Componentes químicos de la Leche.
La leche es el líquido segregado por las hembras de los mamíferos a través de las glándulas mamarias, su finalidad es alimentar a su cría durante un determinado tiempo; es importante por su valor nutritivo, ya que sus componentes se encuentran en forma y proporción adecuada, de tal manera que en las diferentes especies representa el alimento más balanceado y propio para sus crías.
También contiene diferentes sustancias que actúan en los sistemas inmunológicos y de protección del recién nacido.
Es probable que las leches de otros mamíferos contengan ciertos compuestos biológicamente activos para cada especie y que son utilizados exclusivamente por el mismo animal.
AGUA
Inmediatamente después del parto, empieza la secreción mamaria; en los primeros dos o tres días produce el calostro con alto contenido de sólidos, fuerte olor y sabor amargo, abundante en inmunoglobulinas, por lo que es sensible a la desnaturalización térmica, fortalece el sistema de protección del becerro (sólo a éste le sirve); tiene la siguiente constitución:
Cuadro 1 Composición química del calostro de vacas (%)
agua: 79%
proteínas 10%
grasas 7%
lactosa 3%
cenizas 1%.
Después sintetiza propiamente la leche durante toda la lactancia que varía de 180 a 250 días (según diferentes factores), con una producción diaria fluctuante, desde 3 litros (vacas que pastorean, sin atención médica, etc.) hasta 25 litros (vacas en buenas condiciones de salud y de alimentación, etc.).
Se sintetiza en la glándula mamaria, pero una parte de sus constituyentes provienen del suero sanguíneo.
Generalmente, la leche está compuesta por agua, grasas, proteínas, azúcares, vitaminas y minerales, además de otras sustancias en menor concentración, y que en conjunto forman un sistema físico»”químico relativamente estable; esto debido a que todos los constituyentes están en equilibrio, estableciendo tres estados de dispersión. Los sólidos totales de la leche (grasa y sólidos no grasos) representan entre 10.5 y 15.5% de su composición total, y varían de acuerdo con muchos factores, tales como raza de la vaca, tipo y frecuencia de la alimentación, época del año, hora del día de la ordeña, etc.
Estos datos son indicativos, debido a que hay grandes diferencias en una misma raza, y aún, entre las distintas razas de cada país.
La leche es isotónica con la sangre, o sea, tienen la misma molalidad de 0.3 y consecuentemente la misma presión osmótica. En la sangre se debe a la concentración de iones sodio y cloro, y en la leche a la lactosa y a las sales disueltas, como cloruros de sodio y potasio.
PROTEÃNAS
Se encuentran generalmente por encima del 3% de los sólidos totales; es fundamental para el desarrollo de cada especie animal, de tal manera que hay una relación entre ésta y el tiempo para que una determinada cría duplique su peso.
La leche es buen alimento debido a la alta calidad de sus proteínas; se han dividido en dos grupos de acuerdo con su estado de dispersión: las caseínas que representan 80% del total, y las proteínas del suero o seroproteínas que constituyen el 20%.
Caseínas
Son fosfoglucoproteínas, precipitan de la leche descremada a pH 4.6 y 20 º C; contienen tanto residuos de hidratos de carbono como de fosfatos (éstos esterifican a los hidroxilos de las serinas); precipitan a pH de 4.6, que es su punto isoeléctrico, por lo que su estabilidad se debe a una carga eléctrica negativa que cuando se neutraliza las hace inestables. El contenido de nitrógeno es de 15.6% aproximadamente, excepto la fracción ï«»š que es de 14.3, debido a su mayor contenido de carbohidratos.
Casi todas las moléculas de caseína están asociadas entre sí integrando las micelas, pero una pequeña fracción se encuentra en solución.
Las fracciones principales son: ï¡s, ï¢, ï« y ï§. La fracción ï¡s está constituida por cuatro componentes (los dos primeros son los principales), ï¡s1, ï¡s2, ï¡s3 y ï¡s4, y la ï§ por ï§1, ï§2 y ï§3. La mayoría de las caseínas tienen variantes genéticas, y se designan con las letras A, B, C y D.
Propiedades:
1. El alto contenido de ácidos glutámico y aspártico, con carboxilos ionizados cuando la leche tiene un pH de 6.7, hace que siempre se mantenga una carga negativa por la repulsión que se genera entre ellas.
2. La prolina (iminoácido) está distribuido homogéneamente a lo largo de la estructura primaria de las caseínas y provoca que no se formen hélices como estructura secundaria. La caseína ï«»š presenta una pequeña porción de hélice, las otras carecen de ella, con una conformación al azar, por lo que se consideran «proteínas desnaturalizadas de origen», y por lo tanto resisten los tratamientos térmicos severos sin sufrir modificaciones de desnaturalización.
