Ciencia de La Leche

Ch.ALAIS

Principios de técnica lechera

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CHARLES ALAIS

Ciencia de la leche Principios de técnica lechera

VersiÓ() españots por :

Don Antonio Lacasa Godina Doctor en Veterinaria Diplomado en Lactologfa

EDITORIAL REVERTÉ, S. A. Barcelona - 8ogot6 - Bueno• Aires · C1rac11 - Mblco

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Titulo de la obra original: Scieoce du lait. Prindpes des lechnique-s laitieres. 4." édition Edición original en le.n~:,TJta francesa publicada por: S.E.P.A.I.C. S----4 0,1

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Flg ~o~r•

5.

Mlcrofoto~

grafla de cristales de glúclaos.

Arriba a la derecha, un grueeo cristal de slam(0, 7 bra ae lactosa mm de longHud: foto amablemente oediaa por A. Van Kreveld).

Arriba. a la Izquierda. lactosa cristalizada •cOdex•: la lorma predomlnantv es la de un prlema tñangular de

arlttas cortado. (foto Al ala y Bracquart). En la parte de abajo, cristales en forma de erizo da •cido N-acolllneuramlnlco extraldos de la caserna. (Ribadaau-Oumas y Alala, 1961).

Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

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tura ambiente, la rotación específica baja lentamente de +as• a +55•, en IIIUI.S 24 horas en medio neutro; la tranarormación es mucho más rápida cuando el pH ea superior a 9,0 (alcallnir.ación con un poco de amoníaco). Esta rotación rmal, + 55• C, ea la del equilibrio a .,. (J a l5°C; se encuentra en solución una parte a y 1,63 partes de (J-lactosa. Es el fenómeno de la mutarrotación, cuyo conocimiento es Importante para la valoración polarimétrica de la lactosa en los productos donde este azúcar se halla cristalizado. La constante de equilibrio 1,63 varía poco con la temperatura, no es más que de 1,36 a 1oo•c. En una solución alcalina de metano!, se observa la transformación de la lactosa a en lactosa /J.

DI Solubilidad Por ser la lactosa-/l la más soluble, la solubilidad inicial de la lactosa ordinaria a 1s•c , 7,3 g en 100 mi de agua, se eleva, tras agitáción prolongada, hasta 17 g. Debe destacarse que la lactosa es un azúcar relativamente poco soluble : unas 1 O veces menos que el azúcar ordinario . La solubilidad de la lactosa aumenta fuertemente en caliente como se señala en la figura 6. Por tanto, cristaliza al enfriar sus soluciones concentradas. En este principio se basa el método habitual de preparación del azúcar de leche a partir del lactosuero; el suero se separa de sus proteínas por ebullición, luego se concentra al vacío y se enfría. Con la lactosa no se pueden obtener jarabea espesos ni confituras estables a la temperatura ordinaria. Las soluciones concentradas de lactosa quedan en estado de sobreaaturación durante la refrigeración; a 25•c la solubilidad límite de la lactosa es de 22 g por 100 g de agua, por lo que una solución de lactosa con 50 g por 100 g de agua, enfriada a esa temperatura, comienza a cristalizar naturalmente. La presencia de alcohol reduce la solubilidad de la lactosa; la forma a precipita la primera. E) Sabor dulce La lactosa tiene un débil sabor dulce; su poder edulcorante ea seis veces menor que el del azúcar ordinario (a título comparativo, si consideramos un valor edulcorante para la sacarosa de 100 tenemos: para la lactosa 16, para la gluooaa 75, para la fructosa 170 y para la sacarina 45 .000). En la leche, por otra parte, el sabor dulce de la lactosa está enmascarado por la caseína; el suero tiene un sabor dulce más acusado que el de la leche de que proviene, aunque la proporción de lactosa sea del mismo orden. El débil sabor dulce de la lactosa se considera como una cualidad desde el punto de vista dietético. Hace so· portables las dietas lácteas. Copynghted r1atenal

Glúcidos-Lactoaa. Ácido láctico

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1~ r-----------------,-----------------~

o

50

temperatura

100"C

Figuro 6. Solubilidad de la lactosa en agua

Copynqhted malenal

Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

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IV ASPECTOS TECNOLOGICOS. LACTOSA AMORFA

