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Bioquímica de los Bioquímica de los AlimentosAlimentos
Dra. Patricia A. Ronayne de Ferrer
Profesora Titular de BromatologíaFacultad de Farmacia y Bioquímica-UBA
La domesticación de animales comenzó alrededor de 6000 años AC, lo que permitió disponer de leche para consumo humano
Situación enArgentina
11.183 millones de litros (datos 2013)11.183 millones de litros (datos 2013)
La producción argentina de leche se localiza principalmente en la región
pampeana, que concentra las principales cuencas lecheras y casi la totalidad de los
tambos e industrias del sector
LECHE
Art. 554 del Código Alimentario Argentino
"Con la denominación de leche sin calificativo alguno se entiende el producto obtenido por el ordeño total e ininterrumpido, en condiciones de higiene, de la vaca lechera en buen estado de higiene, de la vaca lechera en buen estado de salud y alimentación, proveniente de tambos
inscriptos y habilitados por la Autoridad Sanitaria Bromatológica Jurisdiccional y sin
aditivos de ninguna especie.La leche proveniente de otros animales deberá
denominarse con el nombre de la especie productora."
Situación enArgentina
Desde los años ’60:Pasteurización obligatoriaPasteurización obligatoria
En las últimas décadas:
�crecimiento de las leches UAT�ultra pasteurización como sistema de conservación a corto plazo
�gran diversificación de la oferta
Situación enArgentina
17 %Leche fluida
76 %Productos
consumo
43,9 l/hab/año 32,4 kg/hab/año
QuesoLeche en polvoOtros
PRODUCCIÓN DE LECHE
Está regulada por un complejo control hormonal
Se sintetiza en células secretoras del Se sintetiza en células secretoras del epitelio secretor mamario
Los procesos biosintéticos ocurren en distintos lugares de la célula, a partir
de precursores provenientes del torrente circulatorio
FACTORES DE VARIACIÓN
�Individuo
�Raza
�Número de partos�Número de partos
�Época de lactación
�Alimentación
�Número de ordeños
�Patologías
Body Wt. (kg)
Milk Yield (kg)
Fat (%)
Protein (%)
Lactose (%)
Ash (%)
Total Solids (%)
Holstein 640 7360 3.54 3.29 4.68 0.72 12.16
Brown Swiss
640 6100 3.99 3.64 4.94 0.74 13.08
Raza
Table 4. Gross composition of milk of various breeds, g/100g
Ayrshire 520 5760 3.95 3.48 4.60 0.72 12.77
Guernsey 500 5270 4.72 3.75 4.71 0.76 14.04
Jersey 430 5060 5.13 3.98 4.83 0.77 14.42
Shorthorn 530 5370 4.00 3.32 4.89 0.73 12.90
Época de lactación
Calostro LecheDensidad 1,060 1,032
Sólidos totales (g/l) 252 130
Grasas (g/l) 50 39
N total (g/l) 160 35
Caseínas (g/l) 30 27
Albúminas (g/l) 40 4,5
Globulinas (g/l) 80 0,7
Lactosa (g/l) 30 49
Minerales (g/l) 12 7,5
�Alimentación
Afecta principalmente el volumen lácteo y ejerce menor influencia sobre la composición
�Número de ordeños
A la mañana la leche es más abundante pero más pobre en grasa que la de la tarde
�Patologías
Las ubres afectadas por la mastitis dan lugar a leches de composición anormal
LH (g/dl) LB (g/dl)
Proteína 0,9 3,3
Grasa 3,3 3,5
LECHE HUMANA vs. LECHE BOVINA
Lactosa 7,0 4,8
Cenizas 0,2 0,8
Sólidos totales 11,4 12,4
Energía (kcal%) 68 68
LH(g/dl)
LB(g/dl)
Proteína 0,9 3,3
LECHE HUMANA vs. LECHE BOVINA
Caseína 0,36 2,64Prot. suero 0,54 0,66
Rel. CAS/PS 40/60 80/20
NNP (% NT) 25 5
Proteínas % g/litro OrigenCaseínas 80 26 mamario
Inmunoglobulinas 2 0,7 sanguíneo
Origen y distribución de las proteínas de la leche
ββββ-lactoglobulina 10 3 mamario
αααα-lactalbúmina 4 1,2 mamario
Seroalbúmina 1 0,3 sanguíneo
Proteosas-peptonas* 2 0,5 -
Otras proteínas 1 0,3 -
* Péptidos derivados de β-caseína y de la MGG
CASEÍNAS
αααα-caseína ββββ-caseína κκκκ-caseína(ααααS1 +ααααS2)
% total 50 35 15(35 +15)
% P (P-Ser) 1 0,5 0,2
Var. Genéticas 5 7 2
pH isoeléctrico 4,4 4,9 3,7
Sensib. al Ca Sí Sí No
Cont. Glúcidos No No Sí
Todas poseen alta proporción de restos de prolinaLa ββββ-caseína no posee restos de cisteína
MICELAS DE CASEÍNA
� 92% de proteínaααααS1 : ααααS2 : ββββ : κκκκ3 : 1 : 3 : 1
� 8% de constituyentes inorgánicos(principalmente fosfato cálcico)
