Luis A. Brumovsky - Aula Virtual FCEQyN

Luis A. Brumovsky
Ingeniero Químico
Magíster en Tecnología de los Alimentos
Doctor en Ciencias Técnicas
PROFESOR ADJUNTO DE BROMATOLOGÍA Y NUTRICIÓN
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS QUÍMICAS Y NATURALES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES
2012
Producción Mundial de Leche
Periodo 2004 - 2006
200
Europa
Asia
150
América del Norte
América del Sur
Africa
100
Oceanía
América Central
50
0
2004
2005
2006
Producción Mundial de Leche
Periodo 2004 - 2006
700
Millones de Toneladas
Millones de Toneladas
250
600
América Central
500
Oceanía
Africa
400
América del Sur
América del Norte
300
Asia
200
Europa
100
0
2004
2005
2006
1
Porcentaje de la Producción Mundial de Leche - Año 2006
Oceanía 3,8 %
Asia 34,3 %
Europa 33 %
Africa 4,7 %
América Central
2,4%
América del Norte
13,7 %
América del Sur 8 %
La leche es el primer y único alimento de las crías de
los mamíferos.
Es
secretada
por
las
glándulas
mamarias
de
las
hembras, tras el nacimiento de las crías.
Tiene como única finalidad la alimentación de los
mamíferos recién nacidos.
Se forma en las células epiteliales secretoras que recubre
los alvéolos de la mama, su forma de agruparse y el dispositivo
colector varían de unas especies a otras.
El alveolo es una pequeña fábrica de leche que
incluye una cámara de almacenamiento, el lumen.
2
LA GLÁNDULA MAMARIA
En la vaca, existen 4 glándulas mamarias independientes
habitualmente llamados cuartos, que sólo tienen en común la
envoltura cutánea.
Estructura de la ubre de vaca
El conjunto forma un reservorio de aproximadamente 8 litros
de capacidad para la totalidad de los cuartos de una vaca
En la mama de la vaca, los alvéolos se reúnen en racimos
formando los lóbulos; estos se comunican por un conducto
colector ramificado con la cisterna situada en la base de la mama.
BIOSÍNTESIS DE LA LECHE
La leche se origina en el tejido secretor y es colectada por un
sistema de ductos que se incrementan de tamaño a medida que
se acercan a los pezones.
El alveolo es un micro-órgano de forma cuasi esférica que tiene
un recinto central denominado lumen, rodeado de células
epiteliales secretoras.
Las células están orientadas de tal manera que un extremo, el
de la membrana apical, da al lumen y el otro, el basal posee
una membrana que la separa de la sangre y de la linfa.
En las células epiteliales hay un flujo de metabolitos desde la
membrana basal hacia la membrana apical, estos son los bloques
constituyentes de la leche que provienen de la sangre a través de
la membrana basal.
3
Tejido lactogénico de vaca a escala creciente
Los componentes básicos de la leche son sintetizados en el
retículo endoplasmático con la energía suministrada por las
mitocondrias.
Estos componentes son empaquetados en vesículas secretoras
por el aparato de Golgi y las gotas de lípidos se distribuyen en el
citoplasma.
Las vesículas y las gotas de lípidos pasan a través de la
membrana secretora apical y son almacenados en el lumen.
Las caseínas, la β–lactoglobulina y la α–lactoalbúmina se
sintetizan en la glandula mamaria. La albúmina sérica y las
inmunogloblinas proceden directamente de la sangre.
4
Cuando la oxitocina, hormona hipofisaria, circula con la sangre
se liga a las células mioepiteliales, el alveolo se contrae,
expeliendo la leche del lumen al sistema de ductos.
Juntamente con el flujo de metabolitos, en las células hay un
flujo de endomembranas hacia la membrana apical.
Una vaca en el término de 305 días de lactación produce
aproximadamente 7.000 kg de leche.
CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA LECHE
La leche es una mezcla compleja tanto por la naturaleza de
sus componentes como por su estado físico y químico. El
elemento cuantitativamente más importante de la leche es el
agua, en el que se encuentran:
a) Sustancias en solución verdadera: de bajo PM, no
ionizables (azúcares) y otras ionizables (sales, vitaminas
hidrosolubles, aminoácidos).
b) Sustancias en estado de dispersión coloidal: tales como
las micelas de fosfocaseinato cálcico, seroproteínas, citratos y
fosfatos de calcio y magnesio.
c) Sustancias en estado de emulsión:
vitaminas liposolubles.
lípidos, esteroles y
5
Esquema de la estructura de la leche a diferentes aumentos
PARTICULARIDADES DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA LECHE
Isotonicidad con la sangre (Concentración de So ~ 0,3 molal)
El punto de fusión de la grasa < 37 °C.
El pH de la leche recién ordeñada es 6,6 – 6,8; ligeramente
inferior al de la sangre.
El punto de congelación va de –0,53 °C hasta - 0,57 °C.
La densidad de la leche de vaca es de 1,029 – 1,034 a 15 °C.
Disminuye al aumentar el contenido en grasa y aumenta al
hacerlo el contenido en proteína, lactosa y sales.
La biosíntesis de la lactosa regula la concentración de solutos
y su contenido es relativamente constante para una especie,
pero varía entre estas.
