Alais Charles - Ciencia De La Leche - Principios De Tecnica Lechera.pdf

PRINCIPIOS DE TECNICALECHERA

Dr. Ingeniero y Dr. en Ciencias Profesorde la EscuelaSuperior de Lechería de la Universidad de Nancy (Francia). Profesor del Instituto Agrícola de Beauvais (Francia).

PRINCIPIOS DE TECNICA LECHERA*”’

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El Salvpdor Para%uaY

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Título original en francés: 5i:IENCF. DI'1_.-1iT

Principes des techniques laitieres Traducido por: .-iN'YC)NIO LAC.lS:j GC)Ijf'idl

Dr. en Veterinaria Diplomado en Lactologia Director Técnico de la Cooperativa Lechera "SAM" Edicidn autorizada por: Societe d'edition et de publicité agricoles, industrielles et comerciales. (S. E. P. A. I. C.). Paris c) S. E. P. A. I. C. *$*"!"-:':' L

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124062 Septima impresibn mayo de 1988

Reservados todos los derechos. Ni todo el libro ni parte de éI pueden ser reproducidos, archivados o transmitidos en forma alguna o mediante algún sistema electrónico, m e c h i c o d efotorreproducción. memoria o cualquier otro, sin permiso por escrito del editor.

MIEMBRO DE LA CAMARA NACIONAL DE LA INDUSTRIA EDITORIAL Registro Núm. 43 IMPRESO EN MEXICO

Dcpbito Legal: B. 23.863

PRINTED IN MEXICO

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1970

Tras dos ediciones en lengua francesa, el libro “Science du Lait”, va a conocer una edición en lengua española, NH, q ?k

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BASES

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Figura 30. -Escala de disociacidn de los ácidos y de las bases que pueden intervenirenlaleche,conindicacidndelvalordelpK(pklentorno al cual se manifiesta el efectotampón)

Con todo, la amplitud de las variaciones es pequeña dentro de una misma especie. En lo que se refiere a la leche de vaca, deben considerarse comoanormales los valores de pH inferiores a 6,s o superiores a 6,9. El calostro de vaca tiene un pH más bajo a causa de su elevado contenido en proteínas. El pH de la leche cambia de una especie a otra, dadas las diferencias de su composici6n química, especialmente en caseína y fosfatos. El pH medio de la leche de oveja (rica en caseína) es de 6,5;

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FíSICA Y FISICOQU~MICADE LA L E C H E

187

la lechehumana es neutra o ligeramenteslcalina,variando su pH de 7 a 73. ElpH representa la acidezactual delaleche;de é1 dependen propiedadestan importantes como la estabilidad de lacaseína. B ) Acidez de la leche

Lo quehabitualmentese conoce como acidez de la leche es el resultado de unavaloración;se añade a la leche el volumen necesario de solución alcalina valorada para alcanzar el punto de viraje de un indicador, generalmente la fenolftaleína que vira del incoloro al rosa hacia pH 8,4. Se trata de un nivel arbitrario. La acidez de valoración es la suma de cuatro reacciones, como se muestra esquemáticamente en la figura 31. Las tres primeras representan la acidez “natural” de la leche, que equivale como término medio a 18 C.C. de solución normal (N/1) por litro de leche. 1. Acidez debidaalacaseína;alrededor de 215 de la acidez naturai. 2. Acidez debidaalassustanciasminerales y a los indiciosde ácidosorgánicos;igualmenteunos 215 de la acidez natural. 3. Reacciones secundarias debidas a los fosfatos; sobre 115 de la acideznatural.Estasreaccionessehandesignado con el término “ over-run”. 4. Acidez “desarrollada”, debida al ácido láctico y a otros ácidos procedentes de la degradación microbiana de la ljactosa en las leches en vías de alteración.

La figura 30 muestra los componentes de la leche que intervienen en la valoración, entre el pH normal de la leche y el punto de viraje delafenolftaleína. Estas sustancias,ácidos o basesdébiles,son tampones de pH; alrededor del punto de semi-neutralización que correspondeal valor pK, estassustancias frenan lasvariaciones del pH. Intervienenprincipalmente la caseína,por sus gruposésteres fosfóricos, y el ácido fosfórico por s u función secundaria; en segundo lugar intervienen: el ácido cítrico que casi se neutraliza a pH 6,6, el ácidocarbónico (bicarbonato) y los grupos cr-.aminados libres. De hecho,la valoración acidimétricadelalechefrescaes una medida indirecta de su riqueza en caseína y fosfatos. La acidez desarrollada por la fermentación láctjca hace bajar el pH, entre 4 y 5. A este nivel todos los ácidosorgánicos presentes intervienen en la valoración, y sobre todo el ácido cítrico. IX. - MEDIDA DEL pH Y DE LA ACIDEZ Medici6n del pH 1. La mediciónpotenciométrica con el“pH-metro’’(figura 32) es la únic5 precisa; el sistema de electrodos más generalmente utilizado está formado por el par electrodo de referencia de calomelanos con cloruro potásico saturado - electrodo de vidrio. A)

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CIENCIA DE L.4 L E C H E

Acidos orgánicos

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_""Acidosorgánicos Materiasminerales (Fosfatos, cor c t c ...)

" " " "

Caseína

I

" " " "

"overrun" " " " "

LECHE

LECHE FRESCA Figura 31. -Los

ACIDA componentes de la acidez

FÍSICA Y FLSICOQUfMICA DE LA L E C H E

189

Existen diversos modelos de electrodos, separados o combinados en un sólo instrumento;desdepequeñasunidadesparamedidasen un centímetro cúbico, hasta electrodos 'incluidos en una caña metálica que se introduce en bidones, cubas, etc. Hay pH-metros especiales para la seleccidn de las leches en los muelles de recepción de las fábricas.

Figura 32 a. - Aparatomodernopara

medición del p H

La medición del pHenlas industriaslácteas exigc unaprecisiónrealdel orden de 1/20 deunidad.Entre losdiferentestiposde ((pH-metrosm, elmodelo delgrabadorespondeespecialmentealas exigencias del laboratoriodequímica analítica, así como a los controles de fabricación (pH de la mantequilla de almacenamiento, de la leche esterilizada, de la cuajada de quesería, etc.). Funciona indistintamente conectado a la red, cualquiera que sea su voltaje, o con pilas delámparasde bolsillo.Posee ala vez compensaciónmanual y compensación automática, gracias a un termómetro compensador, que se ve en la figura, sumergido en el líquido, junto al electrodo combinado, unitubular. L a precisión es de 0,05 pH. Este aparato permite igualmente la medida de potenciales (valoración potenciométrica,potencial ((redoxu, etc.).

La regulación de estos aparatos se hace con solucionestampón de pH conocido; para la leche y sus derivados se 'empiea el tampón de fosfato MI15 y pH 7,O para la zona neutra, y el tampón de ftalato ácido de potasio MI20 de pH 4,O para la zona hcida. La determinación del pH en la industria plantea problemas especiales. Por ejemplo, la medición rápida del pH de los suministros

1YC

CIENCIA DE LA L E C H E

SHDA 30

S D S A 30 Figura 32 b

La calidad del electrodo es un factor primordial en la medición del pH. Actualmente se fabrican cadenas de electrodos perfeccionados que agrupan en un sólotuboelelectrodoindicador y un electrodo de referencia: de este modo la determinación del pHsesimplificaenextremo.Existendiferentesmodelos. La figura muestra un electrodo de bulbo de vidrio esférico y un electrodo especial de membrana cónica que puede penetrar en los medios consistentes. (Cliché Cambridge-EIL France S.A.)

delecheen.bidones,alritmoderecepciónenlafábrica,presenta dificultades,sobretodoenverano. Es frecuentequeseencuentren en la superficie partículas de materia grasa, a causa de la agitación durante el transporte, que en ocasiones forman una capa oleosa que sobrenada. La grasa forma sobre los electrodos una película que los aisla del medio ionizado, y el aparato no da respuesta. En estas circunstanciasesprecisolavarloselectrodosconunasolucióndetergente. Esta manipulaciónconstituyeunobstáculoparalabuena marcha de la recepción de la leche. 2. La medicióncolorimétrica es muchomás rApida, simple y menoscostosa,perosusindicacionessonsolamenteaproximadas.

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FÍSICA Y FISICOQUÍMICADE LA L E C H E

Se emplean indicadores coloreados que viran en la zona conveniente; para la leche se emplean los tres colorantes del cuadro 25. La medición se realiza por medio de papel indicador, o mediante una solución de colorante añadida a la leche. CUADRO 25

Determinación colorimétrica del pH de la leche

I Coloraciones observadas por reflexión I

Indicadores de pH

PI;’ 694 .Y

mas baJo (leche ácida)

pH 6,6-6,8 (leche fresca normal)

pH 6 9 Y más alto (leche alcalina)

“

Púrpura de bromocresol: (solución acuosa 0,2 % ) ...... Azul de bromotimol: (solución al0,s % en alcohol de 6 8 ) .............................. Alizarinsulfonato desodio: (solución saturada enalcoholde 68”) ........................

gris, luego amarillo verdoso

gris

azulado

azul, luego violeta

amarillo

verde amarillento

verde azulado

rosa, luego amarillo oscuro

lila

rojo oscuro violeta

No se puede diluir la leche con el fin de volverla parapoderobservarlacoloraciónconel“comparador”, dilución afecta al equilibrio salino y eleva el pH.

transparente ya quela

B) Medici6n de la acidez Solamenteexiste un método,cuyoprincipiosehadadoanteriormente, y diferentesmediosdeexpresión,especialmente guientes:

los si-

1. El “grado Domic” (OD), empleado en Francia, expresa el contenidoenácidoláctico;laacidezDornic eselnúmerodedécimas de C.C. de sosa N/9 utilizada para valorar 10 C.C. de leche en presencia de fenolftaleína, (N/9 porque el Bcido láctico tiene un peso molecular de 90). Es evidente que: lo

D = 1 mg de ácido láctico en

10 C.C. de: leche, o sea 0,l g/litro, o 0,01% deácidoláctico.

2. El “grado Soxhlet-Henkel” (S. H.), utilizadoen Alemania y en Suiza, no toma el ácido lactic0 como referencia. Equivale a 1 C.C. desosa N/4 utilizadoparavalorar 100 C.C. deleche (la valoración

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CIENCIA DE LA LEC H E

se hace habitualmente sobre 50 C.C.); se compruebaque: 10 SH = 2,250 Dornic. Este conceptoesmás lógico que el precedente; de unaparte, porque la leche fresca no contiene ácido láctico, de otra porque aún cuando en la leche exista una acidez desarrollada, la valoración no mide la cantidad de ácido láctico formada. En efecto, el pK de ésta es de 3,85, y en una leche ácida a punto de cuajar (pH 4,6) alrededor del 90% delácidoformadose encuentraenestado de ion lactato; a este nivel de pH se valoran otros aniones, fosfato, citrato, bicarbonato, etc., debido a que la acidificación por el ácido láctico ha reducidola ionización de estas sales. La medicióndela acidez pareceser muy fácil,perotambién puede ser de granimprecisión, en razóndevariascausas de error debidas a la opacidad de laleche: a) la cantidad de indicador influye mucho; se puede comprobar una diferencia de 30D (0,3 C.C.de NaOH N/9) empleando unagotasolamente (190D) o 10 gotas (16OD) de solución de indicador. Es precisoutilizarsiemprelamismacantidad, por ejemplo, 0,l C.C.de solución defenolftaleínaal 1% en alcohol de 95" (y no contar las gotas).

b ) el punto final de la valoración no es un momento precisoporquedepende de la agudeza visual del operador;se recomiendahacerunacomparaciónde tanteo con unmismo volumen de leche adicionadade unaciertacantidadde solución coloreada standard: fucsina,sulfatodecobaIto,etcétera.

X. - SIGNIFICADODEL

pH Y DE LA ACIDEZ

Por lo que hemos visto anteriormente, los valores de pH representanunestado, y sonmás significativos que losvalores dela acidez, especialmente en lo que a la estabilidad de la leche se refiere. Diferentes muestras de leche pueden tener el mismo pH y por tanto presentar la misma estabilidad frente a los tratamientos industriales dentro del mismo estado de calidad y, sin embargo, mostrar acideces sensiblemente diferentes. Inversamente, leches con la misma acidez pueden tener diferente pH. La figura 33 ilustra estos hechos; enunaplantade esterilización o deconcentración,querealizase una selección rigurosa basándose en la acidez, se habrían eliminado las leches n.o 1 y n.o 2; para la primera sería lógico, ya que realmente está acidificada, pero en el caso de la segunda constituiría un error, porque se tratadeuna leche dealtocontenidoenextracto seco. Además, por el hechode ser una leche fuertemente tamponada, su pH variará menos rápidamente que el de la leche n.O 3 o n.O 4 bajo la influenciadelácidolácticodefermentación. Es sabidoque Ias leches de fuerte acidez natural se conservan más tiempo que las leches de la misma calidad higiénica, pero de débil acidez natural.

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FÍSICA Y FISICOQUÍMICADE LA LECHE

30

I

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7

8

PH

9

Figura 33. - Significado del pH y de la acidez 1) Leche 2) Leche 3 ) Leche 4) Leche 5) Leche

envías de alteración, con acidez desarrollada: rica, sin acidez desarrollada : tipo medio, sin acidez desarrollada : pobre, sin acidez desarrollada : alcalina (mamitis) :

pH pH pH pH pH

6,3 acidez 22 6,7 acidez 22 6,7 acidez 18 6,l acidez 14 7J acidez 14

Los valores de pH y de la acidez de valoración no están estrechamente ligados. Hay variaciones sensiblemente paralelas en ciertos casos, como se ve en el cuadro 26; pero puede haber una gran divergencia entre estosvalores, por ejemplo, en el caso del suero de queseria (suero fresco, al romper la cuajada), en el que la acidez baja, debidoalaseparacióndelacaseína y de los fosfhtos, y cuyo pH difiere poco del de la leche de la cual procede. Los valoresde acidez comprendidosentre 15 y 22oD nodan indicacionesprecisas sobre el estado de la leche. Como se sabe, la 7.

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acidez representa una suma, en la que ninguno de los componentes se conocen con exactitud: acidez natural

+ reacciones secundarias + acidez desarrollada.

El valor que interesa en la práctica es el último, pero no existe un método de rutina para valorar el ácido láctico; no puede obtenerse por diferencia, ya que los otros valores nosonconstantes. La acidez natural depende del contenidoen sustancias que reaccionan enla zona de valoración. Las reacciones secundarias (over-run) se deben a los fosfatos de cal solubles; se ha tratado de eliminar esta causa de variación, precipitando el calcio con oxalato potásico: CaHPO,

+ K,(COO),

= Ca(COO),

+ K,HPO,

(reacción neutra)

(insoluble) Peroesta reacción no es la única quese produce; el oxalato potásicoreaccionatambién con el fosfato tricálcico coloidal, dando fosfatotripotásico con elevación del pH, según hemos visto en el capítulo VI. CUADRO 26 Valores del p H y d e la acidez

Lechesde tipo“alcalino“:lechespatológicas (leches de mamitis), leches del final de lactación, algunas leches retención, de leches fuertemente “aguadas” ....................................... Leches ligeramenteácidas:leches del principiodelactación,calostro,leches transportadas en masa ............ Leche que no soporta la esterilización a 118 ............................................. Leche que no soporta la cocción a 1W Lechequeno soporta la pasterización a 7T ............................................... Leche quecomienza a flocular a temperatura ordinaria .......................... Lactosuero fresco de quesería ............ Cultjvo de estreptococos lácticos, al máxlmo .............................................. Cultivo de lactobacilos lácticos, al máxlmo ..............................................