3. Por el mayor contenido de aminoácidos hidrófobos que hidrófilos, dentro de su estructura primaria hay zonas con propiedades apolares.
4. Las caseínas ï¡, ï¢, y ï§. son muy sensibles a la alta concentración de iones de calcio, por lo que precipitarían si no se contara con la caseína ï«, que tiene función protectora y estabilizadora.
Características:
 Caseína ï¡s1: Abundante en aminoácidos hidrófobos y básicos. Contiene 8 fosfoserinas y 11 carboxilos; zona muy sensible a los iones Ca++ y H+.
Zona abundante en aminoácidos hidrófobos; considerada como zona de unión hidrófoba entre las caseínas.
 Caseína ï¢: Contiene 5 fosfoserinas y 12 carboxilos; zona muy sensible al calcio.
 Caseína ï«»š: Contiene un sólo residuo de fosfoserina, no liga tanto calcio, es insensible a los iones divalentes.
Tiene una sección muy hidrófoba y otra hidrófila, por lo que su mecanismo de acción es semejante al de los agentes emulsionantes que interaccionan en dos fases inmiscibles.
 Caseína ï§: Es una mezcla de tres fracciones que derivan de la hidrólisis parcial de la caseína b por la acción de las proteasas naturales de la leche, como la plasmina.
Proteínas del suero
Son compactas, globulares, con peso molecular que varía entre 14,000 y 1,000,000; son solubles en un intervalo de pH muy amplio. En estado natural no se asocian con las caseínas, pero en leches tratadas térmicamente y homogeneizadas, hay una fracción que sí lo hace.
Por lo menos tiene ocho fracciones diferentes; entre las que destacan la ”lactoglobulina, la ï¡»”lactalbúmina, las inmunoglobulinas, la albúmina bovina y las proteosas»”peptonas.
Generalmente son muy sensibles a las temperaturas altas y en menor grado al pH ácido porque su mecanismo de estabilidad es por hidratación y no por carga eléctrica. Son las primeras proteínas en desnaturalizarse y su calentamiento libera grupos sulfhidrilos, que inhibe parcialmente las reacciones de oxidación; contiene la mayoría de los aminoácidos con un mejor balance de éstos que las propias caseínas, con mejor valor nutritivo.
”lactoglobulina.
Es insoluble en agua destilada, soluble en soluciones diluidas de sales, precipitable por las altas temperaturas y por acción de soluciones al 50% de sulfato de magnesio o de amonio, influye decisivamente en la estabilidad térmica de los productos lácteos. Representa 45% del total de las proteínas del suero; existe como dímero unido no covalente al pH normal de la leche (PM 36,520 como dímero); los cambios en el pH hacen que se convierta en dos monómeros por una reacción reversible.
Los aminoácidos hidrófilos, los hidrófobos y los ionizables se encuentran homogéneamente distribuidos a lo largo de la molécula, provocando que los no polares, tienda a unirse dentro de la molécula estableciendo una hidrofobicidad en el centro, por lo que se hidrata fuertemente en el exterior.
El grupo disulfuro le confiere características de estructura terciaria, y el sulfhidrilo libre la hace muy reactiva, es la fuente más importante de sulfhidrilos de la leche.
No se encuentra en la leche materna, por lo que es responsable de la alergia que se presenta en infantes alimentados con leche de vaca, por lo que en productos comerciales se le elimina esta fracción.
ï¡»”lactalbúmina.
Tiene actividad biológica, ya que es parte constitutiva del sistema enzimático requerido para la síntesis de la lactosa. No contiene grupos sulfhidrilos libres, pero sí cuatro disulfuros que provienen de cistinas, por lo que tiene 2.5 más azufres que las caseínas. Tiene bajo peso molecular y alto contenido en triptófano. Su estructura primaria es parecida a la lisosima del huevo.
Inmunoglobulinas
Representan el 10% del total de proteínas del suero; provienen de la sangre, están formadas de glucoproteínas con alto contenido de grupos azufrados y con actividad biológica de anticuerpo. La cría obtiene cierta inmunidad a través del calostro; anteriormente se llamaron lactoglobulinas, después euglobulina y pseudoglobulina; actualmente se designan como IgM, IgA, IgG1 e IgG2.
Son componentes importantes de la membrana de glóbulo de grasa, promotoras del fenómeno de cremado de la leche; contribuyen a las propiedades antibacterianas naturales de la leche no se sometida a tratamiento térmico.