A) Leches y lactosueros ooncentrados En la Jeclle concentrada a un tercio de su volumen (3:1), la lactosa se encuentra próxima a su grado de saturación a la temperatura ordinaria; la refrigeración o la adición de sustancias extrañas muy solubles, como la sacarosa, pueden provocar la cristalización de la forma a-hidratada de la lactosa cuya aftnldad por el agua es mucho más débil. Hecho que ocurre en la "leche concentrada azucarada". La cristalización lenta produce cristales gruesos y muy duros, el producto preaen· ta características desagradables para el consumo; ea el defecto "are· noao" que aparece cuando loe cristales tienen una longitud superior a 0,03 mm. Se precisan pooos cristales para dar origen al defecto. Por lo tanto, deben buscarse las condiciones que favorezcan la formación rápida de cristales Jo más pequeños posible, que no puedan ser detec· tados por la boca; tienen menos de 0,01 mm; para ello se fuerza la cristalización sembrando la masa con lactosa finamente cristalizada, o con leche en polvo de calidad adecuada, y agitando. En el Jactoauero, una buena cristalización reside, por el contrario en la formación de cristales gruesos, regulares y sólidos, como los que se ven en la figura 5 (arriba a la izquierda). La cristalización depende de varios factores, sobre todo de la forma en que se refrigera y de la agitación del concentrado en caliente.

B) La lactosa amorfa y las leches en polvo La eliminación rápida del agua en determinadas condiciones de secado, provoca la formación de lactosa amorfa. Se trata en realidad de soluciones extremadamente concentradas, que contienen las dos for· mas a y 'Y en proporciones variables; su tensión de vapor, en las con· diciones habituales, no se encuentra en equilibrio con la del aire; por ello, los productos que contienen lactosa bajo ese estado son fuertemente higroscópicos. Es el caso de las leches en polvo obtenidas por Jos métodos corrientes; en contacto con el aire húmedo, las partícu· las tienden a aglutinarse y durante la disolución se forman grumos. Se puede obtener un producto no higroscópico y má.s soluble, favoreciendo la cristalización de la lactosa mediante la humidificación del polvo, seguida de una nueva desecación simplificada, de forma que no se destruya su estado cristalino, (polvos "instantáneos", capítulo XXII). C) Leches congeladas

Este sistema de conservación para productos lácteos es de delicada aplicación, a causa de la frecuencte aparición de un defecto grave: la floculación de la caseína nativa en el curso de la descongelación. Este Copynghted r- atonal

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Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

fenómeno ea la consecuencia de la separación de la lactosa, que cristaliza en la fase no congelada. En efecto, por debajo del punto de congelación, no toda el agua se encuentra en forma de hielo, sobre todo en la leche concentrada. En una leche desnatada, concentrada al tercio de su volumen, a -4•c hay todavía un 50%de agua sin congelar y a -zo•c queda solamente el 15%1 las cifras correspondientes para la leche dematada no concentrada son de 12 y 5%. A muy bajas temperaturas, más allá de -zo• C, la proporción de agua sin congelar ea muy baja y la lactosa es incristalizable, se encuentra en estado amorfo estable. Existe por lo tanto, una zona crítica -de temperaturas de --2• a -20• C. Probablemente se producen dos efectos: l. Efecto de concentración de la fase hídrica; cuando la lactosa cristaliza se congela una gran cantidad de agua; la acidez de esta fase aumenta; el pH del ultrafiltrado, que es de alrededor del 6,7 con la leche natural, baja hasta 5,8 en la parte no congelada de la leche concentrada. Por otra parte, la concentración salina se aumenta; más cantidad de fosfato cálcico pasa a estado coloidal (cap. VI y VIl) y contribuye a la noculación de la caseína. 2. Efecto protector de la lactosa, independientemente del efecto como sal. Es posible que la lactosa en solución secuestre calcio. Además la lactosa aumenta la viscosidad de la parte fluida y reduce la movilidad y orientación de las micelas y de las moléculas; es una barrera contra la agregación que precede a la no. culación. Se puede decir que todo aquello que favorece la cristalización de la lactosa (agitación en el curso de una congelación lenta, largo interva· lo entre concentración y congelación~ reduce el período de estabilidad del producto congelado (período de inducción de la cristaliza· · ción). Por el contrario, la fioculación de la caseína no se produce si se impide la cristalización, por ejemplo, hidrolizando una par,t.e de la lactosa mediante la lactasa. Se ha propuesto la adición de otros azúcares, de glicerina, de dextrina, etc., para impedir la desestabilización de la leche concentrada congelada. Parece que el procedimiento más recomendable es el de la lactasa. V PRINCIPALES PROPIEDADES QUIMICAS DE LA LACTOSA