\

19 - 20

8,s - 10

unos 20 unos 22 unos 24 y más 55-60 9 - 13

250

25-27 5- 6

FÍSICA Y FISICOQU~MICADE LA LECHE

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E n la práctica suele ser suficiente la vaSoraciÓn acidimétrica, a pesarde lasreservasquese le puedenhacer.Sonnumerosos los tratamientosreguladosaúnpor los valoresru,tinarios de la acidez y no por el pH. A pesar de ello, la medida del pH es inevitable en determinadoscasos(esterilización,mantequilladecámara,quesos fundidos,etcétera). En el cuadro 26 pueden verse los valores interesantes en la práctica. Los correspondientesala acidez norepresentanmásqueuna ordenacióncreciente. Pueden añadirse los valoresrelativosalas leches concentradas; a la inversa de la dilución, la concentración rebaja el pH. Una leche normal que tenga 9% de E.S.D., y un pH de 6,7, tras laconcentraciónhasta el 20% de E.S.D., tendráunpH de 6,4; hasta el 30%, 6,25, y así sucesivamente.

XI. - POTENCIALDEOXIDO-REDUCCION La leche fresca normal tiene un potencial “redox” (Eh) positivo comprendido entre +0,20 y +0,30 volt. Su determinaciónse realiza de una manera parecida a la del pH; la diferencia de potencial creado por un electrodo de platino colocado enuna solución se mide con referenciaaunelectrododecalomelanostomadocomopatrón. Un valor positivo (pérdida de electrones por el platino) indica las propiedades oxidantes de la solución; un valor negativo (ganancia de electrones) indicalaspropiedadesreductoras.Actualmente se ha abandonado la antigua expresión rH. Enlaspropiedadesóxido-reductorasdela leche intervienen los factoressiguientes: 1. El oxígeno disueltoesresponsable, engranparte, del Eh positivo de la leche frescacruda;desaireándolamedianteburbujeo de nitrógeno, el valor de Eh baja rápidamente a +0,05 V.

2.La leche contieneunsistema reductornatural,que hemos mencionado enel capítulo VI11 (reductasa aldehídica de Schardinger). No semanifiesta en las condiciones deaerobiosis(presencia de aire); se la pone de manifiesto en atmósfera1 inerte, mediante la determinación del Eh, o en presencia de un aldeh do por reducción del azuldemetileno.Sedestruye durante el calentamientohacia 800. En la leche hervida el Eh no varía prácticamente en función del tiempo(figura 34). 3. A temperaturas más elevadas (zonadeesterilización), sparece un nuevo sistemareductor. El descensodeEh,esparalelo al aumento del sabor a cocido, delque ya hablarnos al tratar de las proteínasdellactosuero, ya queestosfenómenossonconsecuencia de su desnaturalización. 4. Varios componentes dela lecheinfluyensobre los cambios del potencial redox. Algunos tienen un papel comparable a los tampones de pH; por ejemplo, el ácido ascórbico, con su estructura de

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CIENCIA DE LA L E C H E

reductona, en el equilibrio siguiente, V (a pH 7).

cuyo potencial normal es +0,06

C - d - C - C + 2 H

"c

I /

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O

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0

La.s variacionesestacionalesen el valor Eh de la leche deben atribuirse, en parte, alcontenidoenácidoascórbico.Eninvierno, estecontenido es bajo y e1 Eh elevado. La riboflavina, la cistina y probablementelalactosa,forman otros sistemas. La oxidación implicaladestrucción de estossistemas y la formación de productos con más altospotenciales; como consecuencia el Eh se eleva.

1

Leche hervlda

0.e

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- o,a I O

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I

I

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P h.

1h. TIEMPO

Figura 34. -VariacióndelpotencialRedoxen

la

leche

5. Elcobreesunactivoaceptadordeelectrones;cuandocontaminala leche, tiendeaelevar el Eh. Es unagentedeoxidación, como se ha indicado al tratar de la materia grasa. La fase inicial es ladestruccióndelQcidoascórbico. 6 . Las bacterias que proliferan en la leche tienen una actividad reductora, como consecuenciadedosfenómenos: a) desaparicióndel oxígeno disueltoacausadelarespiración, que provoca un descensodel Eh favorablealsistemareductor na tural de la leche; b ) produccióndeunsistemareductorpropiodelasbacterias.

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FÍSICA Y FISICOQUfMICA DE LA L E C H E

La actividad reductora depende del número de bacterias y también de las especies presentes. Algunas son muy activas,comolas coliformes (Escherichia,Aerobacter). Otras influyen poco sobre el potencial redox, comolasbacteriastermorresistentes y lasesporuladas (flora de las leches calentadas). 7. ElpH influye sobre el Eh;frecuentementelassustancias reductoras existen en estado de aniones que pueden aceptar H + y de estamaneranocontribuirmucho alvalordeEh.Cuandoel pH cambia, se debe corregir el valor de Eh.

8. Los leucocitostienenunadébil normal.

acción reductora en la leche

El potencialredox sólo se determina en los laboratorios de investigación; esunaoperaciónba.stantedelicada,queprecisa eliminar lainfluencia del oxígeno del aire. Las lecturassondifíciles de corregir en función del pH, ya que se carece de datos sobre los sistemasexistentes en la leche. Sinembargo,estasdeterminaciones tienen un gran interés, dada la importancia de los fenómenos a los cualesestánligadas;principalmente,lacontaminaciónbacteriana y la formación de los sabores a oxidado y a “cocido”. En la práctica., se determina el nivel de potencial redox mediante indicadores coloreados que cambian de color o se decoloran en una determinada zonadel Eh, caracterizada por el valor E’o (potencia! en que la mitad del colorante se encuentra en forma reducida). El azul de metileno (E’o 0,OS V) se utiliza con frecuencia para determinar la calidad bacteriológica de la leche en la prueba de la “Reductasa”. Enlas leches fuertemente contaminadas,eldescenso del Eh es rápido (figura 34), al igual que la decoloración del indicador que se ha añadido. La resazurina es otro indicadorquesereduce entre 0,18 y 0,09 V, por lo tanto, antes que el azul de metileno; es más sensible a los factores no microbianos, por ejemplo a la presencia de células (leucocitos). También es indicador de pH. La forma oxidada es azul en la leche normal y roja a pH 5,3. La forma reducida, resorruíina, es rosa a pH 6,6 y amarilla a pH 4,8. Existe una tercera forma, la dihidro-resorrufina, más reducida e incolora.

+

+

+

Nota: Con miras al control higiénico de la leche, se ha propuesto la determinación del contenido de oxígeno. Los resultados obtenidos son parecidos a los de las pruebas de reduccih delos colorantes. Paraestadeterminación se utilizananalizadorespolarográficos. XII. - PROPIEDADES OPTICAS

A) Transmisihn de la luz La lecheno presentauna absorcióncaracterísticaenla parte del espectro que corresponde a la luz visible, es decir para longitudes de onda entre 400 y 700 mp; es un líquido no coloreado, cuyos

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pigmentosseencuentranen muy baja concentracicin para que puedan intervenir. Por el contrario, la leche contiene sustancias orgánicas que son la causa de bandas de absorción características por debajo de 300 mp (zona de los ultra.violeta) y por encima de los 750 mu (zona de los infrarrojos). El cuadro 27 indica longitudes de onda para el máximo de absorción. CUADRO 27 Absovción d e las radiucio~zes

Longitud de onda Hacia 200 m1-L Hacia 280 mp Hacia 5.800 rnp Hacia 6.300 mp. Hacia 6.500 nlp Hacia 9,600my

1

i-

Causa dc

laabsor-cidn

~

í

Componentes delaleche (I) ~~

Enlace peptídico ("CONH-) Estructura cíclica(aminoácidos aromáticos) Grupo carbonilo de los glict-ridos ("CO-) Agua Enlacepeptídico Grupo hidroxilo (-OH-)

(1)dominante. Con influencia

~

Proteínas Proteínas Materia grasa

Proteínas Lactosa

I

Los fotómetrospermitenmedir la absorciónen tantopor 100 detransmisión o endensidadóptica. Segím la ley de Beer y Lambert, la densidad cjptica es proporcional al espesor atravesado y a la concentración de la sustancia considerada en la solución. Es el principio de los métodos rápidos de dosificación que hemos mencionado en los capítulos anteriores. Estos métodos no dan buenos resultados más que en condiciones biendefinidas: u ) La proporcionalidad entrela densidadóptica y la concentración no se comprueba más que en las soluciones suficientemente diluidas.

b ) Debe eliminarse la interferenciaeventualde sorbentes en una zona prcixima.

sustancia.s ab-

c ) Es necesario tener en cuenta la dispersibn de la luz, ya que la leche contienepa.rtículas, y porservariable la dimensióndeéstas, la pérdidadeenergía luminosa., queseañade alaenergíaabsorbida, tambiénesvariable. El efectosereducecuando la longitud de onda del rayo es muy superior al diámetro de las partículas (micelas de caseína hasta 300 mp; glóbulos grasos, hasta 10 p). Se puede tambiéndisminuir y uniformar el diámetrode los glóbulos grasos por homogeneización bajopresión;poresteprocedimiento el diámetro medio se reduce a menos de 2 p.

199 Figura 35. -Dos

A) ANALIZADOR

aparatos para el análisis rápldo de la leche

IRMA DE

RAYOS INFRARROJOS

Comprende un espectrofot6metro (en el centro dela mesa) que compara la absorci6n de la muestra de lecheconladelagua, a 4 longitudes deondacorrespondientesal mdximo de absorci6n de lamateria grasa, de las proteínas, del E.S.D. y dela lactosa. El aparatoelectr6nicoconvierte la energía absorbida en cifradeporcentajeque se lee en un voltímetro digital (arriba y a la derecha). La leche se vierte en un bomogeneizador (a laizquierda)antesde pasar al fot6metro. (Foto GRUBBPARSONS).

B) EL “DARISON’

Aparato electrdnico para la determinaci6ndelamateria grasa y del extractoseco desengrasado dela leche. Puedenanalizarsemuestras suce. sivas cada 45 segundos. Se midela velocidad delos impulsos ultra-sonoros a traves de la leche y se convierte enPorcentajespormediodeun computador. En lapartealta del tablero pueden verse las dos escalas graduadasdirectamenteentanto por ciento. (Foto Prof. W. C. WINDER, Universidad de Wisconsin.)

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CIENCIADE

LA L E C H E

Recientemente se ha puesto a punto un aparato de amplias posibilidades,denominado“IRMA“ (Infra RedMilkAnalyser de GOULDEN), quepermitedeterminar la materia grasa,lasproteínas y la lactosa; sin embargo, el prototipo sólo está previsto para la materia grasa y el extracto seco desengrasado. La operacióncompleta dura menos de un minuto, con un coeficiente de variación inferior al 3%. Se trata de un aparato muy interesante,fabricadopor GRUBBPARSONS, Inglaterra; véase la figura 35-A.

B ) Color. Turbidez La leche es un líquido opalescente que parece blanco si el espesor es suficiente. Este aspectocaracterísticoresultaprincipalmente de la dispersión de la luz por las micelas de fosfocaseinato de cal. Los glóbulos grasos dispersan igualmente la luz, pero intervienen poco en la opalescenciablanca, ya quesudimensión es muy superior ala longitud de onda media de la luz solar. La leche sirve frecuentemente depuntodecomparación, y así se habla de “aspecto lácteo”,de líquido “lechoso”, etcétera. La leche contiene dos pigmentos: a) Elcaroteno,coloranteamarillo,queexiste bajo dos formas, como hemos vsito en el capítulo V. Colorea la fase grasa. La leche entera rica en crema presenta una ligera coloración cuando los forrajes contienen una cantidad considerable de caroteno, como ocurre con la hierba verde, sobre todo en primavera; la mantequilla fabricada a partirdeesta lechees francamente amarilla. La ausencia de este pigmento en la leche desnatada la hace aparecer de un tono blancoazulado.

b ) La riboflavina (vitamina B2)es una pigmento amarillo-verdoso fluorescente, que no se pone de manifiesto más que en el lactosuero. El aspecto característico de la leche, que se ha descrito anteriormente, es el de la leche perfecta, en la que casi toda la caseína se encuentra bajo forma micelar.Cuandodisminuyelaproporciónde caseína bajo esta forma, el líquido toma un aspecto grisáceo, más o menos translúcido; es el caso especial del calostro del primer día, así como el de la leche de fuerte retención y de algunas leches patológicas. Se ha preconizado el empleo de opacímetros y turbidímetros para determinar la riqueza de la leche en materia grasa y proteína. Sin embargo, la variabilidad de la dimensión de las partículas presenta un serio obstáculo para laobtención de resultadosreproducibles y significativos. Hemosdejadoconstancia de estehechoaltratar de la determinación de la materia grasa.

Nota. - En la leche pueden observarse coloraciones accidentales, tales como la coloración rosa debida a la presencia de sangre, y otras diversas debidas a la contaminación de microorganismos. Estos casos son cada vez más raros.

FÍSICA Y FISICOQUÍMICA DE LA LECHE

20 1

C) Refraccidn

El aumento del índice de refracción de una solución, con relación al del disolvente puro, es directamente proporcional a la concentración delasustanciadisueltaexpresadaenpesoporunidadde volumen. La refracción es una propiedad aditiva; el aumento del índice de refracción en la leche es la suma de los aumentos debidos a cadacomponente. La contribucióndelassales es despreciable,ylamateria grasa que se encuentra fuera de la fase continua, no interviene. Algunos aparatossolamentepuedenemplearseconunlíquido límpido, por lo que es precisa la preparación de suero. La grasa y la caseínaseeliminan con ácidoacético o clorurocálcico,calentando hacia 80-looo. Anteriormente se consideraba que el índice de refracción delsueroera relativasmenteconstante. El refractómetrotipo Zeiss deinmersión,graduadoconvencionalmente, da valoresde 38 a 40 para el suero de la leche pura, lo que corresponde a los indices 1,34199 y 1,34275 a 200; los valores inferiores a 38 hacen sospechar del aguadodelaleche.Enrealidad,se trata deunaseudo-constante, cuyasvariacionesnaturalessonmásintensasqueloque antesse creía para las leches individuales. Como de hecho se trata de la valoración indirecta de la lactosa, no se puede aplicar este método a las leches en proceso de acidificación. Actualmenteexistenen el mercadorefractómetrosdiferenciales de alta precisión;suempleosehapropuesto’ para elcontroldel extractosecodesengrasadodelalecheconcentrada,pormedición directa sobre la leche. La precisión depende de la relación lactosal proteínas, que no es constante; sin embargo, el coeficiente de variación es similar al de otros métodos físicos.