Albúmina bovina.
Es la misma que se encuentra en el suero sanguíneo; tiene un alto número de cistinas y un grupo sulfhidrilo libre; es fácilmente desnaturalizare aun a bajas temperaturas.
Proteosas»”peptonas.
Compuestas por un grupo heterogéneo de fosfoglucoproteínas de PM que varían de 4,000 a 200,000 daltones.
GRASAS
La fracción lipídica de la leche está representada por un gran número de sustancias solubles en disolventes orgánicos, cuantitativamente 98% corresponden a los triglicéridos; por lo que, las propiedades físicas y químicas son reflejo de los ácidos grasos contenidos. La relación de saturados a insaturados determina su estado físico, así como las reacciones que afectan el sabor de la leche y de los productos lácteos; la sensibilidad de la grasa a la oxidación aumenta con el contenido de ácidos insaturados.
La leche tiene un gran número de sustancias lipídicas en muy baja concentración, pero que desempeñan funciones muy importantes, como los, diacilglicéridos, monoacilglicéridos, fosfolípidos, ácidos grasos libres, esteroles y sus ésteres y algunos hidrocarburos (cuadro 5.4).
Tienen número non de átomos de carbonos, hidroxilados, ramificados, cíclicos, etc.; cerca del 94% del total está constituido por un grupo de 15 ácidos. La composición de ácidos grasos varía de acuerdo con la alimentación que recibe la vaca.
Los ácidos grasos libres son reducidos, se incrementa con la actividad lipolítica por las lipasas propias o por las de los microorganismos contaminantes. La liberación de ácidos grasos de cadena corta (butírico, caproico, caprílico y cáprico) es la responsable de la rancidez hidrolítica.
La grasa de la leche o butírica tiene elevado contenido de ácidos grasos de cadena corta; el butírico solo se encuentra en ese alimento.
Fosfolípidos
Representan hasta el 1% del total de lípidos de la leche, la concentración promedio es de 0.2 g/l. está constituida por fosfatidilcolina (34.5% molar), fosfatidiletanolamina (31.8%), esfingomielina (25.2%), fosfatidilinositol (4.7%) y fosfatidilserina (3.1%).
Los ácidos grasos de los fosfolípidos, mínimo contiene 14 átomos de carbono y son constantes. Los saturados más importantes son el palmítico y el esteárico; y los insaturados son el oleico y linoleico.
Cumplen varias funciones biológicas y afectan la estabilidad de la leche; son emulsionantes naturales de los glóbulos de grasa y los estabilizan; por los muchos ácidos grasos insaturados, se oxidan fácilmente. Cuando la leche no se homogeneiza, la oxidación se inicia en los fosfolípidos de la membrana del glóbulo.
Otros lípidos
El esterol más importante es el colesterol y en menor grado el lanosterol; también se ha encontrado el dihidrolanosterol y el ”sitosterol. Se han identificado más de 30 hidrocarburos, como los carotenoides y escualeno, al igual que cetoácidos, cerebrósidos, gangliósidos, plasmalógenos y otros.
LACTOSA
Químicamente 4″”O»””D»“galacto-piranosil»“D»“glucopiranosa, sólo se encuentra en las leches, es el principal hidrato de carbono, también hay pequeñas cantidades de glucosa, galactosa, sacarosa, cerebrósidos y aminoazúcares derivados de la hexosamina. Estos últimos influyen en la estabilidad de la leche, sobre todo cuando se somete a tratamientos térmicos intensos.
Se sintetiza en la glándula mamaria por un sistema enzimático en el que interviene la ï¡»”lactalbúmina, para después segregarse en la leche; tiene aproximadamente 15% del poder edulcorante de la sacarosa y junto con las sales, forman el sabor global de la leche.
Existe la lactosa ï¡»”hidratada y la ”anhidra en equilibrio, y sus concentraciones dependen de la temperatura, mientras más baja sea, más se favorecerá la ï¡, cuya solubilidad es menor que la de la ï¢. La lactosa se encuentra en una concentración de 4.7% aproximadamente, por lo que no es una solución saturada. En las leches evaporadas y concentradas que contienen el doble de lactosa (9.7%) o en las condensadas azucaradas, se tienen sistemas muy cercanos a la saturación del disacárido
CENIZAS
La leche contiene varias sales y minerales, los principales son los citratos, los cloruros y los fosfatos de calcio, magnesio, sodio y potasio; se encuentran en solución y formando parte del sistema coloidal de las caseínas. Aproximadamente el 50% del fósforo total está esterificado a las fosfoserinas de las caseínas. El contenido de calcio es superior a la concentración de saturación de una solución acuosa; el 69% (81.1 mg) se encuentra en forma coloidal unidos a las caseínas mediante el fosfato correspondiente y el resto 31% (36.6 mg) se localiza como soluble en el suero y se cuantifica cuando la leche se dializa.