A) Propiedades reductoras. Datenninación Por poseer un grupo aldehídico libre, la lactosa es un azúcar reductor. Reduce especialmente al licor cupro-alcalino de Fehling, princi· plo en que se basa la determinación corriente, (la sacarosa debe hi· drolizarse para que se pueda valorar). Es interesante resaltar que el poder reductor de la lactosa es considerablemente más débil que el de Copynghted r- atonal

Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

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la glucosa (70 partes de glucosa reducen al licor de Fehling lo mismo que lOO de lactosa). SI se hidroliza la lactosa por un ácido el poder reductor aumenta conaiderablemente (X 1,37). El método anterior es cada vez más sustituido por la determinación colorimétrica. Esta se basa en la reacción que dan, con diversas sustancias orgánicas, los productos de degradación de los azúcares reductores en medio fuartemente ácido (reacción de Bial con el orci· no!, reacción con la antrona, etc.). Estos métodos han sido a su vez sustituidos por la cromatografía en fase gaseosa, para la que los azúcares se vuelven volátiles bajo forma de ésteres sililados (por ejemplo por el trimetilclorosilano) y, to· davía más reciente, por la cromatografía HPLC (cromatografía líquida de alto rendimiento). Bl Hidrólisis química La hidrólisis de la lactosa es bastante difícil; es un azúcar que presen· ta una cierta estabilidad frente a los agentes químicos. Se precisa la

acción de los ácidos en caliente para desdoblarla:

Lactosa

Glucosa Galactosa

La hidrólisis de la sacarosa es mucho más rápida, se denomina inversión. En las condiciones en que habitualmente se práctii:a la hidrólisis para determinar este azúcar, la lactosa no es atacada. Es importante retener estas nociones para el. análisis de los productos láctees azucarados y en especial de la leche condensada. La hidrólisis ácida es un procedimiento industrial sobre el que se hablará en el capítulo XXII. Se realiza sobre soluciones de lactosa, sobre suero o sobre el perrneado de la ultrafiltración, utilizando ácidos minerales o resinas sulfónicas cambiadoras de iones. Este tipo de hidrólisis tiene un fuerte competidor en el procedimiento enzimático. Cl Reacciones oon las sustancias nitrogenadas

Por su función aldehídica los azúcares reaccionan con diversas sustancias nitrogenadas: amoníaco, aminas, aminoácidos, etc. Esta reacción se puede apreciar en la leche con la lactosa. No se trata de una reacción simple, sino de un conjunto de reacciones complejas, que se agrupan bajo el nombre genérico de reacciones de Maillard, y conducen finalmente a la formación de compuestos condensados reductores que son pigmentos oscuros (melanoidinas). Esta es una de las causas del oscurecimiento de los alimentos, que se acompaña frecuentemente de una disminución del valor nutritivo de las proteínas. Existe otras causas de oscurecimiento, pero la reacción de Maillard prevalece, Copynghted r atonal

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Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

ya que exl¡e una débil energía de activación y ea, en parte, autocatalítica. La primera etapa es la formación de un compueato de adición que lleva el grupo • CH-NH-!ltr ;;1

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Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

nen aún poca demanda, pero ofrecen posibilidades para una mejor utilización de este azúcar; el jarabe tiene un sabor más dulce, no cristaliza, y por lo tanto no da la sensación de "arena", y fermenta fácilmente; en la alimentación evita las diarreas que a veces provoca la lactosa (capítulo XXlll).

1

UCHE

1

..-------'1 1.....- - - ,

(desn!tacro}

(GOOgu\.e,on)

LACTOSUE'AO

1

l

Figura 7... oesuno .. Industrial de la lactosa. (En les principales transformaciones de la leche, nunca se encuentra la lactosa en el

producto més Importante}.

B) El 6cldo /6ctico sólo existe como indicios en la leche fresca, con un porcentaje medio de 30 mgfl . Es, ante todo, el resultado de la fermentación láctica, y, según veremos más adelante, dentro de la industria láctea puede presentar un carácter beneficioso o perjudicial. El ácido láctico de fermentación se ha convertido en un importante producto químico; en estado puro o en forma de salea recibe diversas aplicaciones: industriu alimentarias , farmacia, industria textil, curtidos, induatriu de materias plásticas, etc. Su producción a partir de leche o del suero es muy limitada comparada con la de origen vegetal de naturaleza hidrocarbonada. El ácido láctico puro es un líquido de tipo jarabe, incoloro e inodoro. El olor de los productos lácteos acidificados se debe a otras sustancias. Es un ácido "no volátil", es decir, que no es arrastrado por el vapor de agua, contrariamente a lo que ocurre con los ácidos butírico y caprolco, que son liberados por la lipóllsls (capítulo V). La dosificación del ácido láctico es una operación importante, especialmente para descubrir la neutralización de las leches o del suero en polvo. Hoy día se dispone de métodos colorimétricos convenienCopynghtC'd rnatenal