6
Composición media de algunas leches por especies
Especie
Sólidos
totales
Grasa
Lactosa
Proteínas
Cenizas
11 - 13
3,4 – 3,6
4,6 – 4,7
3,4 – 3,6
0,7 – 0,8
Cabra
13,2
4,3
4,5
3,7
0,8
Oveja
17,0
5,3
4,6
6,3
0,8
Búfala
16 – 22
6–9
4,7 – 4,9
4,4 – 4,8
0,8 –0,85
Delfín
42 - 43
33
1,1
7,0
0,7
22
10,0
2,6
8,4
1,3
12 - 13
3,3
6,6
1,4
0,23
Vaca
Rata
Mujer
La leche de vaca contiene disuelto a saturación ~ 10 meq/L de
Ca como fosfato y citrato. El contenido de Ca y fosfato adicional
está como complejo coloidal.
Debido a las micelas coloidales y a los glóbulos de grasa
presentes en la leche, la luz incidente es dispersada y da a la
misma su color blanco característico.
La composición química de la leche refleja el hecho de ser un
alimento único para los mamíferos jóvenes, de aquí su compleja
mezcla de lípidos, proteínas, carbohidratos, vitaminas y minerales.
Es una fuente excelente de proteínas, Ca, P, vitaminas B2 y B12.
Es buena fuente de vitaminas A, B1, equivalentes de niacina y Mg.
Es pobre en Fe, Cu y vitamina C.
Cambio en la composición de la
leche de vaca después del parto
Composición de la leche de vaca
Componente
Porcentaje
Rango
Agua
86,6
85,4 – 87,7
Grasa
4,1
3,4 – 5,1
Proteínas
3,6
3,3 – 3,9
Lactosa
5,0
4,9 – 5,0
Cenizas
0,7
0,68 – 0,74
7
PROTEÍNAS DE LA LECHE
• La leche contiene 30 a 35 mg/L de proteínas de alto valor nutritivo.
• Hay 6 productos genéticos principales: caseína αs1; caseína αs2;
β-caseína, κ-caseína, α-lactoalbúmina y β -lactoglobulina.
Proteína
Concentración (g/L)
Caseínas
24 - 28
% aproximado de
la proteína total
80
αs-caseínas
15 - 19
αs1-caseínas
12 - 15
34
αs2-caseínas
3–4
8
42
β -caseínas
9 – 11
κ-caseína
3-4
9
γ-caseína
1-2
4
Proteínas del suero
5–7
β -lactoglobulina
2-4
α-lactoalbúmina
Proteasas-peptonas
25
20
9
1 - 1,5
4
0,6 – 1,8
4
0,1 – 0,4
1
0,6 - 1
2
Proteínas de la sangre
Albúmina sérica
Inmunoglobulinas
CASEÍNAS
Las caseínas representan la fracción que se separa por
coagulación a pH = 4,6 y 20 °C de la leche desnatada.
Según esta separación se realice por acidificación o por acción
enzimática; se las denominan caseínas ácidas o caseínas del cuajo.
Las caseínas constituyen un grupo heterogéneo de fosfoproteínas
y consta de 3 fracciones principales:
αs1-caseína (PM = 23.600)
β -caseína (PM = 24.500)
κ-caseína (PM = 18.000)
Todas las caseínas forman un complejo esférico singular
altamente hidratado, conteniendo fosfato cálcico, denominado
micela. Por ello la cantidad de Ca++ y PO4-3 que lleva la leche
exceden a las de las soluciones acuosas saturadas.
8
Las α y β-caseínas son sensibles a la precipitación con
pequeñas cantidades de Ca++, en cambio la κ-caseína actúa como
estabilizante, frente a la acción del calcio.
La κ-caseína se desestabiliza por la acción de la renina del
cuajo, es decir durante el cuajado de la leche, el cuajo ataca a la
κ-caseína, escindiendo el enlace peptídico fenilalanina-metionina,
con liberación de un glicopéptido.
La paracaseína así formada ya no estabiliza más el complejo
caseínico, y en presencia de Ca los conjuntos micelares se
polimerizan y coagulan, formando un gel, la cuajada, que por
sinéresis expulsa el líquido llamado lactosuero.
Complejo caseínico
Debido a su fosforilación y naturaleza anfifílica, las caseínas
interaccionan unas con otras y con el fosfato cálcico para formar
grandes complejos esféricos, llamadas micelas, con diámetros que
oscilan desde unos 30 a 300 nm.
Las micelas están formadas por subunidades casi esféricas de
~10 – 20 nm, asociadas entre sí a
través de puentes salinos de iones
Ca o complejos de fosfato de Ca.
Las micelas contienen el 92 % de proteína y el 8 % de
constituyentes inorgánicos, esencialmente fosfato cálcico.
Las micelas se caracterizan por una estructura esponjosa y
porosa con gran voluminosidad ≈ 4 mL/g de caseína y una
excepcional hidratación proteica., de 3,7 g H2O/g de caseína.
9
Se han propuesto diversos modelos de micela a nivel molecular,
cada uno de los cuales concuerda bien con parte de los datos
experimentales.
Este modelo postula la formación de subunidades que constan de
unos 30 monómeros diferentes de caseínas y que se agregan a
micelas mayores mediante puentes de fosfato cálcico.
b
a
Modelo esquemático de una micela de caseína, (a) Subunidades de
caseína: αs, β, γ y κ. (b) Micelas de subunidades, que están
unidades por puentes de fosfato cálcico.
a
b
Submicela
Modelo esquemático de una micela de
caseína, (a) Submicela de caseínas:
αs, β, γ y κ. (b) Micelas de
subunidades, que están unidades por
puentes de fosfato cálcico.
Cadenas
emergentes
Fosfato
de calcio
κ-aseína
Interacciones
hidrofóbicas
10
PROTEÍNAS SÉRICAS
β-lactoglobulina: de estructura globular con un PM = 18.000
Al pH normal de la leche y a 20 °C se encuentra como dímeros
en forma de 2 esferas entrelazadas.