TAMAÑO
RANGO: 30-300 nm
MICELAS DE CASEÍNA
MODELOS ESTRUCTURALES
� de núcleo y corteza� de núcleo y corteza
� de subunidades
� de estructura interna
ESTABILIDAD DE LA CASEÍNA
�Acidificación
�Deshidratación�Deshidratación
�Composición salina
�Coagulación por renina
αααα-Lactalbúmina ββββ-Lactoglobulina
Peso molecular 14000 18000
PROTEÍNAS DEL SUERO
Variantes genéticas 2 4
Restos Cys/mol 8 5
Las proteínas del suero son ricas en cistina; compensan la deficiencia de las caseínas relativas a
este aminoácido
β-lactoglobulina
�Se encuentra como un dímero
�Se desnaturaliza por acción del calor (> 70ºC)
�Responsable del gusto a "cocido" de la leche hervida (liberación de SH2)
ENZIMAS
Lipasa
�Asociada a las micelas de caseína�Asociada a las micelas de caseína
�Se inactiva por pasteurización
ENZIMAS
Plasmina
�Asociada a las micelas de caseína�Asociada a las micelas de caseína
�No se inactiva por pasteurización
�Principal proteasa de la leche(“cuajado aséptico”)
ENZIMAS
Fosfatasa alcalina
�Asociada a la membrana del glóbulo graso�Asociada a la membrana del glóbulo graso
�Control de pasteurización
UTP + GLU-1-P →→→→ UDP-GLU + P-P1
UDP-GLU →→→→ UDP-GAL ←←←←2
Síntesis de lactosa
2
UDP-GAL + GLU →→→→ LACTOSALACTOSA { αααααααα (monohidrato)(monohidrato)3 { ββββββββ (anhidra)(anhidra)
1= uridin-difosfatoglucosa-fosforilasa2= uridin-difosfatoglucosa-4-epimerasa3= lactosa sintetasa { galactosil transferasa
{ αααα-lactalbumina
Acción del calor
Características de la lactosa
Reacción de Maillard
+ Dulce de leche
- Leche en polvoLeches concentradas
Fermentación
Características de la lactosa
Es importante en derivados tales como Es importante en derivados tales como manteca, quesos y productos cultivados
Además del ácido láctico se producen sustancias que contribuyen al aroma
Solubilidad
Características de la lactosa
�Es menos soluble que otros azucares
�La β lactosa es más soluble que la α�La β lactosa es más soluble que la α
�Tiende a formar soluciones sobresaturadas
�La cristalización se produce por formación de α lactosa
Solubilidad
Importancia tecnológica
Características de la lactosa
� Textura arenosa en leche condensada
� Lactosa amorfa en leche en polvo: cristaliza como α lactosa dando grumos
Hidrólisis
Características de la lactosa
Enzimática: por acción de la lactasa (β-galactosidasa)
Comercialmente se utilizan lactasas obtenidas de microorganismos, por ejemplo, de la levadura microorganismos, por ejemplo, de la levadura
Kluyveromyces fragilis (Lactozym)
Usos de la ββββ-galactosidasa
�Obtener leche con bajo contenido en lactosa
�Producir jarabes de glucosa/galactosa a partir del suero lácteo
�Impedir la formación de cristales de lactosa en leche condensada o dulce de leche
GRASA
� Aporta nutrientes liposolubles
� Confiere textura, cuerpo y sabor a � Confiere textura, cuerpo y sabor a la leche y sus derivados (manteca, quesos, helados)
� Responsable de olor y sabor desagradable por rancidez
%
Triglicéridos 97-98
LIPIDOS DE LA LECHE
Triglicéridos 97-98Diglicéridos 0,3-0,6Monoglicéridos 0,02-0,04Acidos grasos libres 0,1-0,4Esteroles libres 0,2-0,4Fosfolípidos 0,2-1,0Esfingolípidos 0,06
FACTORES DE VARIACIÓN
La grasa es el componente más variable tanto en cantidad como en composición
�Individuo
�Raza
�Alimentación
�Variación estacional
Las raciones pobres en fibra disminuyen la producción de acetato en el rumen
�menor contenido graso ("síndrome de poca grasa")
Alimentación
poca grasa") �menor proporción de AG de cadena corta y media
Variación estacional�menor contenido graso en verano que en invierno
30
40
Perfil de ácidos grasos en leche humana y bovina
0
10
20
C4:0
C6:0
C8:0
C10:0
C12:0
C14:0
C16:0
C16:1
C18:0
C18:1
C18:2
C18:3
C20:4
C22:6
Leche humana Leche bovina
Características del perfil de ácidos Características del perfil de ácidos grasosgrasos
� proporción relativamente grande de AG de C4-C10 (alrededor de 9%). El ácido butírico es especifico de la grasa de los rumiantes.