XIII. - PROPAGACIONDELASONDASULTRASONORAS La velocidad depropagacióndelasondasultrasonorasenun líquido depende de la concentración de sustancias disueltas y en suspensión, a.sí como de la temperatura. En el caso de la leche, la materia grasa en estado globular hace disminuir esa velocidad, y los componentesdelextractosecodesengrasadolaaumentan.Estosefectos opuestos varían con la temperatura, y pueden diferenciarse midiendo la ve1ocida.d a dos temperaturas diferentes. Sobre este principio se ha concebido un nuevo aparato para la determinación rápida de la materia grasa y del extracto seco desengrasado: el “Darison M-103”. Comprendedoscélulassumergidas a 41 y 650. Si la muestra se precalienta, el tiempo de medición de los dos valoressolamente dura 90 segundos. La precisiónpareceser excelente; la homogeneización previa no es necesaria, por el contrario, las leches hornogeneizadas exigen un ajuste especial. Se trata de un aparato muy interesante,(fabricadoporChesapeakeInstr. Corp. U.S.A.); véase.la figura 35-B.

202

CIENCIA DE LA L E C H E

XIV. - ESTADO DEL AGUA La leche contiene como término medio 87,5 % de agua (alrededor de 900 g por litro), que se encuentra en dos estados:

1. Agualibre. La mayor parte del agua constituye el disolvente de la lactosa y las sales; es independiente de las sustancias insolubles. 2. Agua ligada. Una pequeña parte del agua se encuentra enérgica.mente retenida por las sustancias insolubles. No forma parte de la fase hídrica verdadera y no disuelve, como aquélla, la lactosa. A)

El agua ligada

Los procedimientos analíticos o industriales destinados a la obtención de leche deshidratada, encuentran más dificulta.des para eliminar el agua ligada quelalibre. Desde estepuntodevista,selapuede comparar al agua de cristalización de a1guna.s sales minerales. La proporción de agua ligada puede determinarse mediante diversas sustancias indicadoras solubles, partiendo de la hipótesis de que estassustanciasnoson del tododisueltaspor el agua ligada. Los resultadosnosonconstantes con los diferentesindicadores;cuanto mayor es la molécula del indicador tanto ma.yor parece la proporción deagua ligada. Los resultadosatener en cuenta son los obtenidos con la lactosa. La proporción de agua ligada no es fija, sino que existe un equilibrio: agua. ligada agua libre que depende de condiciones exteriores, como la temperatura y el pH. Conservando la leche recién ordeñadaa ISc1, el contenido en agua ligada aumenta lentamente, asi como la densidad; esta es una de las causas del efecto Recknagel. El aumento prosigue durante 24 horas, pero si se calienta esta leche, sedestruye el equilibrio; tras enfriamiento, la proporción de agua ligada disminuye. En el cuadro 28 puede observarse que los resultados expresados en tanto por ciento de extracto seco son muy diferentes entre sí: en la crema hay poca agua ligada, y menos en el queso graso que en el desnata.do. En efecto, los diversos componentes insolubles del extracto seco no intervienen de la misma forma; la materia grasa retiene poca agua,mientrasque los fosfolípidos dela seudo-membranade los glóbulos grasos.tienen una fuerte ca.pacidad de ligazón con ella (600 % de agua ligada), pero por encontrarse en cantidades muy pequeñas, no retienen más que alrededor del 15 ?41 del agua ligada de la leche. Son las proteínas las que tienen el papel dominante; la caseína retiene alrededor del 50 % y las proteínas solubles el 30 % de dicha agua. La afinidad más o menos grande que para el agua tienen los diversos componentes de la leche es una ca,racterística importante desde el punto de vista tecnológico, especialmente en lo que se refiere a los quesos y leches desecados.

FÍSICA Y FISICOQU~MICADE LA LE’CHE

203

CUADRO 28

Contenido en “agua ligada” de los produci’os lácteos (1) ligada” en 100 g de Productos

Leche entera (de 1 día) ...... Leche descremada (de 1 día). Crema (de 40 % de mat. grasa) .................................... Calostro (1 día) .................. Queso prensado graso (45 M. G. Yo ES) ........................ Queso prensado desnatado ... Experienciaconunacuajada desnatada: - antes del salado ............ - despuésdelsalado ......

producto fresco 87 90,s

3,l 2,15

I

sustancia seca 23,9 22,6

57 81

3,4 41,65

7,9 24,2

37,s 51,5

14,s 20,9

23,2 43,3

65,s 64.5

15,8 10,s

45,6 30,s

(1) Segúndiferentesautores:PYENSON y DAHLE;MOCQUOT.

La caseínaretienealrededordelamitad de su pesodeagua ligada. Esta propiedad permanece invariable después de la acción del cuajo; la paracaseínaretienesobre un 50 % de agua ligada. Enla práctica quesera este valor varía bajo la influencia de la temperatura y el pH, pero también según las técnicas empleadas; el proceso de la cuajada y sobre todo la acción de la sal lo disminuyen sensiblemente. Este es un punto importante a estudiar, sobre todo en la fabricación de los quesos de pasta dura, donde se busca eliminar rápidamente la mayor cantidad posible de agua de la cuajada, hasta la obtención de una humedad óptima (40 %). Las cuajadas descremadas son difíciles de desuerar; en las mismas condiciones de trabajo que las cuajadas grasas, retienen del 12 al 15 % menos de agua y no tienen las mismas características de conservación. La retención de agua por la caseína es también un hecho importante para la conservación de las leches en polvo: la descomposición es rápida para un determinado porcentaje de humedad, que permite que la reacción de la lactosa sobre las materias nitrogenadas tenga una velocidad apreciable.

B) Determinacibn del contenido en agua a) Desecación. Es el método usual, que ya hemos mencionado al tratar del extracto seco de la leche; puede aplicarse a otros productos lácteos, pero es preciso considerar los siguientes hechos: - La desecación a 100-105° no ejerce exclusivamente su acción sobre el agua, por lo que debe tenerse en cuenta la presencia eventual

204

CIENCIA DE LA L E C H E

de productos volátiles, especialmente de ácidos orgánicos (ácido láctico y otros ácidos), y de sustancias nitrogenadas de pequeña molécula (amoníacoyaminas).Estosproductos volátiles pueden ser relativamente abundantes, por ejemplo en las leches alteradas, quesos, etc. La pérdida de peso debe corregirse si se poseen elementos de cálculo. - La desecación al vacío y a baja temperatura da resultados más exactos del contenido real en agua; con este procedimiento se reduce el riesgo de descomposición de la lactosa con formación de productos volátiles. - Cuando el productocontienelactosa u-hidrata.da, el agua de cristalización sólo se elimina parcialmente durante la desecación (caso de las leches en polvo en forma granulada). b) Métodos específicos. Son los únicos que permiten determinar exclusivamente la totalidad del agua presente en un producto lácteo. Método químico. - El método de Karl Fischer es muy preciso, pero no da buenos resultados más que cuando el producto es pobre en agua. Va bien para las leches en polvo y los quesos, tras una desecación previa parcial(al vacío y a temperaturaambiente). Puede considerarse como un método delicado que exige una definición muy precisa de las condiciones experimentales; pero se presta a los análisis en serie. El agua se determina por el método de KARLFISCHER, según esta reacción: H,O

+ I, + SO, + 3C,H,N + CH,OH

-

2 CSHSNHI

+ CSHSNSO&ICH,

La determinaciónseefectúamediante reacción directa del producto húmedo con el licor de Fischer (solución yodo-anhídrido sulfuroso-piridina-alcohol metílico), o bienpor valoración alainversa introduciendo primero una cantidad conocida en exceso de licor de Fischer, y valorando luego dicho exceso por medio de una solución alcohólica de conocido contenido en agua. La determinación potenciométrica, por aplicación del método de “dead-stop-end-point”, con lecturamediante ojo mágico, es lamás empleada. Métodos físicos. - Estosmétodos sebasanenunapropiedad particular,que,enlas condiciones dadasdemedida, sólo depende del contenido en agua del producto; no se exige pesada alguna, y el resultadose lee sobreunpotenciómetro cuya escala estágraduada directamente en porcentaje de agua. El procedimiento se basa en las propiedades dieléctricas de baja frecuencia, que han sido objeto de interesantesestudiosparaculminarenlasalidaalmercadode diversos aparatos(“DK-meter”);sin embargo,algunasdificultadesde realización material, que afectan especialmente a la exactitud de los resultados, han hecho preferible, más recientemente, aprovechar las propiedades de los cuerpos en hiperfrecuencia. En el procedimientode las hiperfrecuencias se utilizan ondas electromagnéticas muy cortas(técnicaempleada en el radar) y de

FÍSICA Y FISICOQUÍMICA DE LA LECHE

205

potencial-débil (unos 3 cm y 20 mW). La célula de medida está constituida principalmente por una bocina emisora y otra receptora colocadas a cada lado del producto a analizar. La atenuación de la señal de hiperfrecuencia es más o menos grande en relación con el contenido de agua, que se mide por un sistema de detección y un potenciómetro electrónico. La medición puede realizarse sobre un producto sólido, como el queso, o sobre un producto fluido, en circulación, como la mantequilla a la salida de la mantequera de fabricación continua.

XV. - EFECTOS DEI. CALENTAMIENTO. VELOCIDADDELAS REACCIONES DE DEGRADACION A)

Generalidades

El calentamiento es el más importante de los tratamientos a que se someten la leche y los productos lácteos en las técnicas modernas, como veremos en la quinta parte. Tiene varias finalidades.

1. Mejora de la calidad higiénica y de l a calidad de conservación, por destruccióndebacterias y enzimas: esterilización dela leche, pasterización de la leche, de la crema, de las mezclas para helados, etcétera. 2. Eliminación del agua: concentración o desecación de la leche, del lactosuero, etcétera.

3. Fines tecnológicos diversos: “cocción” de la cuajada a temperaturas moderadas,enlafabricación de quesosde “pastadura”; fusión del queso con salesemulsionantes(fundentes);preparación del aceitedemantequilla(butter-oil); modificac:iones delaspropiedades físicas (viscosidad y color) de las leches concentradas, etcétera. Conocemos lagrancomplejidadquímicay física dela leche y pDdemos preveerque el calentamientopodráromper en diversos puntos este edificio relativamente frágil: modificación de sustancias lábiles, desplazamiento de los equilibrios fisicoquímicos, etc. Es importante conocer la naturaleza y el alcance de estas modificaciones; el cuadro 29 resume las más importantes que ya hemos citado anteriormenteenbuennúmero. Más adelanteinsistiremosenaquellas quenohan sidodesarrolladassuficientemente en los primeros capítulos. En el cuadro mencionado se presentan los fenómenos de forma analítica, lo que no significa que sean independientes unos de otros, nique se realicen delamismaforma (a la m.isma velocidad, por ejemplo). En general, los efectos aparentes del calentamiento son consecuencia deprocesos bioquímicos compleJos, cuyos términos intermedios raramente se conocen con precisión. Las reacciones químicas que intervienen son de diferentes tipos, con diversas características fisicoquímicas.

206

LA CIENCIA DE

OIYLI6ll lt

LECHE

CUADRO 29

Efectos del calentamiento sobre los componentesde la leche Sustancias

Modificaciones

1

Principales consecuencias

Influenciasobreelcrecimiento de las bacteDescomposición con for- rias lácticas. macióndeácidos or- Descenso del pH. Sustancias extraíbles gánicos. con éter. Caramelización. Disminución del valor nutritivo de las proteínas (principalmente, pérdida de lisina).

Lactosa

+

Reacción entre losmupos aldehídicos y iminadas; productosdeFormacióndecompuestos reductores, Proteínas condensación coloreaso del potencial descenRedos(reacciónde Mai-dox, dificultad para la llard). oxidaciónde las gra-

L

" Iparición de grupos SH .

Proteínassolubles (principalmente, 0-lactoglobulina)

activos y de compues- Sistema reductor. tos sulfurados libres. Floculación. 3esnaturalización. [nactivación de aglutini- Dificultades para la formación de la crema. nas.

Proteínassolubles y caseína

Formacióndeamonía - Influenciasobreelsabor. co. Formaciónde la llamaConcentracióneinsoluda acaua de la leche,. bilidad en la interzona líquidojaire. TormacióndecomplejosUnade las causas de caseína X + P-lactoglo-estabilizaciónporprebulina. calentamiento.

+ Caseína

I

Degradación de la molé- Floculación de las suspensionesdecaseína cula (defosforilización a alta temperatura. y ruptura deenlaces peptídicos) acompañaFloculación v gelificada demodificación ción de la leche. del estado micelar de la leche.

FfSICA Y FISICOQUÍMKA

DE LA L E C H E

207

CUADRO 29 (continuación)

Sustancias modificadas

Modificaciones

Principales consecuencias

~

Materias minera!es

Desplazamiento del Precalentamiento estabiequilibrioCa/P solulizador. ble + Ca/P insoluInsolubilizacióndelas ble. salesdecalcio y descenso del DH. Retrasoenlacoagulación por el cuajo. InFluencia sobre la estaModificación de la capa bilización de las micesuperficialdelas milas. celas.

Materiagrasa

Sabor desagradable (en Formacióndelactonas las leches concentra(a partir de los ácidos das y en polvo). monoenosdecadena corta).

Vitaminas

Enzimas

Gases

Destrucción: principalmente BI y C.

Disminución del valor nutritivo.

Inactivación a temperaturas bastantebajas

Detencióndelasactividades enzimáticas, especialmentelalipásica y proteásica. Confrol de la pasterizaclon.

Pérdida de COZ.

Elevación ligera del pH.

(60.100”).

La destrucciónde las bacteriaspuede considecarse como una suma de reacciones químicas, entre las que tienen un papelpredominante la desnaturalización y la degradación de las proteínas simples o compleja.s, componentes de las enzimas esenciales.