A pH menores a 3,5 y mayores a 7,5 el dímero se disocia
formando un monómero.
Es la principal fuente de grupos –SH, responsables del desprendimiento de SH2 que se produce cuando la leche se calienta por
encima de 70 °C.
No se encuentra presente en la leche humana, y es la más
abundante en el lactosuero de la leche de vaca.
La
β-lactoglobulina
experimenta
cambios
estructurales
irreversibles en el intervalo de temperaturas de muchos procesos
térmicos de la leche y productos lácteos.
Incide en los tratamientos tecnológicos de la leche.
Su desnaturalización por calentamiento reduce el riesgo de
coagulación de la leche durante la esterilización; pero puede
conducir a la formación de una cuajada insuficientemente firme,
durante la preparación de ciertos quesos, porque la βlactoglobulina desnaturalizada queda absorbida por la superficie
de las micelas de caseínas e impide la acción del cuajo.
β-lactoglobulina
desnaturalizada
Micelas de caseínas
Proteínas del suero
β-lactoglobulina
Puentes
disulfuro
Durante la desnaturalización la κ-caseína se adhiere a la β-lactoglobulina
11
α-lactoalbúmina: proteína globular con un PM = 16.000. Tiene un
elevado contenido en triptófano. No presenta grupos -SH libres,
aunque es rica en cisteína.
La α-lactoalbúmina tiene una función definida, representa la
proteína B del sistema lactosa sintetasa que cataliza la reacción:
α-lactoalbúmina
(UDP-gal) + glucosa
galactosil-transferasa
lactosa + UDP
En ausencia de α-lactoalbúmina el componente A (galactosiltransferasa) del sistema transfiere la galactosa a la Nacetilglucosamina.
La α-lactoalbúmina no resulta desnaturalizada por el calor en
ninguna de las condiciones habituales de tratamiento de la leche.
Inmunoglobulinas: Son semejantes a las de la sangre, son
glicoproteínas con actividad anticuerpo.
Constituyen las principales proteínas del calostro y sirven para
transferir inmunidad pasiva al recién nacido.
La presencia de pequeñas cantidades de inmunoglobulinas
hallada en la leche normal participa conjuntamente con la fase
lipídica del fenómeno de formación de la nata.
Albúmina del suero: es idéntica a la sangre y llega a la leche por
una vía diferente a la de las sintetizadas en las glándulas
mamarias.
Fracción proteasas-peptonas: grupo poco definido de fosfoglicoproteínas, estables al calor y a la acidez.
Enzimas: las enzimas de la leche se encuentran repartidas por
todo el sistema, asociadas a las micelas de caseína, a los glóbulos
grasos y en forma libre en suspensión coloidal
12
LÍPIDOS DE LA LECHE
La composición lipídica de la leche bovina es la más compleja que
se conoce.
Los triglicéridos representan entre el 96 y 98 % del total y están
presentes en los glóbulos de 2 – 10 µm de diámetro rodeados por
una membrana derivada de la membrana plasmática apical celular.
Composición lipídica de la leche de vaca
Componente
% en peso
g/L
Triglicéridos
95,8
30,7
Diglicéridos
2,25
0,72
Monoglicéridos
0,08
0,03
Ácidos grasos libres
0,28
0,09
Fosfolípidos
1,11
0,36
Colesterol
0,46
0,15
Ésteres de colesterol
0,02
0,006
trazas
trazas
Hidrocarburos
En los lípidos bovinos se identificaron más de 400 AG diferentes, pero
sólo 13 de estos aparecen en concentración superior al 1 %.
De los AG identificados, se tiene que:
los saturados representan ~ el 63 %
los ácidos monoenoicos ~ el 30 %
los dienoicos ~ el 3 %
los polienoicos ~ el 1 %
Ácido graso
Nro. de átomos de C:
grado de saturación
% en
peso
Butírico
4:0
3,8
Caproico
6:0
2,4
Caprílico
8:0
1,4
Cáprico
10:0
3,5
Láurico
12:0
4,6
Mirístico
14:0
12,8
Miristoleico
14:1
1,6
Pentadecanoico
15:0
1,1
Palmítico
16:0
43,7
Palmitoleico
16:1
2,6
Esteárico
18:0
11,3
Oleico
18:1
11,3
Linoleico
18:2
1,5
Principales AG de los
lípidos de la leche de
vaca
13
TRIGLICÉRIDOS
La distribución de los AG en los TG no es al azar.
Los AG de cadena corta están localizados preferentemente en la
posición 3 y los de cadena media o larga en las otras dos
posiciones.
DIGLICÉRIDOS
El hidroxilo libre está siempre en las posiciones terminales.
Debido que los AG de cadena corta son esterificados en la etapa
final de la síntesis de los lípidos, los AG de los diglicéridos son en
general > al láurico.
ÁCIDOS GRASOS LIBRES
Pequeñas cantidades de AG libres están presentes en la leche
fresca.
Durante el almacenamiento ocurre un cierto grado de lipólisis
produciéndose más cantidad de AG libres y de mono y
diacilgliceroles.
FOSFOLÍPIDOS
Están distribuidos en la membrana del glóbulo y en la fase
acuosa.
Los más importantes son: fosfatidilcolina, esfingomielina,
fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina.
ESTEROLES
Se encuentran en la fracción insaponificable de la grasa de
leche y son principalmente, el colesterol y algo de lanosterol.
(227 g de leche contiene 27 mg de colesterol)
HIDROCARBUROS Y ÉTERES
También se encuentran en la fracción insaponificable de la
grasa y los más importantes son el escualeno y los
carotenoides.
