La leche de diversos mamíferos es utilizada para consumo humano y como materia prima para la elaboración de diversos productos lácteos. Sin embargo, la leche de vaca es la más empleada sin desconocer que se producen derivados lácteos como bebidas fermentadas y quesos a partir de leche de búfala, cabra y oveja. Es así que en países como India, Pakistán, Egipto e Italia utilizan cantidades importantes de leche de búfala. En países mediterráneos se usa leche de oveja para la elaboración de quesos como el roquefort. En el presente material se hará referencia especialmente a la leche de vaca, por ser la más empleada y la de mayor uso en Colombia.
La leche es variable en su composición no solo de una especie a otra, sino también entre razas de una misma especie y entre individuos de una misma raza como puede observarse en la tabla 2. En ese sentido, la naturaleza de la leche en cierto modo explica la gran variedad de productos lácteos que pueden ser elaborados ya que pequeñas diferencias existentes entre leches de especies o de razas repercuten en las propiedades y características de los productos procesados.
La leche se define como el producto de secreción de las glándulas mamarias de las hembras mamíferas, sanas, destinadas a la alimentación de la cría. Químicamente la leche es un líquido complejo en la que sus diversos componentes se encuentran en diferentes estados de dispersión en donde se dan efectos de unos sobre otros.
Tabla 2. Composición de la leche de varias especies de mamíferos.
Fuente: ICTA, 1993. Tecnología de elaboración de quesos maduros.
Composición por 100gr.
Vaca
Cabra
Oveja
Búfala
Extracto seco total
12.5
13.6
19.2
17.8
Materia grasa
3.5
4.3
7.5
7.5
Lactosa
4.7
4.5
4.5
4.7
Sales
0.8
0.8
1.1
0.8
Materia nitrogenada total
3.5
4.0
6.0
4.8
Lactosa
2.7
3.0
4.6
3.8
La composición de la leche determina la calidad nutricional de la misma y el uso que se le da en la transformación como materia prima en la elaboración de productos lácteos. Los componentes principales son los que se encuentran en mayor concentración; sin embargo, no quiere decir esto que sean los más importantes pues algunas sustancias presentes en menor cantidad pueden tener un papel importante. Un ejemplo de lo anterior, es el papel de las enzimas las cuales por su rol de catalizadores influyen notablemente en las reacciones de fermentación que se dan en la leche influyendo en algunos casos en el deterioro o cambios en el olor y sabor de los productos fermentados como en los quesos maduros.
3.1 Materia Grasa.
Los componentes grasos de la leche son en gran parte responsables del sabor, aroma y textura de los productos lácteos en especial en quesos y helados. En ese sentido, quesos elaborados con bajos porcentajes de grasa generalmente tienen una consistencia dura, su sabor es suave y el aroma no es tan predominante. Por su parte, la grasa en los helados es responsable de la palatabilidad del helado en la boca. La grasa también puede ser hidrolizada por enzimas como la lipasa y se da cuando la leche es transportada en condiciones inadecuadas que provocan agitación fuerte ocasionando rancificación lipolítica que desencadena deterioro en la leche fresca.
La materia grasa de la leche se encuentra dispersa en pequeños glóbulos esféricos que tienen tendencia a reunirse formando pequeños racimos. La estructura y composición de la materia grasa presenta algunas características contiene una proporción relativamente alta de ácidos grasos de bajo peso molecular en especial de ácido butírico diferenciándola de otras grasas animales.
Los glóbulos grasos contienen un núcleo rodeado de una película que algunos autores denominan membrana. El núcleo está compuesto por triglicéridos los cuales constan de glicerina y diversos ácidos grasos. Spreer (1975). La membrana está formada por varias capas; dentro de la que se destaca la capa de fosfolípidos (fosfátidos) caracterizados por contener en su composición fosforo. Los fosfolípidos son agentes emulsionantes; los cuales por un manejo inadecuado son los responsables del olor a pescado en la mantequilla y leche en polvo al producir trimetalmetina por oxidación de los ácidos grasos. Los fosfolípidos más importantes de la leche son la lecitina, cefalina y esfingomielina. Rivera (1995)
3.2 Proteínas.
Las proteínas tienen especial importancia en la elaboración del queso pues se constituyen en el elemento fundamental en su elaboración puesto que el queso se constituye la masa coagulada de proteínas insolubles de la leche por acción enzimática o ácida. Desde lo anterior se requiere de un control constante desde la factoría.
