letras A, B C.
Los individuos pueden ser homozigotes para las variante de una proteína
AA o se pueden encontrar heterozigotes AB, p. ej
ej..
Por ejemplo la caseína β en la raza Ayrshire se ha encontrado el tipo AA,
mientras que el tipo C se ha encontrado en la raza Guernsey.
Guernsey.
Estas variantes tienen interés desde el punto de vista tecnológico por
presentar diferencias funcionales que repercuten en la fabricación de
derivados (queso p. ej
ej..).
Composición de aminoácidos de la
Proteína de la Leche
Aminoácidos
Glicina
Alanina
Valina*
Leucina*
Isoleucina*
Serina
Treonina*
Ácido Aspartico
Ácido Glutámico
Arginina*
Lisina*
Cisteína
Cistina
Metionina*
Fenilalanina*
Tirosina
Histidina*
Prolina
Triptofano*
Proteínas Totales
(%)
Caseína
(%)
Lactoalbumina
(%)
Lactoglobulina
(%)
0,3
2,3
6,9
10,8
6,4
4,8
4,6
5,0
20,5
3,8
8,1
0,4
2,3
7,0
10,8
6,1
5,4
4,4
5,8
21,7
3,8
6,8
0
2,6
5,0
14,1
5,1
4,0
5,0
9,6
15,2
3,4
7,3
0,9
2,9
5,2
5,7
2,4
7,6
1,8
0,3
2,9
5,5
6,0
2,2
9,8
1,2
3,1
2,4
4,1
4,0
1,6
4,0
2,1
1,5
7,1
5,8
15,5
6,8
4,4
5,3
11,0
19,8
2,9
11,3
1,1
4,0
3,2
3,7
3,7
1,6
4,7
1,9
Variantes genéticas de las caseínas bovinas
17
12/04/2010
Estudio de las Proteínas lácteas
Caseínas
Definición:: proteínas de la leche que precipita a medio de pH 4,6
Definición
Propiedades generales:
generales:
•Todas tienen enlaces fosfato (fosfoproteínas)
•Posibilidad de enlaces hidrofóbicos (αs1
(αs1 y β)
•Posibilidad de enlaces –S-S- (αs2
(αs2 y κ)
•Hidrofobicidad y carga elevadas
•Estructura laxa y abierta, sin estructura organizada
•Prácticamente no pueden ser desnaturalizadas por que no tienen
casi estructura 3ª
•Difieren en la distribución de la carga iónica y en la susceptibilidad
a la agregación en presencia de Ca+
Estudio de las Caseínas
Caseína αs1;
es insoluble en presencia incluso de pequeñas
de calcio ionizado (0,03 M), incluso a bajas temperaturas
temperaturas..
Estudio de las Caseínas
Caseína β;
es insoluble en presencia incluso de pequeñas cantidades
de calcio ionizado (0,03 M), pero solo por encima de los 20
20ºC,
ºC,
siendo soluble a bajas temperaturas
temperaturas..
cantidades
Tiene un peso molecular de 23.
23.7000 a 27.
27.000
000.. Se reconocen cuatro
variantes genéticas, A, B, C, D.
Tiene un peso molecular de aprox
aprox.. 24.
24.000.
000. Se reconocen 8
variantes genéticas.
genéticas. Contiene menor cantidad de fósforo que la αcaseína (5 átomos por molécula).
molécula).
Tampoco contiene glúcidos ni el aminoácido azufrado cisteína.
cisteína.
Presenta y un total de 209 residuos de aa´
aa´s.
Es las que contiene mayor cantidad de fósforo, no contiene glúcidos y
el aminoácido cistina está ausente o en muy poca cantidad
cantidad..
Es relativamente rica en fósforo (1%). Presenta una cadena de 199
residuos de aa´
aa´s.
18
12/04/2010
Estudio de las Caseínas
Caseína κ;
Es una fosfoglicoproteína de carácter ácido, contiene 3 tipos de
glúcidos (galactosa, galactosamina y ácido siálico
siálico)).