14
FORMACIÓN DE LA CREMA O NATA
La nata se forma debido al ascenso de los glóbulos de grasa.
La formación de la crema posee aun un mecanismo poco
conocido, pues si se calcula la velocidad v de ascenso de las
gotitas de grasa mediante la ley de Stokes:
d2 . (ρp -
ρl) . g
v=
18 . µ
El tiempo necesario para la formación sería de 50 horas, sin
embargo, no supera los 30 minutos.
Durante el proceso de formación se observan agrupaciones de
glóbulos de grasa incrementándose el diámetro efectivo y
también la velocidad de ascenso.
La formación de la crema se debe a la actividad de algunos
componentes del suero proteico, principalmente la participación
de las macro inmunoglobulinas IgM y las IgA.
COALESCENCIA DE LOS GLÓBULOS GRASOS DE LA LECHE
Distancia de
sedimentación, s
Tiempo t
15
AZÚCARES
La lactosa es el principal carbohidrato de la leche, el cual es
un disacárido compuesto por glucosa y galactosa
Lactosa
La concentración de la lactosa varía según el origen de la leche
Variación de la
lactosa según el
origen de la leche
Digestión de la lactosa
La lactasa, enzima que hidroliza la lactosa, es una β-galactosidasa
intestina específica que tan solo actúa sobre la lactosa.
La digestión de la lactosa se lleva a
cabo principalmente en el yeyuno,
donde la lactasa hidroliza a la lactosa
en sus monómeros integrantes.
Parte de la glucosa puede ser
utilizada directamente por las células
de las vellosidades, el resto junto con
la galactosa, pasan a la corriente
sanguínea, siendo ambos azúcares
metabolizados en el hígado.
16
Si no hay suficiente lactasa en el intestino, una parte de la lactosa
no se digiere y pasa al intestino grueso sufriendo dos procesos:
1) Se produce un aporte de agua desde el tejido intestinal hacia el
contenido intestinal (deshidratación osmótica del intestino).
2) La lactosa es fermentada por las bacterias del colon, se forman
así ácidos orgánicos y CO2, causando diarreas, sensación de
hinchamiento, eructos, flatulencia y espasmos intestinales.
Esto se conoce como intolerancia a la lactosa.
Curva de actividad lactásica
SALES
Las sales de la leche constan principalmente de fosfatos, citratos,
cloruros y bicarbonatos de Ca, K, Na y Mg.
Se encuentran distribuidas en una fase soluble y en una fase
coloidal en interacción con las proteínas.
La sal más importante es el fosfato cálcico coloidal que se
encuentra en equilibrio entre las fases micelar y sérica.
En las micelas hay cantidades importantes de Mg y cierta
cantidad de citrato.
Componente
Calcio total
Calcio ionizado
Magnesio
Sodio
Media
(mg/100 g)
Rango de
valores
% en la fase
soluble
% en la fase
coloidal
121
114 – 124
33
67
8
6 - 16
100
0
12,5
11,8 - 13,7
66
34
60
48 – 79
96
4
Potasio
144
116 – 176
94
6
Citrato
176
166 – 192
94
6
Fósforo total
95
79,8 – 101,7
45
55
Fósforo inorg.
65
53 – 72
55
45
108
92 – 131
100
0
Cloruro
17
VALOR NUTRICIONAL
• La leche es un alimento líquido, pero su contenido en materia
seca (del 10 al 13 %) es próximo al de numerosos alimentos
sólidos. Su valor energético es de 700 kcal/litro.
• Sus proteínas son de alta calidad, cuyo VB es de ~ 100.
• Las proteínas de la leche son ligeramente deficientes en los
aminoácidos metionina y cisteína, lo que hace que el valor
biológico sea ligeramente inferior a 100.
• Puesto que los aminoácidos azufrados están presentes en
mayores cantidades en la proteínas del suero que en las
caseínas, las primeras tienen un VB más alto que las últimas.
• La leche es un excelente aporte de calcio, fósforo, vitaminas B2
y B12; es relativamente rica en Mg, tiamina, niacina y vitamina A.
• Contiene poco hierro, poca vitamina C y D.
Composición nutricional de la leche entera de vaca (3,3 % grasa)
18
Información nutricional de la leche de vaca
TECNOLOGÍA DE LA LECHE
La leche fluida que llega al consumidor sufre una serie de
tratamientos.
19
LIMPIEZA
Para eliminar las impurezas macroscópicas, los grumos y parte
de microorganismos.
Se utiliza el método de centrifugación que es el más eficaz.
El equipo es similar a una desnatadora, pero regulado de tal
manera que la crema no se separe.
La operación se hace con la leche precalentada (50 – 60 °C) en
forma continua.
Eliminación de sólidos
Eliminación de sólidos
PASTEURIZACIÓN
Tratamiento térmico que tiene por objetivo principal destruir
las formas vegetativas de algunas bacterias patógenas que
pueden estar presentes en la leche y algunas otras bacterias no
patógenas que pueden alterar la leche.
También destruye ciertas enzimas, especialmente lipasas.
20
Los métodos son los siguientes:
1)Pasteurización baja, a 63 °C por 30’
Generalmente se realiza en tanques cerrados provistos de
agitadores.
El tratamiento es suave, da origen a pocas modificaciones; en
particular el color y el sabor permanecen invariables.
Aparte de ser discontinuo, este procedimiento exige una
instalación de capacidad voluminosa y puede provocar la
multiplicación de bacterias termófilas.