� la proporción de AG saturados es grande (alrededor de 65%)65%)
� el oleico (18:1) y el palmítico (16:0) son los más abundantes (constituyen más del 50% de los AG totales)
� hay AG poco corrientes (impares, sintetizados a partir del ácido propiónico, ramificados, ceto e hidroxi)
� contiene ácido linoleico conjugado (CLA)
Características del perfil de ácidos Características del perfil de ácidos grasosgrasos
Indices de Reichert-Meissl (IRM) y de Polenske (IP)
IRM: ml de álcali 0,1N necesarios para neutralizar los AG volátiles solubles en agua de 5 g de grasa los AG volátiles solubles en agua de 5 g de grasa
(C4 y C6)
IP: ml de álcali 0,1N necesarios para neutralizar los AG volátiles insolubles en agua de 5 g de grasa
(C8, C10 y C12)
VALORES CAA IRM = 24-36 IP = 1,3-3,7
Aglutininas� Crioglobulinas (IgM)� Lipoproteína
Aglutinación (agregación, floculación)y coalescencia
� Lipoproteína�Otros componentes??
Inactivación de Aglutininas�Calor�Homogeneización
ObjetivoDisminuir el tamaño de los
glóbulos de grasa (a menos de 1µµµµm) para retardar su floculación y
Homogeneización
1µµµµm) para retardar su floculación y eventual coalescencia
Consiste en hacer pasar a la leche a presión (300 kg/cm2) por un orificio pequeño a gran velocidad
(350 m/seg)
�Aumento de la superficie total�Formación de “nueva” membrana: adsorción de proteínas lácteas
Homogeneización
Mayor susceptibilidad a la acción de la lipasa
Pasteurizar antes de homogeneizar
�El color se torna más blanco (mayor dispersión de la luz) y el sabor más suave
Homogeneización
�Aumenta la digestibilidad de la grasa (mayor superficie de exposición a lipasa)
�Aumenta la digestibilidad de la caseína (disminuye la tensión del coágulo)
LIPASAS
NATURALESPropias de la leche
LEUCOCITARIASSecretadas por las células
MICROBIANASSecretadas por la flora psicrotrofa
LIPASAS
NATURALES
�Son termolábiles�Son termolábiles
�Atacan preferentemente las posiciones extremas del glicerol ⇒⇒⇒⇒ se liberan AG de cadena corta
LIPÓLISIS
Hay tratamientos que rompen la membrana del glóbulo graso y facilitan el acceso de la lipasa natural a los triglicéridos
�Agitación y formación de espuma�Agitación y formación de espuma
�Cambios de temperatura
�Homogeneización
�Procesos de congelación-descongelación
LIPASAS
LEUCOCITARIAS
�Contribuyen a la lipólisis en las leches mastíticas
MICROBIANAS
�Secretadas por bacterias psicrotrofas (principalmente Pseudomonas fluorescens)
�Son termorresistentes, no se inactivan por tratamientos térmicos, pueden producir rancidez en los productos lácteos
MINERALES
Las sales tienen importancia tanto desde el punto de vista nutritivo como por ser en gran parte responsables del estado físico-químico del suero de la leche y de la
estabilidad de las proteínas
Son principalmente cloruros, fosfatos, citratos y cloruros, fosfatos, citratos y bicarbonatos de sodio, potasio, calcio y magnesiobicarbonatos de sodio, potasio, calcio y magnesio,
distribuidos entre las fases soluble y coloidal, y sus interacciones con las proteínas son factores importantes
en la estabilidad de los productos lácteos
MINERALES
LH (mg/dL)
LB (mg/dL)
Calcio 26 118
Fósforo 14 93Fósforo 14 93
Sodio 14 58
Potasio 47 140
Cloro 46 104
Magnesio 3,3 12
Componente % ultrafiltrable
% coloidal
Calcio total 33 67
Ión calcio 100 0
Magnesio 64 36
Citrato 94 6Citrato 94 6
Fósforo inorgánico 55 45
Sodio 96 4