CARACTERES DIFERENCIALES DE LAS CASEÍNAS
αS1
β
κ
23000
24000
19000
199
209
169
4
8
2
PUNTO ISOELÉCTRICO
4.4
4.9
3.7
SOLUBILIDAD EN PRESENCIA Ca++
4ºC
(-)
+
+
(-)
(-)
+
1.01
0.6
0.3
8
5
1-2
Es muy soluble en presencia de Ca++, incluso a concentraciones
elevadas (0.4 M).
M). Tiene un importante efecto estabilizante frente
al Ca++para las otras caseínas (sensibles), a las cuales incluye
en un complejo (micelas)
(micelas)..
Es el sustrato específico del cuajo (renina), a nivel del enlace
Phe--Met
Phe
Met..
Tiene un peso molecular de 19.
19.000
000.. Se reconocen 2 variantes
genéticas.. Contiene muy poco fósforo (1 o 2 átomos)
genéticas
átomos).. Es muy
notable la presencia de cisteína
cisteína.. Presenta una cadena con 169 aa´
aa´s.
CARACTER
PESO MOLECULAR
NUMERO Res. AMINOACIDOS
VARIANTES GENÉTICAS
25ºC
% FÓSFORO (P
(P)
Estudio de las Proteínas Lácteas
NÚMERO ATOMOS P / molécula
% NITRÓGENO
15.3
15.4
14.3
CISTEÍNA (grupos SH / molécula)
0
0
2
GLÚCIDOS
0
0
5
Conformación de las micelas de (Según Rose)
19
12/04/2010
Modelo de la Micela de Caseína
(Garnier y RibadeauRibadeau-Dumas)
Micela de Caseína
Estructura de la Micela de Caseína
Estabilidad de la fase coloidal (micelas)
Existe un equilibrio dinámico entre las formas de caseína
caseína;;
Agregadas en MICELAS
SUBMICELAS
Caseína “SOLUBLE”
Diversos factores pueden modificar este equilibrio, haciendo mas o menos
estable la fase coloidal de la leche
leche..
1.
Al agregar Ca++ el equilibrio se desplaza hacia el engrosamiento de las
micelas, aumentando resultando el polimero mas inestable
inestable..
2.
La disminución del pH disuelve el fosfato cálcico coloidal, aumentando el
++
Ca y al mismo tiempo se inestabilizan las micelas por acercarse a su punto
isoeléctrico (pH 4,6).
3.
El frio debilita las interacciones hidrofóbicas que mantienen unidas a las
caseínas en la estructura micelar
micelar,, por lo tanto ocurre una disgregación,
estabilizando el sistema
sistema..
4.
El tratamiento térmico provoca una reacción entre la β-lactoglobulina y la
cappa caseína, lo cual estabiliza al sistema micelar ante el ataque
enzimático..
enzimático
20
12/04/2010
Características de las proteínas séricas
COAGULACIÓN ENZIMÁTICA
Β-lactogobulina
lactogobulina:: representa aproximadamente el 60%
60% de la fracción de
albúminas, tiene un peso molecular cercano a 18.
18.000
000.. Su solubilidad depende de
la presencia de las sales en la leche
leche.. Su cadena polipéptidica es de 162 residuos
de aa´
aa´s. Tiende a formar polímeros
polímeros.. Esta proteína no se encuentra en la leche
humana y está asociada a los casos de alergia a la leche
leche.. Presenta 4 variantes
genéticas..
genéticas
α- lactoalbúmina
lactoalbúmina:: representa cerca del 25%
25% de las albúminas
albúminas.. Es muy soluble en
agua al pH de la leche, pero no a pH bajo
bajo.. Tiene una cadena de 123 aa´
aa´s. Su
función biológica radica en que forma parte de la enzima lactosa sintetasa
sintetasa..
Presenta 2 variantes genéticas
genéticas..
Seroalbumina:: No se sintetiza en la glándula mamaria, proviene directamente de
Seroalbumina
la sangre
sangre.. Su concentración se ve incrementada en casos de mastitis o involución
del tejido mamario
mamario.. Tiene un peso de 69.
69.000
000,, representan aproximadamente 5%
de las albúminas
albúminas..