2) Pasteurización alta, a 72 - 75 °C durante 15’’ o
instantáneamente a 95 °C
Es la más usada y se hace en intercambiadores de calor
tubulares o de placas en forma continua.
También conocida como temperaturas altas tiempos cortos
(HTST).
Esquema de un pasteurizador de leche - Sistema HTST
Millones de bacterias/mL
21
Esquema de circulación en un intercambiador de calor de placas
Leche cruda
Leche
pasteurizada
Fluido calefactor
Patrón de flujo paralelo en las placas
de un intercambiador de calor
Intercambiador de calor de placas
22
Ventajas y desventajas de los equipos de pasteurización
Los cambiadores de placa son pocos voluminosos y tienen una
gran flexibilidad de funcionamiento y el rendimiento térmico es
excelente.
Se utilizan especialmente para grandes capacidades (10.000 L/h
o más) y permiten un gran automatismo.
Son los más difundidos en la mayoría de países, para la
pasteurización HTST.
Los cambiadores tubulares ocupan más sitio, pero sirven para
instalaciones de pequeñas y medianas capacidades.
Como ventajas debe señalarse que el riesgo de fugas es menor
que con el sistema de placas y además son más baratos.
Relaciones de temperatura y tiempo para la
inactivación térmica de algunas enzimas de la leche
23
Control de pasteurización
Se detecta la inactivación de la enzima fosfatasa alcalina,
presente en la fase acuosa y en la superficie de los glóbulos grasos
Se realiza mediante hidrólisis de un fenol-fosfato de leche
incubada.
Si se libera fenol con un reactivo orgánico, (2,6-dicloroquinonaclorimida) se presenta una reacción coloreada de azul como
indicador de presencia de fosfatasa.
C6H5—O—PO3Na2 + H2O
C6H5OH
+ PO4Na2H
HOMOGENEIZACIÓN
Previa pasteurización se somete a la leche a temperaturas
de 70 °C; a altas velocidades y a presiones elevadas (150 a
250 kg/cm2) a través de orificios o válvulas muy estrechas.
El glóbulo de grasa se reduce a 1/5 del tamaño inicial y se
destruyen parcialmente algunas micelas de proteínas y los
pedazos se adhieren a los glóbulos de grasa.
Se presenta los siguientes efectos:
Mayor estabilidad
coalescencia
de
la
emulsión
por
retardo
de
la
Mejora la consistencia de la leche
Aumenta la blancura
Los lípidos son más digeribles debido a la > penetración de
las lipasas digestivas
Mejora la digestibilidad de las caseínas.
Más sensibilidad a las lipasas endógenas de la leche.
24
Pistón
Asiento
Producto
homogeneizado
Producto sin
homogeneizar
Producto
homogeneizado
Abertura ~ 0,1 mm
En la homogenización se forza a la leche a
pasar por pequeñas aberturas de manera
de dividir los glóbulos de grasa
Disrupción de los glóbulos de
grasas en muchas partículas
menores causadas por la
homogeneización
a
b
(a) Esquema de un homogenizador de doble efecto. (b)
Esquema de un homogenizador de simple efecto.
25
Distribución del
volumen de grasa en %
Homogeneizada
bar
Homogeneizada aa 250
250bar
Homogeneizada
Homogeneizada aa 100
100 bar
bar
Leche
Leche sin
sin homogeneizar
homogeneizar
Tamaño del glóbulo en micrones
Curva de distribución de tamaño de los glóbulos de grasa
ESTERILIZACIÓN DE LA LECHE
Objetivo: destruir todas las bacterias y esporas, asegurando
una conservación prolongada en recipientes herméticamente
cerrados.
Previa pasteurización, homogeneización y desgasificación al
vacío, se somete a la leche a tratamientos que dependen del
equipamiento y de si está previamente envasada.
1) En el envase
a) Autoclaves discontinuos:
Sistema inmóvil: a 115 °C durante 15’. Son autoclaves a
baja presión, aptos para pequeñas instalaciones.
La refrigeración se realiza, tras el escape del vapor, mediante la
admisión de agua tibia y luego fría en el autoclave.
Sistema móvil: si los envases se agitan fuertemente, es
suficiente 4’ a 125 °C.
26
b) Autoclaves continuos:
Con vapor a presión: con la leche envasada en recipientes
metálicos, la esterilización se consigue a 117 °C por 12’
Esterilizador rotatorio continuo. (a) vista frontal del rotor,
(b) vista lateral
De columna de agua o hidrostático: la cámara de esterilización
con vapor a presión se comunica con la atmósfera por 2 columnas
de agua simétricas.
Las botellas de leche avanzan desde lo alto de la 1ra columna hacia
la cámara de esterilización, donde permanecen 15’ a 20’ a 115 °C.
Salen por la 2da columna de agua, donde se enfrían parcialmente.
Descripción de la forma de
operar de un esterilizador
de columna de agua
27
1) En flujo continuo
Aquí se trata de trabajar según el principio “Temperatura alta –
Tiempo corto”, lo que permite mantener a la leche, su sabor y valor
nutritivo al máximo.
Se utilizan cambiadores de calor, tubulares o de placas, donde se
aplica una esterilización de 10’’ a 15’’ a 135 °C.
Por contacto directo con vapor durante 1’’ a 3’’ a 140 – 150 °C.
Luego la leche se enfría rápidamente y se envasa asépticamente
en recipientes totalmente estériles.
SEPARACIÓN DE LA MATERIA GRASA
Se realiza mediante separadores centrífugos los que descargan
continuamente por una parte la crema y por otro lado la leche
descremada que posteriormente se pasteuriza
Esquema del
funcionamiento
de un separador
centrífugo
La crema es una emulsión grasa/agua con un 65 - 70 % de
agua y la casi totalidad de lípidos y vitaminas liposolubles.
