Tan importante como lo anterior, es muy importante reconocer y distinguir que las fuerzas para interacciones en las proteínas existen en varios niveles de organización (Haschemeyer y Haschemeyer, 1973): entre aminoácidos adyacentes, entre regiones, entre subunidades en estructuras de cadenas múltiples, entre moléculas y entre superestructuras moleculares. Por consiguiente, estos sistemas son capaces no solamente de cambios de conformación dentro de un nivel, sino de cambios de conformación acoplados que resultan de interacciones entre regiones, subunidades y moléculas. Desde luego, además, a cada nivel también hay posibilidades para interacciones con moléculas pequeñas, que pueden tener efectos a los demás niveles. Hay, entonces, una gran espacio para la complejidad, que podemos ver también como un gran espacio de oportunidades.
Por ejemplo, la solubilidad de una proteína depende de su capacidad de retención de agua y de su estado físico. El agua se puede retener por asociaciones débiles no covalentes (hidratación iónica, enlaces de hidrógeno, hidratación hidrofóbica), por restricciones entrópicas, o por fuerzas capilares. La desnaturalización térmica generalmente aumenta la retención de agua, debido al desdoblamiento parcial que causa, a su vez, la exposición de grupos hidrofílicos adicionales ante el agua (Cayot y Lorient, 1997). Las proteínas en solución se encuentran normalmente hidratadas y por ello su volumen hidrodinámico es mayor que el que predice su volumen específico parcial.
Puesto que las proteínas son iones poliméricos, claramente hay interacciones electrostáticas que generan atracción o repulsión entre varias partes de las cadenas de polipéptidos. Hay una repulsión neta por debajo y por encima del punto isoeléctrico de la proteína; en el primer caso debido a un exceso de cargas positivas y en el segundo debido a un exceso de cargas negativas. La magnitud de estas fuerzas depende de la constante dieléctrica del medio y del grado de protección que imparta la atmósfera de contraiones y el solvente. De cualquier forma, la estabilidad o inestabilidad debidas a las cargas eléctricas dependen de la distribución de las cargas en la superficie de la molécula (Haschemeyer y Haschemeyer, 1973).
Desde otra perspectiva, la estructura y la conformación de las proteínas dependen también del medio en que se encuentran. Los enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos y el agua, las interacciones ión-dipolo y dipolo-dipolo son importantes en las interacciones entre el agua y las proteínas. Aparte de esas interacciones moleculares, hay fuerzas fisicoquímicas, tales como la adsorción, que pueden también causar interacciones agua-proteína importantes desde el punto de vista tecnológico, tales como la capacidad de retención de humedad en los quesos y requesones.
En este sentido, el estudio de las investigaciones hechas con sistemas modelos es importante porque nos permite aprender acerca del comportamiento fisicoquímico fundamental de las proteínas aunque, desde luego, no pueden reflejar con exactitud su desempeño en un queso o en cualquier otro producto real derivado de la leche. Esto se debe a que los alimentos, a diferencia de los sistemas modelos, tienen otros componentes, aditivos y procedimientos de procesamiento que pueden inducir complejidades en las interacciones entre las proteínas y todo lo que les acompaña.
Por consiguiente, al estudiar la literatura técnica, es importante enfocar la atención a los aspectos fundamentales y no tanto a los métodos particulares empleados ni a las cifras exactas obtenidas. El reto consiste más bien en integrar los fragmentos de conocimiento fundamental proveniente de estos estudios con el conocimiento adquirido de otros estudios realizados con leche, algunos de ellos enfocados a procesos de quesería, y con el cúmulo de experiencia práctica que tiene la gente de la empresa con sus procesos y productos particulares.
EL POTENCIAL DE LA LECHE PARA LA FABRICACIÓN DE QUESOS
El potencial de la leche para la fabricación de quesos está determinado principalmente por tres factores:
1. El contenido de proteínas coagulables (caseínas)
2. El contenido de materia grasa
3. La calidad sanitaria y microbiológica de la leche.
El principal factor es el contenido de caseínas, las proteínas coagulables mediante la acción del cuajo y la acidez, ya que la proteína presente en el queso es la que retiene prácticamente toda la humedad del queso. Por ejemplo, en un queso blanco pasteurizado con 18 % de proteína y 52 % de humedad, cada gramo de proteína retiene cerca de 52/18 » 2.9 gramos de agua. Entonces, esto significa que la pérdida de un gramo de caseína en el proceso representa la pérdida de cerca de 1 + 2.9 » ¡3.9 gramos de queso! Por otro lado, debido a estas pérdidas, el queso no tendrá la composición deseada. De ahí la gran importancia de tomar todas las medidas necesarias para minimizar las pérdidas de proteína, desde el ordeño de la vaca hasta el prensado del queso.