CUAJO
GLICOMACROPÉPTIDO
SOLUBLE
Fase Primaría
MICELA DE CASEÍNA
Fase Secundaría
(Coagulación)
Hidrólisis
de la K
caseína
GEL DE PARACASEINATO
CUAJADA
Fase Terciaria
(Sinérisis)
Principales proteínas del suero lácteo
Otras proteínas séricas
Inmunoglobulinas:
Inmunoglobulinas:
pertenecen a la fracción de glubulinas
glubulinas.. Presentan un elevado peso molecular, superior a
150..000
150
000.. Se encuentran en concentración muy elevada en el calostro
calostro.. Son parte del
sistema inmunológico de la glándula mamaria
mamaria..
En la leche humana está mayoritariamente la IgA
IgA,, mientras que en el bovino se encuentran
IgG1, IgG2, e IgM.
IgM.
Proteínas menores
menores::
lactoferrina que tiene propiedades antibacterianas
antibacterianas..
La lisozima
lisozima,, muy importante como antibacteriano en leche de humano
humano..
Proteína de la membrana del glóbulo graso
graso..
Fracción proteosa
proteosa--peptona
peptona..
Enzimas diversas
diversas..
21
12/04/2010
Comportamiento de las micelas de caseínas a
diferentes pH
Alteración de la Suspensión Coloidal
85
Desnaturalización de proteínas séricas
86
Coagulación de Micelas de Caseínas
En la figura superior se observa
como se unen las micelas de
caseínas cuando han reaccionados
con las proteínas del suero, caso
del yogurt pasteurizado a 80-90ºC.
En la figura inferior se observa la
coagulación en el caso del queso,
por acción de la renina.
22
12/04/2010
Lactosa
Composición de la Leche
casi todas las especies
especies..
Agua
Grasa
Leche
Se consigue en la leche de vaca en una proporción que va
desde 4,5 a 5 % el cual es de poca variabilidad
variabilidad..
Sólidos
Totales
Sólidos No
Grasos
Proteínas
Lactosa
Vitaminas
Cenizas
Lactosa
La lactosa es el carbohidrato más importante de la leche de
Es exclusivo de la leche aunque se ha reportado su
presencia en frutos de plantas de la familia Sapotaceae
Sapotaceae..
Lactosa
La lactosa es un disacárido formado por un radical de Dglucosa y uno de D-galactosa unidos por un enlace β-1,4glicosídico.. Ambas moléculas se presentan en forma de
glicosídico
anillos piranósicos
piranósicos,, por lo tanto debería llamarse
llamarse;;
4-O-Beta
Beta--D-galactopiranosil
galactopiranosil--D-glucopiranosa.
Existen dos isómeros, α y β .
La lactosa es un disacárido reductor
23
12/04/2010
Poder Edulcorante Relativo (PE) de diversos azúcares
(% p/p)
Lactosa
Azúcar
PE (solución)
β-D-fructosa
La lactosa no es tan dulce como la sacarosa, glucosa y
180
100
100
α-D-glucosa
4040-79
74
β-D-glucosa
menor α-D-glucosa
82
Sacarosaª
fructosa..
fructosa
Soluciones de sacarosa al 1, 5, 10 y 20 % tiene le mismo
poder edulcorante que soluciones de lactosa al 3,5, 15,
15, 30 y
33%
33%.
La β -lactosa es más dulce que la α-lactosa
lactosa..
La sacarosa es 10 veces mas soluble que la lactosa
Lactosa
Por poseer átomos de carbono asimétricos opticamente activos,
los azúcares presentan una rotación específica, que es el ángulo
positivo o negativo en el que gira el plano de la luz polarizada
polarizada.. La
α-lactosa y la β -lactosa difieren en su rotación especifica.
especifica.
Una solución recién hecha con cualquiera de ellas cambiara su
rotación con el transcurso del tiempo, la α-lactosa presenta una
rotación específica de 89
89ºº4, mientras que la β -lactosa es de 35
35ºº.
Cuando están en equilibrio este valor es de 55
55ºº4.
Este cambio de rotación y la transformación de una forma en otra
es lo que se denomina Mutarrotación
Mutarrotación..
α-D-galactosa
27
32
β-D-galactosa
---
21
α-D-manosa
59
32
β-D-manosa
Amargo
Amargo
α-D-lactosa
1616-38
16
β-D-lactosa
48
32
β-D-maltosa
4646-32
---
Rafinosa
23
1
Estaquiosa
---
10
Mutarrotación de la Lactosa
PE (forma Cristalina)
100100-175
Si se coloca α-lactosa (monohidrato)
monohidrato) en agua, la cantidad que
se disuelve al principio es de 7.3 g en 100 mL
mL,, pero la
solubilidad final llega a ser 17 g en el mismo volumen de agua.
agua.