La leche desnatada posee menos de 0,1 % de grasa.
28
Crema de leche
Leche desnatada
Leche entera
Esquema del funcionamiento
de un separador centrífugo
Vista de una fila de discos de la
centrífuga mostrando la entrada de
la leche a través de los agujeros y
la separación de los glóbulos de
grasa de la leche desnatada
ELABORACIÓN DE LA MANTECA
Para transformar la crema en manteca, se agita la crema en
tambores (mantequeras) provistos de paletas giratorias.
Se controla la temperatura en torno a 10 °C y la velocidad
de agitación en 50 RPM por 40’ aproximadamente.
Este equipo transforma la emulsión grasa/agua en emulsión
agua/grasa, que contiene entre 80 y 85 % de grasa y se
separa un líquido acuoso (suero).
Embalajes que la protejan de la luz y el aire.
Para evitar la
deterioración
microbiológica
y oxidativa
Se refrigera entre -6 y -8 °C.
Se agregada sal (2,5 % a 13 % p/p)
que se disuelve en la fase acuosa,
donde alcanza una concentración del 18 %.
29
Crema
manteca
Lactosuero
Máquina continua para fabricar manteca
CONCENTRACIÓN DE LA LECHE
Se realiza por evaporación a presión reducida de la leche
previamente pasteurizada y homogeneizada (50 a 60 °C).
La evaporación se realiza hasta lograr un contenido de sólidos
3 veces mayor que el original.
Se utilizan evaporadores de película delgada o evaporadores
de superficie raspada.
Evaporador horizontal de superficie raspada
30
Flujo del producto en
una cámara de vacío
Evaporador de película
descendente de simple
efecto
Leche concentrada sin azúcar (esterilizada)
Se obtienen
dos productos
Leche condensada (con azúcar)
La primera se conserva por esterilización.
La segunda al no ser estéril, se conserva principalmente por el
gran contenido de sólidos solubles, pues se adiciona sacarosa
antes de la evaporación.
El producto final resultante contiene ~ 25 % de agua, 30 %
de materia seca de leche y 44 - 46 % de sacarosa.
La leche concentrada estéril puede sufrir alteraciones por
gelificación y PNE.
La leche condensada, alteraciones por gelificación, PNE y
desarrollo de microorganismos.
31
DESHIDRATACION DE LA LECHE
La leche en polvo se produce a partir de leche pasteurizada y
concentrada hasta un 40 - 55 % de materia seca.
Se deshidrata hasta un contenido de humedad de 3 – 4 %,
por medio de secaderos spray.
La leche concentrada se “atomiza” dentro de la cámara de
secado.
Las pequeñas gotitas así formadas se arrastran y deshidratan
en una corriente de aire caliente, dando un polvo seco antes de
caer sobre las paredes inferiores del aparato.
La duración de
secado es ~ 10”
dependiendo de
La superficie de contacto aire-producto
Del tamaño y velocidad de las gotitas
De la longitud del equipo.
Esquema del sistema de secado por atomización
Para mejorar la solubilidad se procede a re-humidificar
ligeramente el polvo mediante vapor y secarlo lentamente.
La leche en polvo durante el almacenamiento está sujeta a
reacciones de PNE y a oxidación de lípidos.
32
PRODUCTOS RELACIONADOS CON LA LECHE
LECHE CON MULTIVITAMINAS Y MINERALES
Se fortifica a la leche con vitaminas (A, D, tiamina, riboflavina,
niacina) y algunos minerales (hierro e yodo).
LECHE DE BAJA LACTOSA
Se trata a la leche con lactasa durante su procesamiento o se
agrega la enzima a la leche entera.
LECHE ÁCIDA
Se obtiene por fermentación ácida de la leche, con bacterias
formadoras de ácido láctico o tras la adición de microorganismos
mesófilos a la leche calentada a 20 °C.
Durante la acidificación, se forma ácido láctico, que a pH 5-4
produce la coagulación de la caseína.
Se elabora con leche entera pobre en grasa o leche descremada, a
veces con adición de leche en polvo descremada para aumentar la
sustancia seca y mejorar la estructura del gel proteico.
YOGUR
Se elabora industrialmente con leche de vaca descremada,
(puede elaborarse con leche de oveja o búfala).
Se enriquece a la leche con un 2 % de leche en polvo y se
pasteuriza a 85 °C durante 30’’ a 60’’.
Se siembra con Lactobacillus bulgaricus o helveticus y
Streptococcus termofilus, luego se distribuye en recipientes y se
mantienen a 45 °C.
Después de 2-5 h, se produce la cuajada, entonces se enfrían y
se agregan extractos de frutas y confituras.
El yogur recién obtenido tiene un pH de 4 - 4,2; y contiene 0,7
a 1,2 % de ácido láctico.
Se agrega sorbato de K y se lo conserva por debajo de 10 °C.
33
HELADOS
Composición
Los derivados lácteos que se utilizan en la fabricación son: leche
entera y descremada, manteca, crema, leche condensada y en
polvo.
Está compuesto por grasa de leche y sólidos de leche no grasos,
más azúcares, estabilizadores, emulsionantes, sustancias
aromatizantes, colorantes autorizados, agua y aire.
Composición media
10 % de grasa láctea
11 % de leche en polvo
14 % de sacarosa
2 % de jarabe de glucosa
0,3 % de emulsionantes
0,3 % de espesantes
62 % de agua.