Los componentes fundamentales de las proteínas son los aminoácidos los cuales se combinan a través de enlaces peptídicos, puentes de disulfuro, enlaces de hidrogeno y enlaces iónicos para formar polipéptidos y éstos proteínas. Spreer et al. (1975). Los aminoácidos son ácidos orgánicos que llevan el grupo amino (-NH2) unido a un resto hidrocarbonado tal como se observa en la figura 3.
Figura 5. Representación esquemática de la Alanina
Fuente: Pine, S.; Hendrickson, J. 1982. Química orgánica. Mc Graw-Hill.
Se conocen aproximadamente cincuenta (50) aminoácidos; de los cuales, nueve (9) son esenciales, que significa que el hombre no los puede sintetizar y se hace necesario consumirlos en la dieta alimenticia.
Dentro de las proteínas de la leche se consideran la caseína y las proteínas del suero.
a) Caseína: es el componente principal de la proteína láctea constituyendo un 80% del total de las proteínas de la leche. Revilla (1976). La caseína pasa a formar parte del queso una vez que la leche es sometida a procesos tecnológicos. Forma parte de las proteínas que contiene fosfato y es específica de la leche y precipita a un pH de 4.6. (ICTA, 1993). En la caseína se distinguen cuatro tipos de cadenas polipeptídicas, llamadas caseína alfa S1, alfa S2, beta y kappa. Estas cadenas polipetídicas son de interés tecnológico pues de la composición de estas depende en gran parte la coagulación de la leche.
La caseína alfa S1 tiene un contenido elevado de fosforo, es hidrófoba y sensible al calcio en todas las temperaturas. La caseína alfa S2 se distingue de las otras caseínas por su mayor sensibilidad al calcio, débil hidrofobicidad, es estabilizada por la caseína kappa en medio cálcico. La caseína beta es muy hidrófoba sensible al calcio a temperatura ambiente a 20 ºC. La cual cuando se produce una ruptura enzimática de sus enlaces peptídicos da lugar a fragmentos C terminales de la caseína beta y caseína kappa. Esta última tiene un papel preponderante pues es soluble en presencia de calcio a todas las temperaturas presentando un poder estabilizante frente al calcio; así también ejerce un papel de coloide protector que permite la formación de micelas estables en presencia de calcio. En la tabla 3 se presentan las principales características de las caseínas.
Tabla 3. Características de las caseínas.
Fuente. ICTA, 1993. Tecnología de elaboración de quesos maduros.
Caseína Alfa S1
Caseína Alfa S2
Caseína Beta
Caseína Kappa
Caseína Gamma
Proporción media en %
36
10
34
16
3
Aminoácidos
199
207
209
169
181
Fosforo
1.10
1.23 a 1.60
0.56
0.20
0.16
Glúcidos
0
0
5
0
0
Prolina
17
10
35
20
34
Sensibilidad al calcio
++
+++
+
0
–
Sensibilidad a la quimosina
+
–
+
+++
–
Hidrofobicidad (KJ)
4.89
4.64
5.66
5.30
–
Grupos Ãcidos
48
49 – 45
31
18
16
Grupos Básicos
25
33
20
17
16
+: Reacción lenta imperceptible en el momento de la coagulación ordinaria.
b) Proteínas del suero. Las proteínas del suero son proteínas globulares sujetas a la desnaturalización por el calor que pierden solubilidad al calentar la leche. Se dice también que cuando el pH de la leche alcanza valores de 4.6 precipitan las caseínas y el sobrenadante corresponde a las proteínas del suero. Según la clasificación clásica se dividen en albúminas y globulinas en proporción del 18% y 4% respectivamente del total de las proteínas de la leche. Spreer et al. 1975). Esas proteínas se encuentran en solución y no forman micelas como la caseína. Es así que en la elaboración del queso, las proteínas del suero se encuentran sujetas a la caseína (coagulo formado ó cuajada); pero, son solubles se liberan en gran parte con el suero al momento del corte de la cuajada.