Hay equilibrio en el calcio coloidal y el soluble que depende del pH y de la temperatura del sistema. Parece que el magnesio de la leche hace que el fosfato de calcio no tienda a crear estructuras más estables, como la hidroxiapatita, esta se produce cuando la leche se somete a tratamientos térmicos fuertes, como la ultrapasteurización o la esterilización.
Las sales tienen un papel muy importante en la estabilidad térmica de los productos lácteos, si se añaden iones de calcio y magnesio el sistema proteínico se desestabiliza, y por el contrario los citratos y los fosfatos lo estabilizan.
PROPIEDADES FÃSICAS DE LA LECHE
La leche y sus derivados, presentan propiedades físicas particulares, reflejo de su constitución y de las interacciones de los constituyentes; el color y la viscosidad, son dos factores que el consumidor evalúa y acepta o rechaza el producto. Otras características físicas como el peso específico, la tensión superficial, el calor específico, la temperatura de congelamiento, etc., cambian, sobre todo cuando hay procesos térmicos (pasteurización, esterilización, etc.) o mecánicos (homogeneización, transporte, etc.) a los que se somete la leche.
Color
El color blanco se debe fundamentalmente al efecto de una completa dispersión del espectro visible, provocada principalmente por los glóbulos de grasa, pero también influyen las micelas de caseína y el fosfato de calcio coloidal. Cuanto más pequeñas las partículas, hay más áreas de dispersión de la luz y consecuentemente el producto se ve más blanco; por lo contrario, cuando las partículas se asocian y forman agregados se reduce la dispersión que causa una tonalidad algo azul. Los carotenoides y la riboflavina influyen dando tonalidades amarillas y verdes respectivamente.
Viscosidad
A pesar de contener 12 a 14% de sólidos, la leche se comporta como un fluido newtoniano semejante al agua, con una viscosidad de 2 centipoise. Las micelas y los glóbulos de grasa son los principales responsables de la viscosidad de los productos lácteos; la leche descremada y el suero son fluidos con 1.5 a 1.2 centipoise, respectivamente; el agua presenta un centipoise.
Peso específico (Pe)
Depende de los diversos sólidos que contiene. La leche a 15 º C tiene un Pe de 1.032; el de la leche evaporada es de 1.066 y el de la leche condensada azucarada es de 1.308.
Punto de congelación (p.c.)
El p.c. se reduce por efectos de los solutos de peso molecular bajo como la lactosa y las sales; el p.c. varía de -0.52 º a 0.57 º C, éste valor se usa en los análisis crioscópicos para identificar la alteración de la leche por dilución con agua. Comparando el p.c. de la muestra con el p.c. de referencia, se puede cuantificar la cantidad de agua añadida (A. A.)
Punto de ebullición (pe)
Los sólidos de la leche hacen que el pe»š de la leche sea ligeramente superior al del agua pura, a la misma presión. La leche tiene un pe de 100.17 º C a 760 mm de Hg; la leche evaporada de 100.44 º C; y la condensada azucarada de 103.22 º C.
Calor específico (ce)
La leche tiene un ce de 0.93 cal/kg º C, al igual que todos los productos lácteos; varía en forma directa con el contenido de agua, según el siguiente parámetro:
Acidez titulable
En la leche, se debe a la presencia de grupos ionizables de las proteínas, como son los carboxilos de los ácidos aspártico y glutámico. El pH normal es de 6.5 a 6.7, y cualquier cambio indica una alteración del producto; los pH menores se deben a una acidificación microbiana y los mayores a una posible infección como la mastitis.
4.1.7 ESTADOS DE DISPERSIÓN DE LA LECHE
La leche presenta tres estados físicos de dispersión de sus múltiples constituyentes:
a) La lactosa, así como las sales, los cationes, los aniones y las vitaminas hidrosolubles, existen como una solución verdadera;
b) Las proteínas, las caseínas y las del suero, forman dispersiones coloidales; y
c) Las sustancias liposolubles se encuentran como emulsión.
Cada uno de estos sistemas tienen diferente densidad, 1.05, 1.114 y 0.94 g/ml, respectivamente, están en equilibrio debido a mecanismos de estabilidad que tiene cada uno de ellos; los distintos tratamientos a los que se somete la leche y sus derivados pueden alterar estas fases y consecuentemente la estabilidad final del producto.