Composición y clasificación de helados comerciales
(CAA Art. 1075 y 1077)
Componentes
Helado de agua
o sorbetes
Helados de
leche
Cremas heladas
o hel. de crema
Mat. grasa de
leche
< 1,5 % p/p
> 1,5 % p/p
> 6,0 % p/p
> 6,0 % p/p
> 6,0 % p/p
Sólidos no
grasos de leche
Extracto seco
> 20,0 % p/p
Emulsionantes
< 0,5 % p/p
< 0,5 % p/p
< 0,5 % p/p
Espesantes estabilizantes
< 0,5 % p/p
< 0,5 % p/p
< 0,5 % p/p
El agregado de aire a la mezcla de crema helada produce un
aumento de volumen. El rango usual es del 70 al 100 %
34
Funciones de los ingredientes
La crema otorga la textura característica de las cremas heladas
(cuerpo) y potencia el aroma.
Los sólidos no grasos influyen principalmente en la textura.
Los azúcares agregan dulzor y descienden el Pto de congelación.
Los estabilizadores forman geles con el agua de manera de ser
estables aún a bajas temperaturas, (gelatina, goma guar, goma
karaya, pectinas, carragenatos, etc.).
Los estabilizadores por ligazón de agua previenen la formación
de cristales de hielo durante el congelamiento y facilitan la
incorporación de aire durante la congelación.
La yema de huevo es un emulsionante natural debido a su
contenido en lecitina.
Los emulsionantes comerciales contienen monoglicéridos y
diglicéridos que ayudan a dispersar los glóbulos de grasa y evitan
la formación de grumos y separación de la mezcla batida.
Procedimiento de manufactura
1. MEDICIÓN DE
VOLUMEN O PESADO
1) Se combinan los ingredientes líquidos en un
mezclador a una temperatura ~ 43 °C.
2) Se agrega el azúcar y los otros ingredientes
secos de tal forma de facilitar su disolución.
3) La mezcla se pasteuriza por 30’, a 60 – 65 °C
si es discontinua, o a 82 °C durante 25’’, si es
continua.
4) Se homogeniza la mezcla a la temperatura que
sale del pasteurizador a presiones de 150-200
bar, produciéndole cuerpo y textura.
5) Se enfría a 5 °C – 6 ºC.
6) Se madura durante 3 a 20 horas.
7) Congelación y batido generalmente utilizando
congeladores cilíndricos rotatorio, alcanzando una
temperatura final de ~ –6 °C.
8) Se almacena a una temperatura < –18 °C.
2. MEZCLADO
2. PASTEURIZADO
4. HOMEGENEIZADO
5. ENFRIADO
6. MADURACIÓN
7. CONGELACIÓN
Y BATIDO
8. ALMACENADO
35
Estructura física del helado
El helado es una espuma donde la mezcla de crema helada es
la película que forma la celda de aire. Las burbujas de aire
tienen una triple función:
Disminuyen el valor nutritivo
Hacen que el producto sea blando
Impiden una excesiva sensación de frío durante el consumo
Las áreas marcadas con b son
celdas de aire. Todo el resto es
la película de mezcla congelada
que rodea a las celdas de aire.
Dentro de la película están los
cristales de hielo, indicados con
a, proteínas, glóbulos de grasa
solidificada, azúcares, y todos
los otros constituyentes de la
mezcla.
Microfotografía de la estructura interna de la crema helada
Los factores que influyan destructivamente sobre la película
producirán helados defectuosos.
Un exceso de lactosa produce cristalización excesiva y la
textura de crema helada se torna arenosa, pudiendo además
producir un colapso de las celdas de aire.
Cuando la crema envejece durante el almacenamiento, se
produce un debilitamiento de la película de las celdas de aire, las
que pueden llegar a colapsar, causando la pérdida de volumen
de la crema helada.
Diagrama de la estructura de las cremas heladas
36
Estructura de la crema helada
LOS QUESOS
Son una forma de conservación de
insolubles de la leche: grasas y caseínas.
los
componentes
Se obtienen por coagulación de la leche seguida del
desuerado, en el curso del cual el lactosuero se separa de la
cuajada.
El lactosuero contiene la mayor parte del agua y de los
componentes solubles, quedando una pequeña parte retenida
en la cuajada.
Composición media de algunos quesos
Queso
Agua %
Materia
grasa %
Proteínas
%
Sales
minerales %
Camembert
50
26
20
1,2
Roquefort
40
33
22
2,3
Cheddar
36
32
25
2,0
Comté
38
28
27
2,3
Parmesano
31
28
38
3,0
37
Las características de los tipos de quesos dependen de varios
factores como ser:
Microbiológicos: composición de la microflora.
Bioquímicos: concentración y propiedades de las enzimas
del cuajo, y de los microorganismos.
Químicos: contenido de agua y sal, proporción de Ca
retenido en la cuajada, etc.
Físicos: temperatura, pH, Eh y efectos osmóticos.
Mecánicos: corte, agitación, frotación, etc.
Se clasifican de acuerdo a diversos criterios:
1) Según el tipo de leche (vaca, oveja, cabra, etc.).
2) Según el procedimiento de cuajado (por acidificación, por
cuajo o por combinación de ambos procedimientos).
3) De acuerdo al contenido de agua de la materia seca magra:
Quesos muy duros (< 47 %)
Quesos duros (< 56 %)
Quesos para fetas ( 54-63 %)
Quesos semigrasos para fetas (61-69 %)
Quesos blandos (67-76 %)
Quesos frescos (73-87 %)
4) De acuerdo al contenido de grasa de la materia seca (%).