La leche de vaca contiene entre 3.0 % y 3.4 % de proteínas, dependiendo de muchos factores tales como raza, genética, alimentación, manejo, estado de salud y estacionalidad climática. Siendo más bien conservadores, hemos tomado la cifra de 3.1 % como típica para la mayoría de la leche que compran los queseros en casi todos los países de América Latina.
Del contenido de proteínas de la leche, definido como la cantidad de nitrógeno multiplicada por el factor 6.38, las caseínas (o proteínas coagulables por la acción del cuajo o por la acción de ácidos, a pH 4.7) constituyen cerca del 79%. Usando esquemas clásicos de quesería, éstas son prácticamente las únicas proteínas que contribuyen al rendimiento. Sin embargo, cuando la leche se cuaja usando renina (cuajo), las caseínas pierden en forma natural e inevitable un fragmento (llamado glicomacropéptido) que constituye el 4% de su masa. Este fragmento se transfiere en forma soluble al lactosuero. Esto significa que un proceso ideal de quesería sería capaz de recuperar el 96 % de las caseínas; o sea, cerca del 79 x 0.96 » 76 % de la proteína total presente en la leche.
En la práctica industrial en países como Holanda, EUA, Irlanda, Canadá, Alemania, Argentina y Uruguay se recupera entre el 70 % y el 77 % de la proteína, usando los métodos clásicos de quesería (Callanan, 1991). Este porcentaje incluye la proteína de lactosuero presente en la humedad del queso. Para fines de comparación entre fabricantes de distintas plantas y países, se ha adoptado la convención de que 100% de eficiencia industrial significa recuperar el 75.0% de las proteínas (International Dairy Federation, 1991b). Lo que esto significa es que, en un proceso 100 % eficiente, el queso retiene el 75 % de las proteínas de la leche y el suero o lactosuero contiene el 25 % restante. En otras palabras, se recupera entre el 94 % y el 95 % de la caseína y entre el 1% y el 2 % de las proteínas lactoséricas, esta última cifra dependiendo del contenido de humedad en el queso.
La otra fracción, llamada proteínas no coagulables o proteínas del lactosuero, es la que no coagula por acción del cuajo y de la acidez y por eso forma parte de la composición del suero de quesería. Representa el 21% de la proteína total de la leche y no contribuye significativamente al rendimiento, dentro de los esquemas clásicos de la quesería.
Por otro lado, la leche de vaca contiene entre 3.2 % y algo más de 4.0 % de materia grasa dependiendo, de nuevo, de los factores mencionados antes al referirnos al contenido de proteínas. Aquí hemos tomado la cifra de 3.4 % como típica para la mayoría de la leche que compran los queseros en casi todos los países de América Latina. En la práctica, usando métodos clásicos de quesería, es factible recuperar entre el 88 % y el 92 % (Callanan, 1991) y, con atención cuidadosa, lo más que se puede recuperar es el 93 %. Entonces, es razonable considerar este nivel de recuperación como correspondiente a un proceso 100 % eficiente, en cuanto a recuperación de grasa. De nuevo, esto significa que, en un proceso industrial 100 % eficiente, el queso retiene el 93 % de la grasa de la leche y el lactosuero contiene el 7 % restante. Estas definiciones operacionales de eficiencia son resultado del estudio de la composición y propiedades de la leche, por un lado, y por otro de estudios con validez estadística acerca de lo que es lograble en la industria, bajo condiciones óptimas (International Dairy Federation, 1991b).
La calidad sanitaria y microbiológica de la leche es muy importante porque, como veremos más adelante, la falta de calidad en estos aspectos tiene como consecuencia la degradación parcial de grasas y proteínas, que termina manifestándose también como una disminución en el rendimiento de queso.
Los minerales de la leche, principalmente calcio, potasio y fósforo, constituyen, en forma prácticamente constante, muy cerca del 0.9% de la masa de la leche. El porcentaje que se retiene en el queso depende de la acidez o pH durante el proceso de quesería. En quesos elaborados solamente con cuajo, sin el uso de fermentos o cultivos lácticos, a partir de leche fresca, se retiene cerca del 60 % de las sales y minerales. En quesos elaborados con leche ácida, ya sea que se trate de acidez natural o de acidez inducida mediante cultivos o fermentos lácticos, se retiene entre el 40 % y el 50 %.