B ) Velocidad de a ls reacciones Los efectos del calentamiento obedecen alaumentode la velocidad de algunas reacciones. L a velocidad puede alcanzar un valor tal que estas reacciones, muy lentas a l a temperatura ordinaria, se realizan, al menos parcialmente, en un tiempo relativamente corto, en las condiciones del tratamiento térmico. La fórmulaempíricade VANT’ HOFFindicaque la velocidad dela reacción se multiplica porun factor casi constante, a, cuando la temperatura aumenta en 100: V, = V, . aO.1 cts-tl) Al factor a se le llama “coeficiente de temperatura”, y se expresa también por Qlo. Si la velocidad de una reacción (por ejemplo la velocidad de desaparición de la lactosa y de un aminoácido al reaccionar entre sí) se

208

LA CIENCIA DE

LECHE

toma por unidad a 00 y si Qlo es igual a 2, a 100 la reacción será dos veces más rápida; a 20” cuatro veces más y a 1200, aproximadamente cuatro mil veces más. En consecuencia, si una modificación (correspondiente a una o varias reacciones con el coeficiente de temperatura anterior) no aparece más que al cabo de 40 días a Oo, o de 10 días a la temperatura ambiente, aparecerá ya a los quince minutos a la temperatura de esterilización ( 120°).La influencia de una elevación de la temperatura es, por lo tanto, considerable en una determinada zona. El coeficiente de temperatura no es el mismo para todos los tipos de reacciones; he aquí algunos valores característicos:

1, para las transformaciones radioactivas (son independientes de la temperatura); 2 a-3, para gran número de reacciones químicas y enzimáticas; 3 a 6 , para algunas reacciones de oxidación; 5 a 10, para la destrucción de las esporas bacterianas; 10 a 25, para la destrucción de las bacterias. El aumentodela velocidad de reacción es consecuencia del aumento del número de moléculas “activas”, es decir, con una energía por lo menos igual al nivel mínimo llamado “energía de activación”, y capaces de entrar en rea.cción. Existe una relación matemática entre la velocidad de la reacción y la temperatura (ecuación de Arrhenius). Por encima del cero absoluto (-2730), la reacción es siempre posible enteoría;sinembargo,paragrandesintervalosdetemperatura,la velocidad es tan pequeña que puede considerarse prácticamente como nula. Puede admitirsecorrientementeque existe una especie de umbral de temperatura, a partir del cual la reacción se efectúa a una velocidad apreciable. Para ciertas reacciones, este umbral parece ser muy reducido; por ejemplo, sólo puede observarse la degrada,ción y la coagulación del fosfocaseinatonativopordebajode los looo. Otras reacciones pueden observarse lo mismo a temperatura ordinaria que a 1000; por ejemplo, la caramelización y el espesamientq de la leche condensadaazucarada se producenenunos treintaminutosa looo, pero se puede obtener el mismo resultado en dos años a 20°. C) Representacih gráfica de los efectos térmicos Para representar los efectos del calentamiento en la práctica de la química de la alimentación y de la bacteriología, se utilizan diagramas en los quC las coordenadas son la temperatura y el logaritmo de1 tiempo de calentamiento. Estos diagramas constituyen una aproximación de la regla de Arrhenius, que no hace intervenir el tiempo. Las gráficasobtenidassonrectasen un intervalode temperatura y de tiempo limitados, su pendiente es negativa y representa el coeficiente de temperatura. La figura 36 ofrece un ejemplo de esta representación gráfica, en el que la modificación “x” tiene un coeficiente de temperatura de 2,5, considerado como valor medio para las reacciones químicas (se trata

209

FÍSICA Y FISICOQUÍMICA DE LA LECHE

en este caso de un oscurecimiento de la leche calentada). En todas las condiciones tiempo-temperatura representadas por un punto que se encuentre por encima de la recta “x”, aparecerá la modificación considerada. La curvadeesterilizacióntieneunapendientemucho más elevada (coeficiente 10); por esta razón, existe una zona en la que todos los puntos corresponden a condiciones en que la esterilización es efectiva,sinaparecermodificaciónalguna. En elejemplodela figura 36, esta zona está delimitada por el ánngulo (a) que forman las dos rectas, y por tanto para temperaturas superiores a 1050.

\

I I

I

loso 110

120 temperatura

Figura 36. -Diagrama

130 (OC)

de tratamientos térmicos (Según WEBB y HOLM)

Los estudios de los efectos térmicos justifican 1.a tendencia general alaaplicaciónde temperaturas elevadas duranteun tiempomuy corto,siemprequesepretendaconservarlosproductoslácteossin modificacióndecolornisabor. Esta tendenciaseconcretaen el procedimiento U.H.T.(ultra-alta-temperatura), que estudiaremos en el capítulo XIX.

210

CIENCIA DE LA L E C H E

Es preciso hacer una observación importanre referente a la interpretación de estos diagramas: su validez se limita a la zona de los puntos establecidos experimentalmente; no se puede extrapolar bien más allá de estos puntos, con miras a encontrar condiciones equivalentes, porque podría caerse en una zona donde la gráfica ya no sena una recta. Otraobservacióntieneasimismogranimportancia: los efectos químicos o físicos de lostratamientostérmicossonacumulativos. Mencionando simplemente el máximo de temperatura alcanzada y la duración del tiempo de mantenimiento de esta temperatura, se comete un error. Eltiempoempleado para alcanzar estatemperatura y el tiempo exigido para el enfriamiento deben entrar en consideración, así como cualquier tratamiento previo (por ejemplo, unapasterización anterior a laconcentración). El procedimiento U.H.T. tiene la gran ventaja de reducir mucho la duración de la permanencia a temperaturas intermedias.

XVI.

-

A)

MODIFICACIONDELAS PROTEINAS Y ENZIMASPOR ACCION DELCALOR Desnaturalización de las proteínassolubles

La desnaturalización pura y simple tal como la hemos definido en elcapítulo VI, seacompañafrecuentementedeunadegradación limitada, cuando la temperatura rebasa los looo. Entre las proteínas de la.leche, las caseínas y las proteosas-peptonas no sufren aparentemente l a desnaturalización clásica. Se ha dicho que la caseína es una proteína “naturalmente desnaturalizada”; el calentamiento a loo0 no provoca perturbaciones revelables en el complejo proteico que forma la micela de la caseína. La desnaturalización es unadelasmodificacionesmásimportantes provocadas por el calentamiento de la leche; aparte la inactivación de las enzimas, de que hablaremos más adelante, son los cambiosdelaspropieda,des de lasprincipalesproteínas del lactosuero, los que presentan mayor interés. a ) Insolubilización. Puede apreciarse el alcance de la desnaturalización midiendo la cantidad de sustancias nitrogena.das que quedan en solución a pH 4,6. Enlaleche crudaprecipitasolamentelacaseína;pero en la leche calentada, a partir de los 60” C, las proteínas solubles comienzan a precipitar con la caseína. Los valores siguientes (según LARSON y RoLLERI) representan la proporción de proteínas solubles que quedan en solución a pH 4,6 tras un calentamiento de 30 minutos:

- leche cruda (proteínas solubles 0,546 g/100 c. c.). - leche calentada a - leche calentada a

- leche calentada a

400 C . 560 C . 660 C .

. .

. .

.

.

. . .

.

.

.

. . .

. . .

. . .

= = = =

100 100 98,2 84,8

FíSICA Y FISICOQU~MICADE LA L E C H E

21 1

70” C . . . . . . . . = 74” C . . . . . . . . = 77O C . . . . . . . , = 82O C . . . . . . . . = 960 C , . . . . . . . = A 960, no quedan en solución más que las proteosas-peptonas.

71 50,7 43,9 23,6 18,7

- leche calentada a - leche calentada a - leche calentada a - leche calentada a - leche calentada a

Considerando cada uno de los componentes por separado, las velocidadesdedesnaturalizaciónsondiferentes. Las inmuno-globulinas son las más sensibles al calentamiento; así, a 70’, se desnaturaliza el 89 % ; la a-lactoalbúmina es la más resistente (a 70°, se desnaturaliza el 6 %); la P-lactoglobulina tiene una sensibilidad intermedia (a 700,se desnaturaliza el 32 %). Las proteínas desnaturalizadas precipitan con la paracaseína, tras la acci6n del cuajo sobre la leche. En quesería, la pasterización de la leche aumenta el rendimiento quesero y empobrece el suero en materias nitrogenadas. A las temperaturas de una pasterización razonable, la desnaturalización insolubilizante es débil, alcanzando el 5-10 % de las proteínas solubles.

b) Aparición de grupossulfhidrilosreductores cocido”.

y del “sabora

En las proteínas nativas, los grupos”SH se encuentran enmascaradosyreaccionan poco; sin embargo,puedendeterminarsepor reacción con el yodo. Tras calentamiento, se vuelven accesibles a los reactivos como el nitraprusiato o el disulfuro de tiamina. Esta activación sigueaproximadamentelacurvadeinsolubilización;lentaa 600-700y muy rápidamente a 950 C. Estos grupos activados son oxidables por el oxígeno atmosférico, de modo que desaparecen si la leche se calienta en contacto con el aire, y persisten si se desairea la leche: confieren propiedades reductoras a la leche calentada y son un obstáculo a la oxidación de la materia grasa. La aparición del sabor a cocido es paralela a la activación de-los grupos “SH. El hidrógenosulfurado, H,S, pareceresponsable,en parte,deestesabor(lacisteínacalentadaen agua sedescompone liberando H,S). E s principalmente la fhlsctoglobulina la que interviene en estos fenómenos. Las dos variantes genéticas no tienen, por otra parte, la mismaestabilidad;lavariante B es más estable! quelavariante A. c ) Otros efectos visibles de la desnatura1izac:ión de las proteínas solubles: - Impedimento del desnate espontáneo (inactivación de las aglutininas). - Inactivación del factor que rebaja el hinchamiento del pan; este factor existe en la leche cruda, por lo que na va bien en panadería; la leche en polvo no tiene este inconveniente. El factor en cuestión es probablemente el componente “5” de las proteínas del lactosuero.

212

CIENCIA DE LA L E C H E

B ) Efectos delcalentamientosobre

la caseína

Es precisoexponerlassoluciones neutras decaseínaenteraa temperaturassuperioresa loo0 paraobservarunadegradación notable. Tras un calentamiento de una duración de 20 minutos a 120° (condiciones de la esterilización en autoclave), el 1,3 % de nitrógeno, el 9 % defósforo y el 20 96 deácidosiálicosehanliberado bajo forma no proteica, soluble en ácido tricloroacético de 12 %. Un calentamientomáspronunciadoprovocaladesfosforilizacióntotaldela caseína (1 hora a 135O); es probable que todo el ácido siálico se separe tambiénenestascondiciones,mientrasquesolamente el 15 % de nitrógeno se libera. El fósforo se encuentra en forma mineral; se ha roto el enlace éster con la serina. La caseína sensible al calcio (as) se degrada con más intensidad que la caseína p. Juntoa lassustanciasnitrogenadasdemoléculapequeña,se forman también péptidos no dializables, de peso molecular bastante elevado. A partir de la caseína x calentada a 120° durante 20 minutos, se ha obtenido un péptido cuya composición en aminoácidos semeja a la del caseíno-glicopkptido liberado por el cuajo. Algunas propiedades de la caseína X se modifican antes de aparecerunadegradaciónapreciable.Trasuncalentamientodequince minutos a 900, el examen electroforético a pH 2,l revela un desdoblamiento del pico de la caseína X ; por otra parte, la coagulación por el cuajo es más rápida que antes del calentamiento; en cambio, el poder estabilizador no se modifica. Cuando la case'na x se encuentra en presencia de la P-lactoglobulina, el efecto más señalado del calentamiento es la formación de un complejo que se comporta como sustancia homogénea, en la que las propiedades características de la caseína x se hallan modificadas; el poder estabilizador frente a las caseínas sensibles al calcio se reduce considerablemente, y el tiempo de coagulación por el cuajo aumenta. El complejo se forma gracias a los grupos sulfhidrilos libres de la P-Iactoglobulina desnaturalizada, que se enlazan con los de la caseína. Siantesdelcalentamientoseañadeunreactivoquebloquee los grupos "SH, como la N-etilmaleimida (N.E.M.), el compl-j o no se forma. Este complejo tiene un efecto protector sobre las micelas, y su formación tiene lugar con mayor facilidad en la leche que en las soluciones de proteínas puras. Es posible que la reacción de formación del complejo sea incompleta y reversible cuando la cantidad de calor suministrada es insuficiente. Esta circunstancia podría presentarse en la esterilización del tipo U.H.T., lo que explicaría un fenómeno de desestabilización lenta, de la que hablaremos más adelante. C) Floculaciónde la caseínanativa En el capítulo VI hemos estudiado brevemente las causas de inestabilidaddelasmicelas,mostrandoenlafigura 20, lasrelaciones tiempo/temperatura para la floculación de la leche calentada, expre-

213

FÍSICA Y FISICOQU~MICADE LA L E C H E

sadas en valores medios indicativos, no absolutos. Pueden observarse diferencias bastante importantes en las diferentes leches. Algunos trabajos recientes handemostrado la existenciade un valor de pH correspondiente al máximo de estabilidad y característico de cada leche, situado entre 6,s y 6,7. Cuandoel pH se eleva ligeramentesobreestos valores, secompruebaundescensobrusco de la estabilidad, que alcanza su mínimo entre 6,7 y 6,9; más allá de pH 6,9, la estabilidad aumenta fuertemente y la leche ya no coagula durante elcalentamiento.Cuando el pH desciendepor debajo del máximo, la estabilidad decrece progresivamente. La figura 37 muestra las curvas que traducen este fenómeno. Hay que hacer constar que esta teoría no ha recibido aún su aceptación unánime. Por lo tanto,ladeterminacióndirecta del pH o de la acidez no dan una indicación exacta sobre la estabilidad de la leche, por lo menos en la zona normal de pH. Según hemos visto, una leche con un pH de 6,75 parece ser menos estable que una leche con un pH de 6,s; el ajuste del pH es, pues, necesario para asegurar el máximo de 0.16

/

!

0.09

I I ,

i

8.3

6.5

6.9

6.1 pH

Figura 37.-Curvas de floculación durante el calentamiento en función del pH de la leche - Leche cruda de concentración media - Lecheprecalentada durante 10 minutos a 120' - N.E.M.: leche tratada por la N-etilmaleimida (3mM). (Según DYSONROSE)

214

CIENCIA DE LA L E C H E

estabilidad. En ciertos casos, para estabilizar la leche basta una ligera adición de ácido; el mismo efecto se obtendría mediante adición de cloruro cálcico, ya que esta sal actúa, scbre todo, rebajando el pH; el ion Ca no tiene por sí solo más que un efecto mínimo; desplaza ligeramente el pH de la máxima estabilidad hacia el lado alcalino, mientras que los fosfatos tienen un efecto opuesto. El “precalentamiento” es un tratamiento térmico destinado a estabilizar la leche, antes de aplicar otros tratamientos, como la concentración; su efecto es doble: 1) Favorece la formación del complejo caseína x/fi-lactoglobulina.