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Glúcidos-Lactosa. Ácido láctico

tes: el de Davidaon (1949) es el más preciso; consiste en oxidar el ácído láctico en ecetaldehído, por el ácido sulfúrico concentrado y en formar un derivado purpúreo con el parahidroxidifenilo (o parafenílfenol). Existen también métodos enzimáticos que permiten determinar separadamente las formas L o D del ácído láctico. IX OLIGOHOLOSIDOS DE LA LECHE

Hemos visto que estos elementos, también denominados sacáridos, se encuentran siempre en pequeña cantidad, pero, sin embargo, tienen un gran interés por sus actividades biológicas. Los de la leche humana son los mejor conocídos; son suatancías formadas por 2 ó 6 moléculas glucídicas y poseen un resto de lactosa en posición reductora-terminal y existen tres especies: l . Sscáridos no nitrogenados, que contienen glucosa, galactosa y una metilpentosa: la {ucosa (6-desoxi-L-galactosa). La ginogalactoaa es una mezcla de estos holósidos. 2. Sscáridos que contienen un azúcar nitrogenado, la N-«cetilglucosamina. Poseen actividad biolÓgica variada; uno de ellos es un factor de crecimiento del LactobaciUus bifldus (flora intestinal de los lactantes alimentados con leche materna, capítulo XU); otros tienen actividad serológica (antihemaglutinación). La leche de vaca posee escaaa cantidad de estas sustancias; si la actividad de la leche humana se expresa como valor 100, se tendrá para el calostro de vaca 40 y para la leche de vaca 2 a 4. Esta es una de las razones de la superioridad de la leche materna humana para la alimentación infantil. 3. Sscáridos que contienen ácido neuramínico bl\io formas acetiladas sobre el nitrógeno o sobre el oxígeno, y que reciben el nombre de ácidos siálicos. Son ácidos fuertes (pK próximo a 2-2,6 ), que cristalizan bajo formas características (Fig. 5). A los sacáridos que contienen ácidos siálicos se les han atribuido dlveraas actividades biológicas. La actividad inhlbidora del crecímiento de determinadas bacterias (Escherichía coli, Staphilococcus aureus) mostrada por diveraas secrecíones corporales, parece estar ligada a la presencia de estos ácidos; esta actividad se ha puesto de manifiesto en la leche humana. El grupo prostético de la caseína K contiene galactosa, galactosamina y ácido 0-!iiálico que probablemente influye en las propiedades específicas de esta proteína (capítulo VI). X POLIHOLOSIDOS La leche no contiene sustancias hidrocarbonadas de alto peso molecular, como el glicógeno de los animales y el almidón de los vegetaCopyrighted rPatorial

Glúcidos-Lactosa. Ácido !Actico

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lea. Pero es de lnteréa comiderar en este capítulo, consagrado a la química de los glúcidos, a loa pollholósídos producidos por loa vegetales · superiores y que son sustancias importantes para la Industria alimentaria en general y la Industria láctea en particular. Estas auatancias se incluyen en la categoría de loa hidrocoloidea, teniendo propiedades eapeaantea, gellflcantes y suapemoldea (diapersantes), loa más Interesantes son preciaamente loa derivados de la galactosa. Las gomaa no son galactósidoa simples; por ejemplo, en la molécula de goma arábiga se encuentra alrededor del 45 %de galactoaa, al lado de arabinoaa (30 a 35 %), ramnosa y ácido glucurónico. Se trata de moléculas enormes muy ramificadas, muy solubles pero que sólo dan soluciones de alta viscosidad a concentraciones elevadas (15% y más). · Por el contrario, los CGn"ll&eMtos producidos por las algas marinas, son galactósídos formados esencialmente de galactosa, de la que una parte ea aulforilada. La fórmula dada más adelante rapresenta una malla frecuente en estas sustancias, la carrabioaa kappa, donde M representa un metal. La cadena no ramificada está formada por esta bioaa, en la que el enlace interno ea ll (1-4),1Jgado al siguiente por un puente cr (1-3). Se encuentran también redes en las que un residuo de galactoaa está dos veces sulforilado, en 2 y 6. M