Al aumentar la temperatura del agua, a 100ºC
100ºC p. ej
ej.., pueden
disolverse 70 g de α-lactosa por cada 100 mL
mL,, pero luego al
enfriarse, cristaliza por estar sobresaturada la solución.
solución.
El punto de equilibrio de las formas α y β lactosa a 15ºC,
15ºC, es de
62
62%
% de β lactosa y 38%
38% de α lactosa, como resultado de un
equilibrio dinámico y con una rotación de 55
55ºº4.
A temperaturas menores de 93
93,,5ºC se forman cristales de αlactosa. A temperaturas mayores cristaliza la β -lactosa.
lactosa.
lactosa.
24
12/04/2010
Propiedades químicas y físicas de la Lactosa
Propiedades químicas y físicas de la Lactosa Hidrólisis enzimática
Forma de los cristales
La α lactosa cristaliza como hidratos, los cuales son duros y no higroscópicos. A temperatura
ambiente la β lactosa se disuelve más rápido que el hidrato de α lactosa y su solubilidad es 10
veces mayor, siendo sus cristales de menor tamaño pero con una mayor superficie.
β-galactosidasa (EC 3.2.1.23)
Lactosa
Cuando se deseca rápidamente una solución como la leche en un atomizador o por
congelación se forma lactosa amorfa, que se disuelve rápidamente al adicionar agua
(pulverización, cilindros).
El tamaño de los cristales depende de la velocidad de cristalización.
Lenta
Cristales grandes (textura arenosa)
Rápida
microcristales (textura suave)
En solución sobresaturada a temperaturas inferiores de 93,5 ºC la lactosa cristaliza en forma
α monohidratada. A temperaturas superiores de 93,5 ºC cristaliza en forma de β anhidra
Propiedades químicas y físicas de la Lactosa
Individuos con
carencia
Intolerancia a la
Lactosa
Olisacáridos
Galactosa
Glucosa
Estudio de las Sales de la Leche
Fermentaciones
La definición no equivale a sustancias minerales o inorgánicas, por que
algunas sales son orgánicas.
Acido-láctica: producción de ácido láctico por bacterias lácticas (Lactococcus
spp. y Lactobacillus spp.) Homo y heterofermentatativa. Acido láctico utilizado
como acidulante, como componente en la fabricación de plásticos, o
convertido en lactato amónico como fuente de nitrógeno para nutrición animal.
Las bacterias del yogur a parte de la producción de ácido láctico, transforman
parte del ácido pirúvico en diacetilo (componente aromático).
No equivale a sustancias iónicas, una parte de las mismas se
encuentran en forma no ionizada.
Propionica: transformación del ácido láctico en ácido propiónico por
Propionibacterium spp.
Responsables del estado físico-químico del suero y de la leche.
No equivalen a cenizas ya que la incineración determina perdida de
sales orgánicas (citratos) y formación de cenizas a partir de productos
no salinos (azufre de las proteínas, fosfato de los fosfolípidos y de las
caseínas).
Intervienen en la conformación y estabilidad de las proteínas.
Alcohólica: transformación en ácido pirúvico → acetaldehído → etanol por
levaduras (Saccharomyces spp. y Candida spp.)
Puede expresarse como moles, equivalentes ó gramos.
Acética: transformación del etanol en ácido acético (oxidación) por acción de
Acetobacter spp., Bacterium spp.
25
12/04/2010
Sales minerales de la leche
La leche contiene 20 veces mas calcio y 4 veces mas fósforo que la
sangre, esta gran sobrecarga se explica por el hecho de que gran
parte de estos elementos se encuentran en forma coloidal (en las
micelas), con poca influencia sobre la presión osmótica que tiende a
equilibrar las concentraciones.
Estado Físico-químico de las Materias Salinas
Enzimas de la Leche
P de los fosfolípidos (1,5%)
ORGANICO
(36%)
P de las caseína (25%)/(insoluble)
P de esteres solubles (9.5%)
Los enzimas son proteínas que actúan como biocatalizadores, es decir, inician y
activan reacciones vitales sin ser consumidas en el proceso.