2 ) Provoca un descenso del pH de máxima estabilidad y del pH de la leche misma; pero el primero es más importante que el segundo. En la leche deconcentraciónnormal, el efectodeprecalentamiento dependerá del valor del pH inicial de la leche en relación con el pHdemáximaestabilidad. La figura 37 ilustra dos ejemplosde efectosopuestos;parala leche representadapor ( O ) el precalentamientoprovocauna desestabilización, mientrasquepara laleche representada por (a) provoca una ligera esta.bi1ización (después del precalentamiento el pH se hallapróximoal nuevo pHde máxima estabilidad). Si se impide la formación del complejo precedente por adición de N.E.M., la cuma pierde su máximo y mínimo característicos; se obtiene la curva base, en la que la estabilidad es constante y débil, desde pH 6,s a pH 6,8. En el curso de la concentración de la leche, que se efectúa a temperatura relativamente baja (600 y menos), es muy posible que no se forme el complejo.Poreste motivo, el precalentamientotieneun efecto estabilizador sobre la mayor parte de las leches concentra.das. La curva de estabilidad se modifica igualmente cuando se elimina parcial o totalmente el fosfato de cal coloidal (ligado a las micelas de caseína); el mínimo desaparece y la estabilidad aumenta considerablemente. Este componente mineral de las micelas tiene, por tanto, un papelen l a estabilidad, pero su intervenci6n permanece todavía OScura. El contenido en extracto seco total influye sobre la estabilidad. Las leches concentradasporcalentamientoal vacío presentanuna estabilidad reducida (figura 36); pero a la influencia de la concentración seañadela del descenso del pH.Parecequelasproporciones relativas de los diferentes componentes no tienen efecto notable sobre la estabilidad, y existen pruebas de que una pequeña proporción de caseína en el extracto seco total sea responsable de una disminución de la estabilidad. Esta observación es válida igualmente para las sales solubles y para los iones. La discutida teoría del “equilibrio salino”, según la cual la concentración relativa de diferentes iones determina la estabilidad de la leche, ha servido durante mucho tiempo de base para un sistema de regularización de la fabricación de leche concen-

FÍSICA Y FISICOQUiMICA DE LA L E C H E

215

trada. La a.dición de diversas sales a la leche antes del calentamiento (fosfatos, citratos y sales de Ca) tienen efectos variables en los límites del pH de la leche normal. Los polifosfatos tienen un particular efecto estabilizador, que estudiaremos en el capítulo XXII. Finalmente podemos concluir que existendospuntosfundamentales:

- El pH influye sobre la formación y eficacia del complejo caseína x/D-lactoglobulina, el cual asegura una protección a las micelas, aunque solamente dentro de límites reducidos de pH. - El estado de la superficie micelar parece tener un papel importante, en razón, por una parte, de la formación del complejo y, por otra, de la absorción de iones calcio y fosfato, o de fosfato de cal y otros iones en proporciones convenientes. La natura.leza de la capa superficial, que determina la carga e hidratación de las micelas, parece influir directamente sobre la estabilidad. La influencia de las sales solubles añadidas a la leche se reduce sobre todo a un cambio del pH; la influencia de éste se debe a que determinalaformacióndelcomplejo y afectaalequilibriodelos iones e, indirectamente, a las propiedades de la superficiemice1a.r. D)

Inactivación y reactivacióndeenzimas

En el capítulo VI11 se han dado datos particulares sobre cada enzima, en lo que se refiere a su destrucción por el calor. Por orden de resistencia creciente, se las puede clasificar: Aldolasa - a-amilasa - lipasa - fosfatasa alcalina xantina oxidasa - peroxidasa - fosfatasa ácida.

- catalasa -

Las enzimas más sensibles, como la lipasa, se destruyen ya por calentamiento a 660. Por otro lado, l a fosfatasa ácida posee una resistencia destacada; no se destruye tras un minuto de ebullición. Eltratamiento U.H.T. (1350-1450 duranteun segundo o menos) ha planteado un problema nuevo, todavía no resuelto. Se ha observado l a reactivacih de varias enzimas en la leche trata.da de esta manera, especialmentedelafosfatasaalcalina,lacatalasa y laperoxidasa. Tras el trata.miento, la actividad enzimática es nula, pero reaparece acontinuációngradualmente,aunquesinllegar a alcanzarsuactividad original; sin embargo, en el caso de la fosfatasa es suficiente, para dar un resultado positivo en la prueba del control de calentamiento (del mismo modo que la leche insuficientemente pasterizada). Es posible que la enzima se encuentre bajo una forma intermedia inactiva, con capacidadpara volver alaformainicial.También es posiblequeseproduzcaunareacciónreversiblequeafecte a otros componentes necesarios para la actividad; por ejemplo, los iones metálicos.

216

CIENCIA DE LA L E C H E

XVII.

- EFECTOS DE

LAS RADIACIONES

A) Sepuedendistinguirdostiposdeefectos:

1. Efectosfotoquímicos. La energía de activación de las moléculas, que hace posible las reacciones químicas, no siempre tiene su origen en la elevación de la temperatura, también puede proceder de la energía aportada por las radiaciones luminosas. Según las teorías modernas, la energía radiante se reparte sobre laondaluminosaenpartículassinmasa,llamadas“fotones”,que transportan una cantidad de energía proporcional a la frecuencia de la radiación. En la práctica, suele emplearse la longitud de onda para definir una determinada radiación; la energía es tanto mayor cuanto menor es lalongituddeonda.En la luz solar,lasradiaciones violeta y ultravioleta son las más eficaces; las radiaciones rojas e infrarrojas no aportan suficienteenergía para provocarreaccionesfotoquímicas. Existe un umbral fotoquímico por el cual una reacción dada no se produce más que por debajo de una longitud de onda definida. Igualmenteesnecesario, para quelareacciónseproduzca,quela molécula posea un apreciable poder de absorción para la radiación considerada. 2. Efecfosionizantes. L a s radiaciones particulares o electrónicas(rayos P, rayoscatódicos...) así como laselectromagnéticasde muy corta longitudde onda (rayos y, aún más ricos en energía que los ultravioleta) provocan la ionización, es decir, la formación de iones POI desprendimiento de electronesde 10s átomosde las moléculas. Siguen modificaciones moleculares diversas; las más importantes, en la práctica, afectan a lasgrandesmoléculasdelasnucleoproteínas,queconstituyenlas partes esencialesde lasbacteriaspresentesenelmedioirradiado (volveremossobreestacuestióncuandoseestudie el saneamiento de la leche); pero las radiaciones ionizantes tienen también unaacción sobre el medio, cuya intensidad depende de su energía. Esta acción es comparable a la de los ultravioleta.

B) Los efectosdela luz solar y de los rayosultravioletason los mejor conocidos en el caso de la leche, y pueden resumirse así: a ) Activación delasreaccionesde oxidación (que puedentener lugar en la oscuridad): oxidación de lípidos y vitaminas A, C, D y E; b ) Destruccióndelasvitaminas poco sensiblesalaoxidación, como la vitamina B, (riboflavina); c ) TransformaciBn de esteroles biológicamente inactivos, en vitamina D; d ) Catálisisdelasreacciones entre moléculasnitrogenadasque no constituyen reacciones clásicas de oxidación. Lo que se denomina en inglés sunlight flavour o solar-activated flavour (en español podría

FÍSICA Y FISICOQU~MICADE LA L E C H E

217

decirse “saborsolar”), es la consecuencia de estas reacciones. La sustanciaresponsable es elmetionalformado a partir de la metionina,aminoácidoquepuedeproceder de diversasproteínas de la leche, con intervención de la riboflavina. El sabor característico aparece con 0,l p.p.m. (partes por millón, mg/l) de metional. La glicoproteína mencionada en el capítulo VI (proteína menor) es sensible a la luz y da el mismo sabor característico.

El efecto c ) es el Único beneficioso, pero como noseproduce aisladamente, en la práctica debe siempre evltarse la exposición de la leche y de los productosderivados a la luz; lógicamente,el cristal clarodebería estarproscritoparaelenvasadodela leche. Sobre esta cuestión insistiremos en el capítuloXXIII; pero se pueden indicar aquí, atítulo de ejemplo, los valores significativos referentes a la vitamina B,: la exposición delalecheala luz bajocristalclaro, puede provocar pérdidas del 20 % en primavera y del 50 % en verano; en envases opacos la pérdida no rebasa el 5 %. Las radiaciones ionizantes ejercen, asimismo,una acción oxidante, que tiene como consecuenciauna modificación del sabor y una acción destructora sobrelas enzimas y vitaminas,especialmentelas vitaminas E y H.

XVIII.

- OLOR Y

SABORDE LA LECHE

A) Generalidades ( 1) La definición del olor y sabor de un producto natural complejo, como la leche, es muy difícil, ya se trate del olor y del sabor normales o de olores y sabores anormales (en el lenguaje corriente, la palabra “sabor”se emplea corrientemente para designar las dos sensacionessimultáneas,comola palabra inglesa “flavuur”). La apreciación de estas sensaciones vana grandemente según los individuos, a causa de las diferenciasimportantes en laagudeza de los sentidos. En losúltimosañossehanrealizadoprogresosnotables en la química de los olores y sabores, especialmente gracias a la cromatografíaen fase gaseosa. Asi se han identificadosustanciassápidas presentes en muy pequeñas cantidades, por ejemplo aldehídos y cetonas insaturados. Sin embargo, es preciso considerar que las sensaciones ejercidas por la leche normal o por las leches de sabor defectuoso no se traducen simplemente y claramente por picos en los diagramascromatográficos.El saboresuna“respuestaintegrada”, encontrhdose los integradores en la nariz y en la boca. La evaluación de las propiedades sensoriales exige a la vez el desarrollo de métodos microanalíticos y de técnicas de apreciación seguras y reproducibles. Actualmente son estas últimas las que más escasean. (1) Eltérmino uflaveur, es utilizado, enla actualidad, por los especialistas franceses para designar el conjunto de sensaciones correspondientes al gusto, es decir, las producidas por el sabor y olor.

218

LA CIENCIA DE

LECHE

En Francia, donde está restringido el consumo de leche natural, se preocupan poco del problema de la obtención de leches de buena calidad organoléptica. Por el contrario, es una preocupación esencial en los países donde la leche suele consumirsepura y fría. (lo que seguramente es la mejor manera de apreciar la leche de buena calidad} y donde se aplica a la leche cruda una pasterización a temperatura relativamente baja, loquepermiteconservarsusabor natural;así ocurre en los países anglosajones y escandinavos.

B ) La leche fresca y mormal, Entre los principalescomponentes de laleche,lalactosa y los clorurosonlosquetienenlos sa.bores máscaracterísticos:dulce y salado. Pero no hay que omitir los componentes menores, de sa.bor fuerte, como la lecitina. Las proteínas son insípidas; sin embargo su papel es importante, ya que forman una masa que atenúa y equilibra los sabores. El lactosuero de quesería parece más azucarado que la leche de la que procede. La leche recién ordeñada tiene un olor especial que desaparece rápidamente enel curso de las manipulaciones. C)

Defectos del sabor

1. Saboresprocedentesde

la a2imentación.

Aparecen en el ordeño,y tanto másfuertementecuantomás reciente haya sidoladistribución de losalimentos;estainfluencia de la alimentación se reduce o elimina cuando se distribuye varias horas antes del ordeño. Estos defectos aparecen más frecuentemente que antes, probablemente porque los métodos de alimentación del ganado han evolucionado; el animal come menos hierba fresca o seca (heno) y más vegetalesensilados,remolacha,sub-productosdelasfábricasdeazúcar, destilerías y cervecerías; estos alimentos, sobre todo los ensilados de calidad dudosa y las pulpas (remolacha azucarera tras la extracción) son la causa de sabores desagradables. Su transmisión a la leche se hace probablemente por intermedio de los sistemas digestivos y circulatorio. Algunos puntos se encuentran aún en discusión. ¿Es cierto que la transmisión de sabores tiene también lugar por vía respiratoria? ¿Es cierto que el ensilado de buena calidad puede comunicar a la lecheun sabor particular? ¿Es indiferente la hora de la ingestión de los alimentos para el paso de ciertos sa.bores a l a leche? La velocidad de transmisión varía con el alimentoy con su forma. Tras una distribución de alfalfa verde, aparece el sabor al cabo de una hora o dos; tras la ingestitin de jugos de alfalfa como bebida, el pfazo es de treinta minutos. Existe también un problema cualitativo; por debajo de una cierta proporcióndealimentos, como laremolacha, es posibleque no aparezca ningún sabor; mientras que una proporción aumentada de1 mismo alimento en la ración dará un sabor desagradable a la leche.

FÍSICA Y FISICOQU~MICA DE LA LECHE

219

La estabulación y la alimentación de invierno favorecenla cetosis, con paso de cuerpos cetónicos de la sangre a la leche. Más raramente, y en ciertas épocasdel año, es posible que la leche tenga el sabor comunicado por las esencias de plantas aromáticas, en particular labiadas y cruciferas.

2 . Saboresprocedentesdelambiente

y de los utensilios.

La leche entera tieneunagrancapacidad para laabsorción de emanacionesdiversas. Varios sabores pueden así llegar ala leche, lo mismo que por vía digestiva. 3. Saboresdesarrolladosdurantelaconservación. Son los más temibles en general; pueden aparecer en las condiciones quepermitenunabuena conservación dela leche desde el punto de vista bacteriológico; es decir, a temperaturas relativamente bajas. Son consecuencia de las reacciones químicas y enzimáticas que hemos estudiado anteriormente. a ) Saborrancio. Está provocado por la hidrólisis de lagrasa bajo la influencia de las lipasas que liberan ácidos grasos de fuerte olor y saboramargo; el sabordejabóntiene el mismo origen. Se considera que la lipasa natural de la leche es inactiva en la mama, sin embargo este punto se encuentra en controve:rsia. La agitación, la homogeneización y las variaciones de temperatura activan la lipasa; estas variacionesde temperatura intervienenespecialmenteen el tratamiento de las cremasparaaumentar su viscosidad. El enfriamiento de la lechefavorece la a.ctividad lipásica. El plazo de aparición del sabor rancio, en la leche refrigerada, es muy variable; corrientemente es devarios días, pero puederebajarse a algunas horas, en cuyo caso la leche se vuelve inconsumible en el curso del período habitual de conservación y manipulación. El sabor rancio puede ser más frecuente al €inal de la lactación, sobre todo cuando coincide con el período de estabulación; pero hay notables variaciones individuales. b ) Saboraoxidado. Se debe a la oxidación de las grasas (catálisis por los metales) y a ciertas transformaciones en la parte nitrogenada,peroestas ú1tima.s parecencorrespondermásal“sabora cartón”. De hecho, existe toda una gama de sensaciones diversas que se confunden bajo el término “sabor oxidado”: sabor metálico, sabor a papel, sabor oleoso, sabor seboso, etc., y, probablemente, debidos a causas diversas; por ejemplo, los sabores que pueden aparecer en la leche con un potencial redox bastante bajo. El sabor oxidado aparecemásfrecuentemente en laslechesde principiodelactación.Puedenexistirvariacionessegúnlaraza. En lo que se refiere a los tratamientos aplicados a la leche, se compruebaunaincompatibilidad entrela lipolisis y la oxidación. Mientras que la homogeneización, la agitación a baja temperatura y la refrigeración seguida de un recalentamiento, favorecen la aparición

220

CIENCIA DE LA L E C H E

del saborrancio,estosmismostratamientosprotegen,porel trario, contra la aparición del sabor oxidado. c) Sabor “solar”. Se parecea cuales se confunde frecuentemente. teórica acerca de este sabor.

con-

10s sabores oxidados, con los Hemos dado ya una explicación

Nota. - En el capítulo XI estudiaremos los diversos sabores que resultan del desarrollo de bacterias en la leche.