3.3 Lactosa.
El carbohidrato más importante de la leche de casi todas las especies mamíferas es la lactosa, encontrándose en niveles de 4.5% a 5.0%. Rivera et al. (1993). Químicamente la lactosa es un disacárido formado por un radical de D-glucosa y otro de D-Galactosa unidos por un enlace glucosídico Beta -1,4. (Pine, 1982). Se tiene que la lactosa no es tan dulce como la sacarosa o la glucosa; en ese sentido, el poder edulcorante es seis veces menor que el de la sacarosa. Además el sabor dulzón de la lactosa es enmascarado por la caseína.
La lactosa toma importancia dentro de los procesos tecnológicos por cuanto es el sustrato fermentador para la formación de ácido láctico; reacción que se da en la elaboración de bebidas fermentadas, quesos y mantequilla madurada. Otro aspecto importante para tener en cuenta en los procesos tecnológicos es el efecto del calor sobre la lactosa. Al respecto, al calentar la leche a temperaturas próximas a 100 ºC «“ 150 ºC, la lactosa empieza a caramelizarse haciendo que la leche tome un color amarillento; el cual, cuando se alcanza temperaturas de 175 ºC pasa a color marrón. Esto se debe a que la lactosa a altas temperaturas reacciona con los grupos NH2, resultantes de la desnaturalización térmica de las proteínas dando como resultado el color oscuro. Esta reacción se conoce con el nombre de reacción de Maillard y debe tenerse en cuenta en leches sometidas a altas temperaturas como esterilización, condensación, evaporación y elaboración de dulces como el arequipe.
3.4 Sales. (Sustancias minerales)
Las sales son importantes desde el punto de vista nutricional y porque en la mayoría de los casos son responsables del estado físico «“ químico del suero lo que a su vez es factor determinante en la estabilidad de las proteínas; factor que por ejemplo influye en la producción de quesos.
Las sales de la leche contienen una gran proporción de componentes metálicos como el potasio, sodio, calcio, hierro, cobre y cobalto entre otros y componentes no metálicos como el azufre, cloro, fosforo y yodo. Rivera et al. (1993). Estos compuestos son necesarios en las reacciones que ocurren en la leche y la cuajada como las sales de calcio y magnesio; en ese sentido, es el calcio por ejemplo el que entra a formar parte de la estructura del complejo de caseína influenciado eso sí por el pH y la temperatura; en donde, la cantidad de calcio interviene en el tamaño de los agregados de la caseína; de tal manera que la adición de cloruro de calcio antes de la coagulación es necesaria para mantener o incrementar el tamaño micelar de la caseína. De otra parte, se tiene también que otro macro elemento importante es el citrato; los cuales, desempeñan un papel importante en la formación del aroma en la mantequilla.
En términos generales, se tiene que los elementos que se encuentran en pequeñas trazas hacen parte de las enzimas interviniendo como catalizadores en algunas reacciones químicas que se producen en la elaboración de los derivados lácteos como es el caso de el cobre que acelera los procesos oxidativos de la crema en la producción de mantequilla.
Mencionar que la leche es deficiente en hierro; lo que implica que la dieta de los terneros debe suplementarse con otros alimentos que contengan hierro de lo contrario se tendrán animales anémicos.
3.5 Enzimas.
Las enzimas son proteínas de alto peso molecular que contienen al menos un componente proteico. Pine et al. (1982). Estas son sintetizadas en las glándulas de los organismos y desarrollan su actividad fuera de las células en los líquidos orgánicos o en los tubos digestivos. Spreer et al. (1975). Se dice que las enzimas aceleran o retardan las reacciones químicas sin que formen parte del producto final de la reacción. En el caso de la leche, estas proceden de las células de la mama ó del metabolismo de los microorganismos. La acción de la enzima se ve fuertemente influenciada por la temperatura y el pH; en donde, cuando la temperatura es baja la actividad de las enzimas es baja sin que sean completamente inactivadas. Así también temperaturas altas (70 «“ 85 ºC) destruyen la actividad de las enzimas; entonces, la temperatura ideal para que actúen las enzimas oscila entre 30 y 40 ºC. (ICTA, 1993).