Su presencia en la leche tiene dos orígenes:
FOSFORO
P en fosfatos disueltos (34%)
INORGANICO
(64%)
P del fosfato tricálcico (30%) (micelas)
ORGANICO
(20%)
Ligado a la caseína (20%) (insoluble)
Importancia tecnológica:
CALCIO
Calcio iónico (10%)
INORGANICO
(80%)
Enzimas producidas en la glándula mamaria que pasan a la leche.
Enzimas producidas por los microorganismos.
Producen degradación de los componentes de la leche
Permiten realizar control de los tratamientos térmicos aplicados a la
leche y sus derivados
Permite estimar la calidad de la leche
Algunas constituyen una defensa natural contra las bacterias.
Complejos no ionizados (23%)
Fosfato tricálcico (47%) (insoluble/micelas)
26
12/04/2010
Efectos del Calor sobre algunos Componentes de la Leche
Enzimas de la Leche
Xantino Oxidasa
Oxidasa asociada a la
membrana del GG
Reduce el NO3 a NO2
Lactoperoxidasa
Oxidasa
Termorresistente
Parte del sistema LP
Control de la Pasteurización
Catalasa
Oxidasa
Aumenta en casos de mastitis
Lipasas
Unida a la caseína o
a la membrana del GG
Ayuda a la digestión y sabor
Produce rancidez
Fosfatasa Alcalina
Asociada a la memb. del GG
Dos isómeros α y β
Control de la Pasteurización
Proteasas
Asociadas a la caseína
Coagulación dulce
Maduración de los quesos
Lisozima
Baja cantidad
Poderoso bactericida
Ayuda a la digestión
Lactasa
Sindrome de Intolerancia a la
lactosa
Maduración de los quesos
Efectos del Calor sobre algunos Componentes de la Leche
Caseína
Degradación de la molécula
(desfosforilación y ruptura de
enlaces peptídicos) acompañada
de modificación del estado
micelar de la leche
Floculación de las suspensiones
de caseína a alta temperatura.
Floculación y gelificación de la
leche.
Minerales
Desplazamiento del equilibrio
Ca/P soluble a Ca/P insoluble
insoluble..
Insolubilización de las sales de
calcio y descenso del pH.
pH.
Retraso de la coagulación por el
cuajo.. Influencia sobre la
cuajo
estabilización de las micelas.
micelas.
Grasa
Formación de lactonas a partir de
los ácido monoenos de cadena
corta
Sabor desagradable (en las
leches concentradas y en polvo)
Vitaminas
Destrucción:
Destrucción: principalmente B1 y
C
Disminución del valor nutritivo
Enzimas
Inactivación a temperaturas de 60
a 100 ºC
Detención de las actividades
enzimáticas principalmente las
lipasica y proteasica.
proteasica.
Gases
Perdida de CO2
Elevación ligera del pH
Lactosa
Descomposición con formación de
ácidos orgánicos
Descenso del pH.
pH.
Influencia sobre el crecimiento de
la bacterias lácticas
lácticas..
Caramelización
Lactosa + proteínas
Reacción entre los grupos
aldehídicos y aminados, productos
de condensación coloreados
(reacción de Maillard)
Disminución del valor nutritivo de
las
proteínas
(principalmente
lisina)
Formación
de
compuestos
reductores, descenso del potencial
redox,, dificultad para la oxidación
redox
de las grasas.
grasas.
Oscurecimiento
Proteínas séricas.
(principalmente
β -lactoglobulina)
Aparición de grupos sulfhidrilos
activos y de compuestos sulfurados
libres.
Desnaturalización.
Inactivación de aglutininas.
Sabor a cocido. Sistema reductor.
Floculación.
Proteínas solubles y
caseína
Formación de amoniaco.
Concentración e insolubilidad en la
interzona líquido/aire. Formación
de complejos caseina κ + β lactoglobulina
Influencia sobre el sabor.
Formación de la llamada capa de
leche.
Una de las causas de Estabilización
por precalentamiento.
Dificultades para la formación de
la crema.
Efecto del calor aplicado para la obtención de
derivados lácteos sobre las vitaminas
27