TERCERAPARTE x * *

MICROBIOLOGIA E HIGIENE DE LA LECHE Y DE LOS PRODUCTOS LACTEOS

CAPITULO X

MICROFLORA DE LA LECHE Y DE LOS PRODUCTOS LACTEOS I. - Microorganismos. 11. - Nomenclatura y clasificación de las bacterias. 111. - Principales grupos debacteriasque se encuentran en leche. IV. - Levaduras y mohos en los productos lácteos. V. - Microorganismos de origen mamario. VI. - Contaminación d e la leche en el exterior de la mama.

I.

la

- MICROORGANISMOS

Bajo este término, que tiende a reemplazar el de “microbio”, se designa a los seres vivientes de muy pequeñas dimensiones, que se encuentran entre los límitesdelreinoanimal y del vegetal, pero con marcadas afinidades por este último. El dominio de la microbiología tiene contornos imprecisos, que los especialistas desplazan según su preocupación dominante. Vamos a ocuparnos de los microorganismos pertenecientes a los siguientes grupos,cuyos caracteres determinantes resumiremos: 1. Bacterias

a ) Organismos unicelulares ( o monocelulares) microscópicos; su tamaño vana de 0,3 a 10 rnicras, raramente más; no hay formación de organismos que comprendan varias células diferenciadas. b ) Forma exterior aparentemente simple (figura 38): esfera, bastoncito, hélice. La célula no contiene un núcleo diferenciado pero sí una substancia nuclear limitada por una pared rígida de compokición especial. c ) Multiplicaciónhabitualasexual, por escisiparidad (bipartición);esdecir, división simétricadelacélula(recientementese ha comprobadolaexisistenciadeprocesosdeconjugaciónsexual). La duración de unageneraciónpuede ser muy breve,hastadequince

224

CIENCIA DE LA L E C H E

minutos,deaquílagranproliferación y tendencia a laubicuidad. Algunas bacterias se reproducen mediante formación de una espora por célula; es una "forma de resistencia". d ) Existentiposfisiológicosdiversos. Las bacteriasque viven en los medios que contienen materias orgánicas, tales como la leche, son heterótrofas; son más o menos exigentes en lo que se refiere a Ias substancias nutritivas que les son necesarias. Muchas de las bacterias importantes delalechesonanaerobiasfacultativas(gérmenesque viven de preferencia en ausencia de aire).

rrtreplococo

88

baetrrias clliadaa

y m6vilea

Figura 38.- Formascaracterísticasde l a s célu1a.s de l a s bacterias Y de las levaduras

225

MICROFLORA DE LA LECHE

2. Virus

Microorganismosinfra-microscópicos,demasiadopequeños para que puedan ser visibles al microscopio óptico (menos de 0,2 micras). Son parásitos intracelulares obligados. Están formados por una membrana proteica que contienen ácido nucleico; su forma de reproducción es poco conocida. Los virus parásitos de las bacterias se llaman “bacteriófagos” o simplemente “fagos”. 3. Levaduras y mohos

Estos microorganismos pertenecen indiscutiblemente al reino vegetal por su estructura celular; la célula está rodeada de celulosa y contiene un núcleo bien diferenciado. Laslevadurassongeneralmenteunicelulares. Las levadurasimperfectas (Cryptococaceae) no tienen más que una forma de multiplicación asexual: la gemación. Laslevadurasperfectassereproducen tambiénformandoascastraslaconjugación;lasascascontienen varias ascosporas (Endomycetaceae). Las actividades bioquímicas de laslevadurassonsimilaresalasdeciertasbacteriasheterótrofas, a las cuales se encuentran a veces asociadas. Los mohos son, en general, más complejos en su morfología y en su modo de reproducción. Levaduras y mohos son facultativamente aerobios; crecen más fácilmente en presencia de aire. La sensibilidad de estos microorganismos a los agentes antibacterianos, y más especialmente a los antibióticos, es diferente a la de las bacterias. Por el contrario, su sensibilidad al calor es del mismo orden que la de las bacteriasnoesporuladas(lasascosporasnosontermorresistentes).

11. - NOMENCLATURA Y CLASIFICACIONDELASBACTERIAS Aunque se trata de dos problemas difíciles no pueden omitirse, ya que se hallan constantemente presentescua.nd,ose trata de la higiene y de la microbiología aplicada. Sin duda alguna, nunca encontrarán una solución tan satisfactoria como la clasificación lineana utilizada para los organismos superiores,en los que la. reproducción sexual es la regla. Existe un código para la nomenclatura microbiana promulgado en 1947; es semejante al delos vegetales, y también emplea los mismos escalones: Clase, Orden, Familia, Tribu, Género, Especie y Variedad. Cada bacteria se designa por dos nombres que tienen una terminación latina: el del género, en mayúscula, y el de la especie a continuación; eventualmente se indica la variedad y algunos pormenores abreviadamente,enespecialeltipoantigénico o serológico (la“tipificación” serológica se estudiará en el capítulo XII); se recomienda mencionar, entre paréntesis, el autor que ha definido la especie. Ejemplos:

- Mycobacteriumtuberculosis tuberculoso humano). 8.

(Trevisan)var.

hominis (bacilo

226

CIENCIA DE LA L E C H E

- Streptococcus Zactis, gr. N (Lancefield)(estreptococoláctico del grupo serológico N). - Escherichia coli Kn (colibacilo de1 tipo K1J. Las clasificaciones modernas de lasbacterias,periódicamente puestas al día, son las de Prévot (Instituto Pasteur, París) y las de1 Comité quepublicael Bergey’sManual; laspublicaciones especializadas en microbiología láctea se refieren más a este último. El perfeccionamiento de los métodos de determinación hace que, en muchos casos, los sistemas establecidos se vuelvan insuficientes o incómodos para los especialistas de un grupo determinado, por lo que abandonan la nomenclatura binaria, reemplazándola por un número de grupo que define una población más homogénea. En la práctica, a veces es interesante considerar grupos restringidos de individuos, que constituyen la descendencia de un cultivo que posee una ficha de iden. tidad bien determinada por un laboratorio especializado y provisto de una sigla o de un número de orden: es la “cepa” (si proviene de una célula ímica, se habla de “clon”, términopoco utilizado). No es preciso ocultar al estudioso las dificultades que encontrará al pretender utilizar la lengua internacional de la nomenclatura microbiana. Existe en este dominio una homonimia y una sinonimia que son especialmente molestas en dos casos: 1) cuando en dos campos diferentes (por ejemplo, médico y técnico) no tienen los mismos usos: 2) cuando se hace referencia a obras antiguas (es preciso notar que el envejecimiento es muy rápido en microbiología). Frecuentemente es difícil relacionar entre sí trabajos de épocas diferentes, sobre especies definidassegúncriterios hoy díaabandonados o sobre especies descritas insuficientemente. Con todo, es preciso considerar que la microbiología no nació ayer: no pueden olvidarse los trabajos de valor realizados en el pasado por el solo motivo de su terminología: por otro lado, es probable que las designaciones actuales sean abolidas el día de mañana. En esta obra no dejaremos de utilizar antiguas denominaciones y citar nombres vulgares con el fin de facilitar la referencia a los autores clásicos de la microbiología lechera y de la higiene.

111.

- PRINCIPALES GRUPOS DE BACTERIAS QUE SE ENCUENTRAN E N LA LECHE

Se pueden distinguir dos grandes categorías de bacterias gracias al método especial de coloración de Gram. Las bacterias “Gram ” se caracterizan por mayores exigencias nutritivas y una sensibilidad más elevada a los agentes bactericidas, que las bacterias “Gram -”. Estasúltimas son,sinembargo,mássensiblesquelasbacterias “Gram f ” aciertassubstanciasinhibidoras.Recordemosquelas substancias inhibidoras detienen el crecimiento sin destruir los gérmenes, por ejemplo: la azida de sodio, las teluritas y el acetato de talio. Estas propiedadespermitencomponer medios selectivos,que

+

MICROFLORA DE LA LECHE

227

facilitan el aislamiento de las bacterias que pertenecen a una de estas categorías. A ) Bacterias ccGram

+m

1. Bacterias Iácticas. Las bacterias más importantes, enlos productos lácteos, tanto por su número (proporción en la microflora total y frecuencia en los exámenes), son aquellas que fermentan la lactosa dando una proporción elevada de ácido láctico en los productos de degradación y que sólo son débilmente proteolíticas. Pertenecen a la familia de las Lactobacteriaceae, que se estudiarán en un capítulo especial (XII). sus actividades bioquímicas como por

2. Micrococos y estafilococos. Dadas sus características morfológicas tan particulares,sepropuso frecuentemente la agrupación de las bacterias esféricas en una sola unidaddeclasificación; con estecriterio se realizó elsistema Prévot. Sin embargo, existen diferencias importantesen los caracteres fisiológicos, lo que puede justificar la separación de las bacterias esféricas en varias unidades. En la familia de las Lactobacteriaceae se encuentran numerosas especies de cocos, pero se agrupan por pares o en cadenas y no en grupos; son más próximos a las bacterias en bastoncito. Las otras bacterias esféricas, que tienen interés para nosotros, son también “Gram + ”, y se encuentran agrupadas en una familia homogénea desde el punto de vista morfológico: Micrococcaceae, cuyas subdivisiones son discutidas. La forma de agrupamiento de las células es una característica inconstante; por ello no pueden separarse netamenteen especies decélulasaisladas(micrococos)y especies de células arracimadas (estafilococos). A continuación se citan las propiedadesdistintivasde los dos génerosqueagrupanlasespecies encontradas en los productos lácteos: a) Micrococos.

Estas bacterias son en general aerobias (hay algunas variedades anaerobias); no fermentan la glucosa, sino que la degradan de forma oxidantesinprovocarmásque un débildescenso del pH(mínimo entre 5,O y 5,5). L o s micrococos no son patógenos; están desprovistos de las dos armas habituales de la infección: la coagulasa y la hemolisina. Los micrococos forman parte de la flora innocua que contaminala leche, y se encuentran frecuentemente después del ordeño. Por presentar una temperatura óptima bastante elevada (hacia 37O), y por sus actividadesenzimáticasreducidas,tienen poca importanciaen.los problemas referentes a la conservación y tratamiento de la leche. Se han aislado micrococos que no atacan la lactosa. Otras especies tienen una actividad proteolítica limitada y pueden alcalinizar el medio; esta

228

LA CIENCIA DE

LECHE

actividad es interesante desde el punto de vista de la “maduración” de la leche en quesería, como veremos más adelante. Los micrococosinfluyensobreelresultadodelaspruebas de apreciación de la calidad bacteriológica de la leche, que habitualmente se efectúan a 370. Nota. - Los nombres antiguos de los micrococos ya casi no se emplean: M. luteus, M. freudenreichii, etc. Los especialistas distinguen variosgruposanónimosnumerados. Los micrococosforman parte, con otros gérmenes, de un grupo al que en otra época se le dio mucha importancia: la “microflora ácido-proteolítica” de la leche. Esta importancia todavía permanece, sobre todo en el campo quesero; peroel grupo en cuestión es heterogéneo. b) Estafilococos. Son anaerobios facultativos, que provocan una fermentación acidificante de la glucosa con un descenso acusado del pH (hacia 4,3 y 4,5); producen acetoína (reacción de Voges-Proskauer positiva), contrariamente a los micrococos. Este género comprende dos grupos; el más importante es el del Staphylococcus pyogenes, que comprende bacterias parssitas que poseen una coagulasa y una o varias hemolisinas; se designan también con el término StaphyZococcus aureus (estafilococo dorado) y Staph. albus. Estas bacterias son importantes desde el punto de vista de la higiene; insistiremos en este asunto. El otro grupo está representado por el Staph. epidermidis, que ofrece poco interés para nosotros.

3. Bacteriasesporuladas (Bacillaceae). Estasbacteriassonlasúnicasqueformanunaendospora,que tiene h importante propiedad de resistir temperaturas elevadas. Mientraslasotrasbacteriasse destruyengeneralmente pordebajode 80° C, lasesporuladas sólo muerenporencimade 100”; tienenpor ello una enorme importancia tecnológica en lo que se refiere a las conservas de productos alimenticios no adicionadas de agentes conservadores. A pesar de su termorresistencia, debida a las esporas, muchas de estas bacterias son mes6filas, es decir, que se desarrollan a unos 300 y se inhiben a temperaturas superiores a 450. Sin embargo, existen especiestermófilas,quesedesarrollanbien por encimadelos 60”. Las bacterias esporuladas no suelen presentarse en la leche cruda y en los productos lácteos que no se han calentado. Por el contrario, son responsables de la alteración de las leches hervidas o insuficientementeesterilizadas,delosquesosfundidos, de losquesosde pasta cocida, de Ias leches concentradas, etc. El calentamiento tiene como resultado una selección de estos gérmenes cuando se hallan inicialmente presentes en cantidad considerable. Las bacterias lácticas las inhiben rápidamente. En los productos lBcteos se encuentran representados dos géneros (según el Bergey’s Manual):

MICROFLORA DE LA L E C H E

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230

LA CIENCIA DE

LECHE

- Bacillus; bacterias esporuladas aerobias, con actividades enzimáticas variadas: acidificación, coagulación y proteolisis. - Clostridium; bacterias esporuladas anaerobias (que no se desarrollan más que enmediosexentosdeoxígeno);sonperjudiciales, sobre todo por la producción de gas; algunas son peligrosas por sus toxinas, en especial el Clostridium perfringens. 4. Bacterias“Gram

+ ” diversas.

a ) La lechefrescapuedecontenermuchasbacteriasdelgénero Corynebacterium; son bastoncitos finos, que se presentan en agrupaciones características (el típico es el C. diphteriae o bacilo diftérico, pero no se encuentra en la leche). Estas bacterias tienen poca importancia práctica por sus actividades poco acusadas y por su temperatura óptima bastante elevada: 3 7 O C. b ) Bacterias propiónicas, que tienen importancia en la maduración de los quesos de pasta dura. c ) Brevibacterium. Bacteriasdebastoncitoscortos(cocoides), que se encuentrancorrientemente en lasmateriasanimales o vegetales en descomposición. No fermenta la lactosa. La B. linens abunda en las cortezas rojas pegajosas de la superficie de los quesos madurados en atmósfera húmeda. B) Bacterias *Gram

-))

1. Enterobacterias.

La familia de las Enterobacteriaceae es una de las más vastas y de las m& difíciles de subdividir. En el cuadro 30 hemos reseñado los principales mracteres distintivos de los géneros actualmente reconocidos. Es necesario añadir que existen numerosos tipos antigénicos. Las especiesmásfrecuentesenlosproductoslácteosson los que fermentan la lactosa; pero también se encuentran las otras. La mayor parte de las enterobacterias son huéspedes normales delintestinodelosmamíferos; su presencia en el agua o laleche puede atribuirse a unacontaminación de origen fecal. Muchas de estas especies tienen una fase de vida libre en el suelo y en las aguas. Las Cloaca y Serratia se encuentran en los productos vegetales; estos dos géneros no tienen especies patógenas. Las enterobacterias suelen ser menos abundantes en la leche que otras bacterias Gram -; sin embargo, tienen una gran importancia desde dos puntos de vista:

- Higiénico: Varias especies de esta familia son responsables de graves enfermedades infecciosas, que pueden adquirir carácter epidémico, en el caso de los productos lácteos las salmonelas son las más temibles; a otras especies se atribuyen infecciones gastro-intestinales benignas. - Tecnológico: La propiedad bioquímica dominante de las enterobacterias es la fermentaci6n de los azúcares con formación de gas

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23 1

(gas carbónico e hidrógeno) y ácido. Algunas especies producen sustancias viscosas o de sabor desagradable. Esta importancia aumenta por la facultad de desarrollarse a muy diferentes temperaturas (algunas especies se desarrollan de l@a 40" y el Escherichia coli puede crecer hasta a 44O), y por su resistencia a los antibióticos que se encuentran ocasionalmente en la leche. En estas condiciones las enterobacterias pueden suplantar a las bacterias lácticas e invadir el medio. El término "bacterias Coliformes" se utiliza para designar a las enterobacterias más frecuentes encontradas en los productos lácteos y pertenecientes a los cuatro primeros géneros del cuadro 30. El recuentode estasbacterias(colimetría) esuno (de losmediosmás significativos para la apreciación de la calidad higiénica de la leche y de la eficacia del saneamiento a que se la somete. Para este fin se utilizanmedios de cultivoquesehanhecho seIectivos poradición de sustancias que inhiben la mayor parte de las otras especies (verde brillante, bilis y desoxicolato sódico). a) Escherichia. Este género está muysimplificado. No comprende más que una especie biendefinida:el E. Coli, conalgunas variedades de caracteres antigénicos diferentes. Es el ímico productor de indol del grupo, y por ser fácil poner de manifiesto este cuerpo, constituyeelprincipiodeunareaccióndecaracterización; no obstante, su significado es reducido, ya que otras bacterias netamente diferenciadas (Proteus) son también indológenas. Produce mucho gas y ácidosorgánicos(láctico,acético,succínico, etc.). Sinembargo,es menos "acidificante" que las bacterias lácticas, que lo inhiben cuando elpHdesciende pordebajode 5,O-5,2 (la designación de"seudofermento láctico", que le fue atribuida en otro tiempo, se presta a confusiones y debe abandonarse). Como todas las enterobacterias, el E . Coli reduce los nitratos a nitritos; en presencia de nitratos, la producción de gas es reducida. b) Cloaca. Este género se designaba anteriormentepor Aerobacter; a pesarde ello sedebieradesignarpor Enterobacter. El C. aerogenes es igualmente un gran productor de gas en los productos lácteos, pero no origina más que una débil acidificación; por el contrario, produce una sustancia neutra, la acetoína. Estas bacterias no son patógenas, sin embargo, algunas cepas se consideran sospechosas. c) Klebsiella. Género muy próximo al anterior pero, en oposición a las otras bacterias coliformes, las células son inmóviles y encapsuladas;comprendecepassaprofitasycepaspatógenas(neumobacilo de Friedlander). d) Citrobacter. Gérmenes que antes se clasificaban como Escherichia (E. freundii); son especies innocuas presentes en las materias fecales. Aparte las coliformes, pueden encontrarse en la leche enterobacterias que no fermentan la lactosa y que son especies innocuas, como las Serratia, y Proteus, que son proteolíticas; pero también pueden

232

CIENCIA DE LA L E C H E

hallarse especies patógenas temibles, como Salmonella (bacilo tífico) y más raramente Shigella (bacilo disentérico).

2. Aclzromobacteriaceae. Esta familia comprende bacterias saprofitas, más bien aerobias, que no fermentan los azúcares. No coagulan la leche, que puede volverse alcalina. Ninguna especie es sospechosa desde el punto de vista higiénico. Aunque no tienenmásqueactividadesenzimáticaslimitadas, estas bacterias presentan interés porque forman la parte esencialdelamicroflorasicrófilaque proliferaenla leche conservada a baja temperatura. Algunas especies producen sustancias viscosas o coloreadas (a pesar del nombre de la familia). Se han definido tres géneros: Alcaligenes, Achromobacter y Flavobacterium.

3. Bacterias“Gram

-I’

diversas.

a ) Pseudomonas. La lechecontienefrecuentementegérmenes pertenecientesa este género, transportados principalmenteporlas aguas impuras. Forman parte igualmente de la microflora sicrófila; son nocivos a causa de sus actividades proteolíticas y lipolíticas. b) Brucefla. Bacterias patógenas para el hombre y los animales, agentescausalesdela“brucelosis”. Nota. - En ocasiones, se encuentran en la leche bacterias pertenecientes a familias muy diferentes de las que anteceden. A las Micobacteriaceae pertenece la que tiene mayor importancia higiénica, el “bacilotuberculoso”;setratadebacteriasquepresentancorrientemente un aspecto filamentoso y afinidades con los hongos.

IV. - LEVADURAS Y MOHOS E N LOS PRODUCTOS LACTEOS A) Levaduras

Enlaleche cruda suelen encontrarse células voluminosas, esféricasu ovalada.s, delevaduras no esporulantesquepertenecenal género Candida (antes denominadas: Torula Zactosa y T . cremoris, en lugar de C. pseudotropicalis). Estas levaduras producen gas y poco o nada alcohol. En las condiciones habituales no se manifiestan en la leche: excepcionalmente son causa de la “leche espumosa”. También pueden encontrarse en la leche levaduras esporulantes, como el Saccharomyces fragilis y el S. Iactis que fermentan la lactosa, con producción de alcohol. En el kefir, leche fermentada oriental, se encuentra una variedad del S . fragilis llamada Torula kefir, asociada a un estreptococo láctico, en zoogIeas características (capítulo XXII). En diversos productos lácteos las levaduras pueden provocar fermentacionesgaseosas y saboresindeseables;estasalteracionesse presentan frecuentemente en las “cremas de granja”y en las cuajadas frescas de quesería; como causa se encuentra corrientemente la Toru-

233

MICROFLORA DE LA L E C H E

lopsis sphaerica. En la leche condensada azucarada pueden producirse accidentes anhlogos con el Torulopsis lactis condensi. Las levadurasforman parte tambiéndelasfloraspegajosas de los quesosdecortezahúmeda,especialmenteenlosdecubierta roja, con bacterias proteolíticas, como Brevibacterium linens y micrococos.

B) Mohos No tienen importancia práctica en la leche líquida; por el contrario la tienen, y en alto grado, en la mayor parte de productos lácteos; se desarrollan en la superficie y en las partes en contacto con el aire.

- Penicillium; variasespeciesintervienen el afinadodediversos tiposdequesos,principalmente: P. candidum enlosquesosde cortezablancaconmohos, como el Camembert, y P . glaucum vur. roqueforti en los quesos azules. - Geotrichum candidum (corrientemente llamado Oidium-lactis) es un moho que invade las cuajadas frescas de quesería; es sensible a la sal, que retarda s u desarrollo. - Aparte los anteriores, se encuentran diversos mohos sobre las mantequillasenmohecidas y sobrelascremasviejasymalconservadas. Como las levaduras, los mohos se destruyen fácilmente la pasterización.

durante

Observacidn sobre los microorganismos La presencia de un gran número de especies microbianas en la lechees un hechocomprobado,pero ello nosignificaquetodas puedan desarrollarse en dicho medio. Para un cierto número de especies banales o patógenas, la leche es un vehículo ocasional; no se desarrollan mejor en este líquido que enel agua, la cual puede igualmente servir de medio de transporte. Los microbiosqueseencuentranenlalechepueden tener dos orígenes:

1. Mamario. 2. Externo (contaminación durante y despuks del ordeño).

V. - MICROORGANISMOS DE ORIGEN MAMAR10

A lasalidade la mama sana, aun tomandose rigurosas precauciones de asepsia, es difícil obtener una leche estéril, por lo menos en las vacas. En el interior de la mama existen casi siempre gérmenes banales que contaminan la leche en el momento de su recogida.

234

CIENCIA DE LA LECHE

Esta población originaria de la mama sana es, en general, poco numerosa en la leche en el momento del ordeño; raramente rebasa los 1.000 gérmenes por C.C.,y puede estar compuesta por algunas decenasdegérmenes,solamente.Cuandoelcontenidodegérmenes es elevado, suele ser debido a una proliferación de los gérmenes típicos de la mamitis contztgiosa: estreptococos y estafilococos. Sin embargo, hay animales que dan, a la salida de la mama, una leche de contenido microbian0elevado: 10.000 gérmenes por C.C. y más,aunquela glándula parezca sana; es un defecto persistente, con amplias variaciones que no puede descubrirse más que por el examen microbiológico de la leche, ya que la mama es normal y la composición de la leche también. Se ha sugerido la existencia de una relación entre la presencia de gérmenes en la mama y su anatomía: así, un esfinter del pezón en buenestadoconstituiráunabarreracontralainfección.Esdifícil medir la abertura real del pezón, pero puede compararse la velocidad delordeño y el contenidomicrobianode la lecherecogida;cuanto más rápido es el ordeño, más susceptible a la infección es la mama. Como ejemplo he aquí los resultados de una encuesta sobre un rebaño de más de 200 vacas lecheras destinadas al aprovisionamiento de una gran ciudad. El cuadro 31 muestra que alrededor del 60 % de lasvacasexaminadasdanunalecheconmenosde 1.000 gérmenes por centímetro cúbico. CUADRO 31

Contenido microbiano de

I

YO de vacas

la

leche en el momento del ordeño

Número de gérmenespor

centímetro cúbico (1)

I

O (leche estéril) 1a 100 100 a 1.000 1.000 a 5.000 5.OOO a 10.000 Más de 10.000

15 42

29 7,s 4

(1) Las muestras se tomaronasépticamente; menes se efectuó por cultivo en agar-lactosa.

elrecuentodegér(Según C.

AJENJO)

I

La primera leche que se extrae de la mama es siempre la más infectada. El número de gérmenes decrece a lo largo del ordeño. Al principio de éste,la leche lavay expulsa de los conductos los gérmenes más fácilmente desplazables. Ejemplo (promedio de una serie de exámenes):

- Leche de los primeros chorros - Leche mitad a - Leche final al

del ordeño . del ordeño .

.

.

. . .

. .

.

6.500 gérmenes1c.c. ,, 1.350 ,, , 8,

709

235

MICROFLORA DE LA LEC HE

A pesar de que el volumen de la primera leche, más rica en gérmenes, sea escaso y no tenga más que poca influencia sobre el contenido microbian0 del conjunto del ordeño, generalmentese recomienda eliminarlo. Se ha señalado que las leches de cabra y oveja son más frecuentemente estériles a la salida de la mama, que la leche de vaca. La penetracióndegérmenesenlamamatienelugardedos modos:

1. Por vía ascendente, a través del canal del pezón: es el camino más frecuentemente seguido por los gérmenes innocuosy algunos patógenos. 2. Por vía “endógena”, algunos gérmenes patógenos pueden llegar a la mama por la circulación sanguínea, por ejemplo los de la tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis) y de la brucelosis (Brucella abortus); los estreptococos no pueden llegar a la mama por esta vía. Los gérmenes inofensivos de la mama perte:necen principalmente a losgéneros Corynebacterium y Micrococcus; éstassonbacterias “comensales” que se encuentran frecuentemente sobre la piel y las glándulas: son de actividad enzimática limitada. Los gérmenes patógenos sonprincipalmenteestreptococos y estafilococoshemolíticos, peroocasionalmente,tambiénpuedenintervenir otrasnumerosas especies. Algunos gérmenes que se desarrollan ‘bien en la leche, son incapaces de vivir o de mantenerse en la mama: por ejemplo algunos estreptococos y gérmenes del género Aerobacter,, Serratia, etcétera.

VI. - CONTAMINACIONDE LA LECHE ENEL DE LA MAMA

EXTERIOR

Esta forma de contaminación suele ser masiva en relación con la de origen mamario; su importancia es extremadamente variable según las condiciones de producción y conservación de la leche. Los principales orígenes de contaminación son: 1. El ambiente. La atmósfera de los establos está siempre más o menoscargadadegérmenesprocedentesdelosexcrementos,de la paja y de los alimentos: éstos son transportados con el polvo, que se deposita poco a poco. La atmósfera de las salas de ordeño especializadas es siempre más sana que la de los establos. Los alimentos groseros (heno) y la paja aportan sobretodo gérmenes esporulados: bacilos y clostridios. Los ensilados aportan bacterias butíricas perjudiciales para la quesería. Los excrementos son ricos en gérmenes variados, y constituyen la principal fuente de enterobacterias nocivas, como el Escherichia coli. Durantelamanipulacióndelosforrajes,así como alhacer la limpieza y el barrido, la atmósfera se carga de polvo con abundantes gérmenes y lacontaminacióndelalechecontenidaenrecipientes

236

CIENCIA DE LA LECHE

abiertos es más intensa. Sin embargo, esta contaminación no reviste tanta importancia como la debida a las causas siguientes:

2. El estado del animal. Las suciedades que se encuentran en la leche proceden frecuentemente de la caída, en el momento del ordeño, de partículas de excrementos, tierra, vegetales y cama, adheridos a la piel del animal, así como también de pelos y células epiteliales. Todasestaspartículas transportanbacterias,quedeestamanera ingresan en la leche, sobre todo durante el ordeño manual y con el usoderecipientes de gran a.bertura.Cuandoelanimal está limpio, si se lava la mama con una solución antiséptica y se inmoviliza la cola, la reducción de esta contaminación es notable. Las partículas de estiercol se disuelven mucho mejor en la leche tibia que en el agua; al disolverse liberan las colonias de gérmenes que contienen. Esta dispersi6n no es sin embargo inmediata, motivo que aconseja filtrar la leche en un recipiente cerrado lo antes posible tras el ordeño (en el caso de ordeño manual en el establo). Los elocuentes resultados del cuadro 32-a, son valores medios de numerosos ensayos,obtenidos deunmismorebañosometido sucesivamentea condicionesdiferentes. CUADRO 32

Contaminaciónde la leche (promedio de bacterias por c. c. de leche) a)

Limpiezadelasvacas

y delsuelo

Vacas y suelo Vacas y suelo sucio. Mamano j limpio.Mama y Relación a b lavada I personas lavadas (a) I (b) ~

I

I

1

Cubode abertura amplia .. ........... ...... ..... Cubode abertura estrecha .................... I

1 I

86.200

I

5.000

~

-i

24.500

_ _ _ ~ _ ~ ~ 2.700 ~ " "

" "

17

1

9

" "

NOTA.- Los utensilios estaban estériles en los dos casos. b ) Utensilios

Granja

2.000 3.000

N."10.700 1 N," 2 N? 3 N.O

4

N." S N: 6

Utensilios no esterilizados (a) 116.400 15.O00 187.000 77.100 35.000 49.200

1i I

I ~

Utensilios esterilizados (b) 4.700 3.600 2.100

1

Re2gbn

1

11

I

~

3 52

38

237

MICROFLORA DE LA L E C H E

3 . El estado del ordeñador. No es indiferente; el ordeñador sucio, con ropas cargadas de polvo y suciedades, es una causa más de contaminación, cuya naturaleza es semejante a las precedentes. Es preciso también tener en cuenta la salud del ordeñador. Se ha comprobadofrecuentementeenlalechelapresenciadegérmenes patógenos de origen humano, como veremos más adelmte. 4. Los utensilios y las máquinas son habitualmente la fuente de contaminación más importante. Son millares los gérmenes que pueden existir sobre las paredes de los utensilios lecheros mal lavados y mal secados:bacteriasdelamicroflorasicrófila;bacteriaslácticas, gérmenes del grupo Escheria-Aerobacter, etcétera.