Potasio 94 6
Cloruro 100 0
Lactosa 100 0
EFECTOS DEL FRÍO
�FISICOQUÍMICOS↑↑↑↑ Estabilidad dispersión coloidal↓↓↓↓ Estabilidad emulsión grasa
�SOBRE LOS MICROORGANISMOS�SOBRE LOS MICROORGANISMOS↓↓↓↓ Número total de microorganismos↓↓↓↓ Producción de ácido↑↑↑↑ Eficiencia tratamiento térmico↑↑↑↑ Desarrollo psicrotrofos*
*Proteasas y lipasas termorresistentes ⇒⇒⇒⇒Sabores pútridos, amargos, gelación en UAT
Conservación de la leche Conservación de la leche por calorpor calorpor calorpor calor
Leche pasteurizada y esterilizada
Se considerarán como Leches no aptas para ser consumidas como tal o para ser destinadas a la elaboración de leche y productos lácteos, debiendo ser decomisadas, aquellas que:
� Sometidas a la prueba de azul de metileno presentaren un tiempo de decoloración menor de 1 hora.presentaren un tiempo de decoloración menor de 1 hora.
� Coagulen por ebullición.
� Precipiten al ser mezcladas con igual volumen de etanol de 70% v/v.
Tratamiento térmico
Pasteurización baja63ºC 30’
Destrucción de Mycobacteriumtuberculosis
Destrucción deFosfatasaalcalina
Pasteurización alta72ºC 15’’
LECHE PASTEURIZADA
Recuento total en < 50.000 /cm3 (abr-sep)placa (mesófilos) <100.000 /cm3 (oct-mar)
Bacterias coliformes < 50 /cm3
Escherichia coli ausencia /cm3
Fosfatasa alcalina negativa
Peroxidasa positiva
Se entiende por Leche Ultrapasteurizada a la leche, homogeneizada o no, que ha sido sometida
durante por lo menos 2 segundos a una temperatura mínima de 138°C mediante un
proceso térmico de flujo continuo, inmediatamente enfriada a menos de 5°C y envasada en forma no aséptica en envases envasada en forma no aséptica en envases
estériles y herméticamente cerrados.
La leche Ultrapasteurizada deberá responder a las siguientes exigencias:
(según ICMSF: International Commission on Microbiological Specifications for Foods)
CATEGORIA ICMSF VALORES
1.Recuento de mesófilos totales/cm3:
n=5 c=2 m=102
M=103
2.Recuento de coliformes a 30°C/cm3:
n=5 c=2 m<3 M=10
3.Recuento de coliformes a 45°C/cm3:
n=5 c=1 m<3 M=10
4. Prueba de la fosfatasa negativa
5. Prueba de la peroxidasa negativa
Se entiende por Leche UAT (Ultra Alta Temperatura, UHT) a la leche homogeneizada, que ha sido sometida
durante 2 a 4 segundos a una temperatura entre 130ºC y 150ºC,
mediante un proceso térmico de flujo mediante un proceso térmico de flujo continuo, inmediatamente enfriada a
menos de 32ºC y envasada bajo condiciones asépticas en envases
estériles y herméticamente cerrados
La Leche UAT (UHT) no debe tener microorganismos capaces de proliferar en
ella en las condiciones normales de almacenamiento y distribución, por lo cual, luego de una incubación en envase cerrado a
35 - 37ºC durante 7 días, debe cumplir:
Microorga-nismos
Criterios de
Aceptación
Categoría ICMSF
Métodos de Ensayo
Aerobios mesófilos
/ml.
n = 5 c = 0 m = 100
10 FIL 100 B : 1991
Además, la Leche UAT (UHT), luego de una incubación en envase cerrado a 35 - 37ºC
durante 7 días, debe:
a) No sufrir modificaciones que alteren el envase
b) Ser estable al etanol 68% v/v
c) La acidez no deberá superar en más de 0,02g de ácido láctico por 100 ml. o cm3 a la
determinada en otra muestra original cerrada sin incubación previa
d) Las características sensoriales no deben diferir sensiblemente de las de una leche UAT (UHT) sin incubar
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