En la tabla 4. Se muestra las enzimas más importantes de la leche, su acción y la importancia que tienen en los procesos tecnológicos y manejo de la leche:
Tabla 4. Características de las enzimas presentes en la leche.
Fuente: Spreer, 1975. Lactología Industrial.
Enzima
Presencia y acción
Importancia
Peroxidasa
Libera compuestos oxigenados porque libera oxigeno atómico:
H2O2 H2 + 02
Se destruye a 85 ºC
Factor de evaluación de calidad de pasterización de la leche. Presencia de esta enzima en leche pasterizada demuestra que la pasterización ha sido insuficiente.
Catalasa
Libera oxigeno en forma molecular.
2H2O2 2H20 + 02
Su contenido es más predominante en leche calostral y mastítica. Puede ser formada por la acción de microorganismos.
Informa sobre el estado higiénico de la leche. A través de la prueba de catalasa es posible determinar si la leche proviene de ubres infectadas.
Xantinoxidasa
Absorbida por la película de los glóbulos grasos, catalizando la oxidación de los aldehídos.
Oxida la Xantina con azul de metileno y agua para dar ácido úrico.
Fosfatasa
La leche contiene una parte de fosfatasa natural y otra formada por microorganismos
Fosfatasa alcalina
Condiciones óptimas a pH 10 y temperatura de 37 ºC. Se destruye entre 70 «“ 75 ºC.
La presencia de fosfatasa alcalina demuestra que la pasterización ha sido insuficiente
Fosfatasa ácida
Condiciones óptimas a pH 4.1 Se destruye a 100 ºC.
Generalmente resiste la pasterización
Lipasa
Desdobla la grasa en glicerina y ácidos grasos. La temperatura óptima entre 38 a 40 ºC.
Puede producir fenómenos de descomposición y con ello defectos en la mantequilla. Se destruye con el calor
Reductasa
Se produce exclusivamente por microorganismos. Decolora el azul de metileno y es indicador de calidad microbiológica de la leche.
Dependiendo del tiempo de decoloración del color azul en la prueba de reductasa indica el número posible de microorganismos presentes en la leche
3.6 Vitaminas.
Además de su importancia nutricional en el queso, las vitaminas juegan un papel importante en la actividad metabólica de los microorganismos presentes en la leche y derivados lácteos como el queso. La presencia de vitaminas depende de la alimentación del ganado y por tanto la presencia de estas vitaminas en la leche es variable.
En la tabla 5. Se presenta las vitaminas más importantes de la leche:
Tabla 5. Vitaminas presentes en la leche.
Fuente: Spreer, 1975. Lactología Industrial.
Denominación
Presencia
Contenido ml/l
Función
Necesidades diarias del hombre en mg.
Sensibilidad
Vitaminas Liposolubles
Vitamina A:
Xeroftol
Provitamina:
Caroteno
Leche de vaca, mantequilla, queso
0.02 «“ 0.2
1-20
1 -20
Confiere el color amarillo. Su deficiencia causa ceguera nocturna.
1 – 2
Sensible a los rayos ultravioleta y oxigeno atmosférico. Resiste el calor
Vitamina D:
Calciferol
Provitamina:
Ergosterina
Leche de vaca, mantequilla,
Leche vitaminada
0.0002 a 0.0004
Favorece crecimiento de dientes, curación de fracturas. Su deficiencia causa raquitismo
0.01
Insensible al oxigeno y al calor
Vitaminas Hidrosolubles
Vitamina B2: Lactoflavina o Riboflavina
Leche de vaca, suero, leche en polvo, suero en polvo, kéfir en polvo
0.2
0.1 «“ 0.27
1 «“ 3
2 – 6
2 -11
Importante en el crecimiento de bacterias acido lácticas. Su deficiencia provoca trastornos de los órganos digestivos
2 «“ 4.5
Insensible al oxigeno y al calor
Vitamina B6: Adermina
Leche de vaca y suero
0.01 «“ 0.15
0.1
Deficiencias: Nerviosidad e insomnio
2 – 4
Sensible a la luz. Insensible al calor y a los ácidos
Vitamina C: Acido ascórbico
Leche de vaca y suero
0.5 «“ 2.8
1.0
Deficiencia: caída del los dientes, cansancio y predisposición a las infecciones
30 -100
Sensible a la luz y al calor