Innumerables controles efectuados en la práctica demuestran la necesidaddeunalimpiezainmediata y muy cuidadosa,seguidade una verdadera esterilización (vapor, ebullición prolongada y antisépticos) para que los utensilios estén exentos de gérmenes, ya se trate de recipientes, máquinas o tubos (capítulo XVII). Algunos resultados significativos obtenidos en ensayos comparativos, se presentan en los cuadros 32 y 33. Con las máquinas, ocurre lo mismo. Por ejemplo con una desnatadora:

Número de microorganisrnos por C.C. de crernu

lavada Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba

n.O n.o n.o n.O n.O

1 2

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

Desnatadora Desnatadora mal muy bien lavada

-

77.000.000

46.000.000 3 . . . . . . . . . 5.600.000 4 . . . . . . . . . 101.000.000 5 . . . . . . . . .960.000 113.000.000

3.600.000 8.400.000 36.500 1.ooo.ooo

Laordeñadoramecánica mal limpiada es un fuente importante de contaminación. Durante la época deintroduccih de estas máquinas en las granjas, las condiciones de su empleo no estaban bien definidas, y la leche obtenida mediante ordeño mecánico solía estar más conta. minada que la obtenida a mano. Este fenómeno se confirmó mediante una experiencia comparativa realizada con 20 vacas, ordeñadas alternativamente a mano y a máquina; el promedio del recuento microbiano de la leche fue: A mano: 16.000 gérmenes/c.c. A máquina: 692.500 gérmenes/c.c.(pezoneras piados).

y cubosmallim-

En la actualidadnoocurre lo mismosi se observanestrictamente 1a.s reglasdelimpieza y esterilización de lasmáquinas. Una

238

CIENCIA DE LA L E C H E

5: r-.

‘o*

O 0

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3

h

al * .e

L

&

S

h

MICROFLORA DE LA LEC HE

239

ordeñadora bien conservada y atendida permite obtener una leche de excelente calidad bacteriológica, ya que prácticamente se encuentra fuera de la atmósfera de los establos.

5 . La calidad del agua tieneuna gran importancia;lasaguas impuras empleadas en el lavado de los recipientes y de las máquinas pueden ser la causa de contaminaciones muy perjudiciales, sobre todo para la crema y la mantequilla. El agua utilizadaenlaindustrialecheradebe ser potable.En determinados casos, especialmente en mantequería, donde el agua se utiliza para el lavado del grano, se recomienda su esterilización por un medio apropiado, ligera cloración, filtración por placas de celulosa y amianto, esterilización por el calor o por los rayos ultravioletas, etc. Conocidas las circunstancias que intervienen en la contaminación de la leche, es fácil deducir las reglas a seguir para la producción de una leche de buena calidad bacteriológica; estas reglas se expondrhn en la IVa parte.

.

....

,"

CAPITULO XI

DESARROLLO Y ACCION DE LOS MICROORGANISMOS EN LA LECHE

I. - La leche considerada como medio d e cultivo. 11. - Sustancias antibacterianas de la leche cruda. Lacteninas. 111. - Aglutininas. IV.

- Influenciadelassustanciasantibacterianassobre

la

microflora de la leche.

- Sustancias estimulantes en la leche cruda. VI. - Efectos del tratamiento térmico y d e la irradiaciónde V.

la leche.

VII.

- Propiedadesdelasbacterias.Asociaciones

y antago-

nismo. VIII. IX.

- Bacteriófagos. - Influenciade la lasbacterias

X. - Alteracionesde nismos. XI.

temperaturasobre en la leche. lalecheprovocadas

XIV.

y proteolisis.

- Fermentaciones gaseosas. - Fermentación”viscosa.

XV. - Producción de olores XVI.

por los microorga-

- Acidificación.

XII. - Coagulación sin acidificación XIII.

la proliferaciónde

- Producción de color.

y sabores.

242

CIENCIA DE L.4 LECHE

I. - LA LECHE CONSIDERADA COMO MEDIO DE CULTIVO

A) La leche de vaca es una solución neutra, fuertemente tamponada,ricaensustanciasnutritivas de los cuatro grupos:glúcidos, prótidos,lipidos y sales;contienefactoresdecrecimiento,especialmentevitaminasdelgrupo B; constituyeunbuenmedio de cultivo para los organismos heterótrofos aptos para asimilar la lactosa y las proteínas.Pero no es unmediodecultivouniversal, como algunos consideran, por diversas razones: 1. La fuente glucidica (energética)estáconstituidasolamente porlactosa;unaz6carquelasbacterias y levadurasmetabolizan mucho menos frecuentemente que la glucosa. Algunas bacterias que constituyenfermentoslácticosmuyactivos, como el Lactobacillus delbruckii, no degradanlalactosa.

2. Si elcontenidoen sustanciasnitrogenadas es elevado (más del 3 %), lacantidadde a’minoácidos libres y péptidosesdébil, 10 queconstituye unfactorlimitadorpara numerosasespeciesbacterianas. La adición de hidrolizadosproteicosalalechepermiteun desarrollo mucho más fácil de estas especies. Por otra parte, la leche previamente tratada por enzimas proteolíticas constituye un buen medio de cultivo en el laboratorio. 3. Durante el ordeño,lalechecontiene sustancias antibacterianasquelaprotegen contrala invasióndeciertosgérmenessensibles, y que explican en parte la fase de latencia que se observa al principio del desarrollo de las bacterias en la leche cruda. Existen gérmenes sensibles y gérmenes resistentes a la acción de estas sustanciasbacteriostáticas,quehandadolugaraprofundasinvestigaciones. Las sustancias sobre las que se trata en éste capítulo existen en la leche de forma natural. Más adelante se harh referencia a la presenciadeantibióticoseliminados porla mama trastratamientos medicamentosos.

B) La aptitud de la leche para permitir el desarrollo de bacterias varíasegún el origendelaleche y laespeciebacteriana. En efecto, el contenido de la leche en factores de crecimiento o en sustancias antibacterianas no es constante, y la sensibilidad de las bacteriasaunaestimulación o aunainhibiciónpuedediferirgrandemente de una especie bacteriana a otra. El estudio de esta aptitud tiene importancia desde varios puntos de vista: a ) Punto de vista higiénico. Concierne al desarrollo en la leche de microorganismos patógenos, y en especial de los agentes productores de mamitis contagiosas. b ) Puntodevista

tecnológico serefierea: calidaddeconservacióndelaleche pasterizada.

- La

cruda y delaleche

DESARROLLO Y ACCI6N DE LOS MICROORGANISMOS

243

- El cultivo de bacterias lácticas utilizadas en la preparación de fermentos destinados a diversas transformacione:s de la leche. Es este un punto de vista muy estudiado. Se han recogido observaciones aparentemente contradictorias: la causa estriba en la complejidad de leche considerada como medio de cultivo. Debido a las interferenciasexistentesdentrodelaactividaddelasbacterias,es muy difícil hacer una distinción entre las acciones debidas a sustancias inhibidoras y a sustancias estimulantes. C) Los tratamientos aquepuedesometersela leche: calentamiento,conservaciónporelfrío, homogeneización, etc.,modifican sus propiedades biológicas. La influenciadelcalentamientoes la más acusada y se estudiará en particular.

11.

- SUSTANCIASANTIBACTERIANASDE

LA LECHE CRUDA.

LACTENINAS. Se han descrito cinco sustancias diferentes; las cuatro primeras descubiertas en la leche de vaca, y la última en la leche humana. 1. La lactenina L,, lamásantiguaconocida,esunasustancia inhibidora, probablemente específica del Streptococctu pyogenes, y de naturaleza desconocida. El pH de su estabilidad máxima se encuentra próximo a 6,5; se destruye por calentamiento a 70" C durante veinte minutos.

2. La lactenina L, o lactoperoxidasa,que se haestudiado COR las enzimas de la leche, es menos específica que la anterior; se muestra activasobre los estreptococos,enespecialsobre los del grupo pyogenes (Str.pyogenes, Str. agalactiae) y sobreloslactobacilos. Pocos estreptococos lácticos se muestran sensibks, pero para aquellos que lo son, la inhibición es muy acusada, los gérmenes no se desarrollan prácticamente en la leche. El calostro contiene menos lactoperoxidasaquelalecheverdadera. Este inhibidoresun poco más termorresistentequelalactenina L, y quelasaglutininas;se destruye por calentamiento a 7.5" C durante treinta minutos o a 820 C durante veinte segundos. El pH de su máxima estabilidad se encuentra sobre 7. La acción inhibidora se produce en presencia de tiocianato; la leche de vaca contiene normalmente de 1 a 15 mg/l de este cuerpo. 3. Las aglutininus sonanticuerpossusceptiblesdeaglutinara lasbacteriassensiblesdeunamaneraespecífica;sonactivassobre un gran número de estreptococos lácticos y lactobacilos. La sustancia descritaconelnombredelactenina L, pertenece a estegrupo;se muestra activa sobre el Streptococcus cremoris, cepa 760. Más adelante se expondrimlaspropiedadesdeesteinteresantegrupodesustancias.

244

CIENCIA DE LA L E C H E

4.

Los inhibidores de la leche de las vacas en período de secado. Lá leche de las vacas al final de la lactación y la secreción de las vacas secas contienen otras sustancias antibacterianas; se han puesto de manifiesto por su acción sobre 1a.s bacterias esporuladas aerobias (Bacillusstearotherrnophiltts y Bacillus subtilis). Son de dos clases: una sustancia inhibidora que resiste el calentamiento a 80” C durante diez minutos y otra lítica (que disuelve lascélulasbacterianas) que se destruye en dichas condiciones. Esta última sustancia presenta un máximo de estabilidad a un pH bastante bajo (4 a 5); sus propiedadeslaasemejana la lisozima. En ciertas leches mamíticas se ha comprobado una inhibicióndelmismo género.

5. La Zisozima. Esta enzima lítica sehaestudiadoenel capítulo IX, donde se vio que la leche de vaca fresca no la contiene en cantidadesapreciables,alcontraxiode lo que ocurre con l a leche humana. A los datosanteriores espreciso añadir los inhibidores inespecíficos que existen en la leche humana, así como en otros humores y tejidos. Su actividad estri ligada a la presencia de ácido neuramínico ( o ácidosiálico); y desaparece tras tratamiento con la enzima específica, la neuraminidasa; se ha observado su presencia en bacterias decontaminaciónfrecuente,peligrosaspara los lactantes corno el Escherichia coli y el Staphylococcus aureus. Esta activida.d no se ha observado en la leche de vaca pobre en ácido neuramínico. Nota. - En 10 que se refiere a las industrias lácteas, las sustancias 2 (lactoperoxidasa)y 3 (aglutininas) son lasque tienen mayor importancia. Es preciso señalar dos características esenciales de estas sustancias: - Su concentración varía poco en las diferentes leches y en el curso de la lactación. - No se destruyen por la pasterización clásica.

111. - AGLUTININAS Las aglutininas inmovilizan las bacterias sensibles, formando masasagrupadasquesonarrastradasalasuperficiecon los glóbulos grasos (formación de la nata) o bien se depositan en el fondo de los recipientes, enla lechedesnatada; el resultadoesunaverdadera inhibición de estas bacterias por separación física. Por el contrario, lasbacterias“resistentes”nosonaglutinada.s,permanecenrepartidas en la masa de la leche y ni su proliferación ni su actividad se detienen. Si conlasbacteriassensibles se impide la separación de los grupos aglutimdos gelificando el medio (con gelosa o por acción del cuajo), la acidificación continúa realizándose en toda la masa. Si se inmuniza una vaca con una cepa de estreptococo sensible, la concentraciónen aglutimina,s aumentafuertemente en la sangre y en la leche. La inmunización ( o vacunación)conuna cepa resistente provoca igualmente la aparición de anticuerpos aglutinantes en

DESARROLLO Y ACCIóN DE LOS MICROORGANISMOS

245

la sangre, pero no en la leche; la mama ejerce probablemente una acción selectiva. La actividad natural de la leche, en lo que se refiere a esta forma deinhibicióndebeconsiderarse como el resultado del pasoala leche de anticuerpos (*) aparecidosen la sangreacontinuaciónde inmunizacionesnaturalesporgérmenes con unaconstituciónantigénica parecida a la de los gérmenes sensibles. Los gérmenes inmunizantespertenecenprobablementealamicrofloraintestinal del animal; se ha demostrado, por ejemplo, que el Str. bovis (estreptococo intestinal)tieneunantigen0común con el Srr.cremoris (estreptococo láctico). La leche contiene aglutininas específicas de diversas especies de bacterias: lacticas (Streptococcus, Larobacil2us) y de enterobacterias (Escherichia coli, etc.). Estas aglutininas son mucho más abundantes en el calostro que en la leche. Inmunizando un animal con E. coli, por inyecciones intravenosas de un cultivo formolado, se puede obtener en la sangre una concentración elevada de anticuerpos aglutinantese inhibidores de la escisión delascélulas,queretardanelcrecimientodeestegérmenenla leche. Cuando se cultiva el E. coli en presencia de una cepa láctica defermentos ( S t r . lacris), sudesarrollosedetieneaun nivel bastante bajo (cuando el pH llega a S), lo que permite a la especie láctica dominar e impedir el desarrollo ulterior del colibacilo. Nuevas y muy importantes perspectivas se abren en la tecnología lechera y en la patología de la mama, ante la posibilidad de aumentar la concentración de la leche en anticuerpos (aglutininas) que retarden O detengan la proliferación de bacterias indeseables.

-

Nota. Se conoce la existencia de una aglutinina asociada a los glóbulos grasos; esta sustancia es diferente de las lacteninas anteriormente descritas; por otra parte, solamente desempeña un papel secundario en la inhibición observada sobre los estreptococos Iácticos. IV. - INFLUENCIA DE LAS SUSTANCIAS ANTIBACTERIANAS SOBRE LA MICROFLORADE LA LECHE Y SOBRE LASBACTERIASLACTICAS A) Leche cruda La microfloraquecontaminalaleche tras elordeño,nosuele desarrollarse sino al cabo de un determinado tiempo de conservación de la leche a la temperatura ambiente; es la fase “bactericida” o de (*) Recordemos que un anticuerpo es una sustancia específica, de la misma naturaleza que las globulinas, que aparece en la sangre, después de que el organismo animal ha recibidolainyección de una sustancia: el atztigeno. Las bacteriasllevanvariosantígenos,cuyo conjunto forma ;a