Quesos doble crema (60-85)
Quesos crema (> 50)
Quesos supergrasos (>45)
Quesos grasos (> 40)
Quesos semigrasos (> 20)
Quesos magros (< 10)
38
FASES DE FABRICACIÓN DE LOS QUESOS
1) Maduración de la leche
Objetivo: desarrollar en la leche una microflora activa para
luego realizar el cuajado. Se realiza:
a) Conservando la leche cruda por un tiempo dado: durante
una noche cuando se recibe por la tarde en la quesería. Se
mantiene a 10-15 °C, (se reproducen los microorganismos sin
acidificación apreciable).
b) Siembra con fermentos lácticos: cuando se parte de leche
pasteurizada, se agregan fermentos de mucha actividad que
producen poca acidez.
Estos se añaden a la leche un determinado tiempo antes de
adicionar el cuajo, de tal forma que se produzca una pequeña
maduración.
2) Coagulación o cuajado
La coagulación de la leche se produce por dos métodos:
a) Por acción del cuajo
b) Por acidificación
Características de las formas habituales de coagulación
Coagulación por acción
del cuajo
Proceso
bioquímico
Acción enzimática (lactosa Fermentación láctica a
no degradada)
expensas de la lactosa
Modificación de la Transformación en paracaseína
caseína y separación de
una parte no proteica
pH
Sin modificación
química de la proteína
6,8
4,6
Fosfo-paracaseinato de
calcio
Caseína pura
(desmineralizada)
Composición
coágulo
del
Naturaleza
coágulo
del Gel elástico impermeable
Sinéresis
Coagulación por
acidificación
Rápida
Cuajada desmenuzable,
sin cohesión
Lenta
39
El término “cuajo” se refiere a la enzima bruta extraída de los
cuajares de los rumiantes jóvenes sacrificados antes del destete.
Se extrae industrialmente macerando los fragmentos de
cuajares secos en una salmuera al 10 %, adicionada de un
antiséptico (ácido bórico, timol, ácido benzoico, etc).
El cuajado está influenciado por:
La acidez de la leche en el momento de la adición
del cuajo
Temperatura
Cantidad de calcio soluble
La dosis del cuajo
Para cada tipo de queso existen valores óptimos
que se han tomado empíricamente.
Actividad del cuajo
Está representada por una relación cuantitativa entre un
determinado volumen de cuajo y otro de leche, realizándose la
coagulación en unas condiciones fijadas arbitrariamente.
La fuerza del cuajo, F, representa los volúmenes de leche fresca
coagulada por un volumen dado de cuajo en 40’ a 35 °C.
F
= 2400 . V / t . v
V = volumen de leche; v = volumen de cuajo y t = tiempo en seg.
Fuerza de algunos cuajos comerciales
Presentación
Fuerza de cuajos comerciales
Cuajos líquidos
2.000 a 5.000
Extractos de cuajo
Cuajos en polvo
Cuajo cristalizado
10.000
100.000 a 150.000
10.000.000
40
3) Desuerado
a) Desuerado natural o espontáneo, la cuajada se toma de la
cuba con precaución y se introduce directamente en el molde.
El desuerado se debe exclusivamente al descenso del pH
debido a la fermentación láctica y se favorece con la
temperatura, por lo que se realiza entre los 25 y 30 °C.
b) Desuerado aplicando trabajo mecánico a la cuajada.
Las técnicas empleadas son:
Se corta la cuajada en la cuba en forma de trozos cúbicos y
se coloca en los moldes, seguida del volteo a intervalos
regulares.
Cortado y desuerado preliminar sobre tela y colocación en
moldes.
Cortado y presión sobre la cuajada en la cuba para evacuar
el suero, luego, colocación en moldes y presión sobre los
mismos para compactar y desuerar aun más.
En el desuerado se incluye también la cocción, que se utiliza en
quesos de gran formato, en los que el desuerado es muy
pronunciado y rápido.
La cocción es un tratamiento térmico moderado que se realiza
agitando la cuajada finamente cortada en su suero a 50 - 60 °C.
En 2 horas aproximadamente, la cuajada alcanza la consistencia
adecuada y puede pasarse a los moldes.
4) Moldeo
En esta operación se da forma al queso.
41
5) Salado
Sus efectos producen:
Protección contra los microorganismos indeseables.
Potenciación del sabor del queso.
Drenaje del suero y complemento del
contribuyendo así a la formación de la corteza.
desuerado,
Influencia sobre la acción de enzimas, un exceso de sal
retrasa la maduración y la masa permanece dura más tiempo.
Ligero aumento de la solubilidad de las proteínas del queso.
La concentración de sal es de 1 - 2 % y se realiza a ~ 15 °C.
a) La sal cristalizada se coloca sobre el queso o se frota sobre él.
b) Con solución de salmuera al 20 %, procedimiento que permite
un salado más regular y exige menos mano de obra.
6) Maduración o afinado
Los objetivos principales son:
Formar el aroma y el sabor.
Otorgar la textura deseada.
Otorgar el aspecto típico exterior.
En
la
maduración
ocurren
muchas
reacciones
bioquímicas
complejas,
como
ser:
proteólisis,
desaminación, descarboxilación, lipólisis, degradación de
AG, sacarólisis, fermentación del ácido láctico, etc.
Las modificaciones que ocurren en la maduración son:
Pérdida de humedad o secado.
Destrucción total de la lactosa.
Neutralización o desaparición parcial del ácido láctico
Solubilización parcial de las caseínas (proteólisis).
Hidrólisis limitada de la materia grasa.
Formación de la corteza.
42