\ •••

CHzOH

'•

o

H

OH

N

OH

Los carragenatos tienen una solubilidad bastante baja (menos del 2 %) pero son capaces de geliflcar la leche a concentraciones aún muy bajas. Tienen un poder estabilizante pronunciado hacia el O,Hl,2 %; estabilizan la leche con cacao sin aumentar su viscosidad sensiblemente . Las aptitudes más interesantes de estas sustancias (estudiadas especialmente por Reea, 1969) se derivan de sus propiedades físico· químicas que se pueden reaumiz así: l. Son capaces de formar películas adhiriéndose en la superficie de mioelas hidrófobas, porque son ácidos fuertemente ionizados en el agua (las mioelaa hidrófobas llevan ordinariamente una carga positiva) y son agentes mojantea. 2. Frenan los movimientos de las micelaa impidiendo que se fusio· nen, por una parte aumentando la viscosidad del medio disperaante y, por otra, diaminuyendo la tensión superficial. Copy nghtC'd m aten al

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Glúcldos-uctosa. Acldo léctíco

En el CiliO de la leche plfficada, se ha demo.tndo que la cueína reacc:iona con loa carragenalol tanto mía, cuanto la leche • ha calentado dunnte tiempo a temperatura cercana a lot 100 • C. Otru IUJtancias también producid-. por alpa marina~, tienen propledadea y estructura puecidu, pero están menoa IUI!oril.ad-.. Los carrqenatot contienen entre 20 y 30% de tulfato, lu furcellalanas (a¡ar dan&) contienen del 16 al 20%. El agar.qar (geloaa) no poaee mál que entre un 2 a un 3% y contiene, al lado de la p.lactosa, manoaa. Batas austanciu no plantean problema al¡uno a loa higienistas, aunque ~tan digerldu,lo que no parece ser el cuo, y liberan moléculu de oau inorentivu y , en parte, metaboliublea. Lu pectina vegetala aon también galact6aidoa, pero la red de la cadena polloaídica está conttltulda por otru derivada de la plactosa y aobre todo del éter metílico del ácido p.lacturónlco.

Capítulo 5 Lípidos. Materia grasa-Nata

1 GENERALIDADES

En la fase llpídica de la leche se encuentran tres clases de sustancias asociadas: l. Los lípidos neutros, es decir la materia grasa propiamente dicha, constituida por glicéridos, que supone alrededor del 80% del conjunto, en el caso de la leche de vaca. Se trata de una grasa que a temperatura ambiente, unos 20• e, ea sólida. 2 . Los lípidos polares: son fosfolípidos de naturaleza compleja; constituyen alrededor dell% del conjunto. 3. Las sustancias lipo(dtcas, o "insaponificables" de naturaleza diferente de laa precedentes aunque también insolubles en el agua; entre ellas se encuentran las vitaminas; están presentes en la grasa de la leche de vaca en una proporción menor del 1%. Como en el caso de los glúcidos se pueden distinguir los lípidos libres, con mucho los más abundantes y los lípidos ligados a las proteínas. Los primeros, se pueden extraer por medio de los disolventes ordinarios de las grasas, tras ruptura de la emulsión, por ejemplo, con el benceno, el éter etílico y el éter de petróleo; para extraer los segundos es preciao utilizar una mezcla disociante y disolvente como la de etanol-cloroformo (2/1). En la leche, loslípidos neutros están casi enteramente libres; la caseína no alcanza más que el 0,05 %; por el contrario, los fosfolípidos se encuentran en forma ligada y principalCopy nghtC'd m aten al

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Llpidos. Materia grasa-Nata

mente en la membrana de los glóbulos gr&808. Cuando se funde mantequilla a temperatura moderada, a unos 60 o 60°C, y se separa el aceite por centrifugación, este no contiene fosfolípidos, se quedan en el fondo con las proteínas. Los lípidos se encue.ntran dispersos en la leche en forma globular. Esta dispersión es inestable y las sustancias que la componen son las más fáciles de extraer de la leche, sin modificar los otros componentes. De este estado se derivan consecuencias prácticas Importantes. Los problemas que se presentan en el estudio de la materia grasa de la leche son de dos tipos: l. Problemas químicos y biológicos relativos a los distintos componentes. 2. Problemas físicos relativos al estado globular y a las modificaciones que puede sufrir. Hemos visto anteriormente que una parte de la materia grasa se sintetiza en la glándula mamaria a partir de los ácidos grasos volátiles, sobre todo en los rumiantes; el resto se forma a partir de los ácidos grasos que se encuentran en la sangre. El régimen alimenticio tiene, por consiguiente, una influencia considerable sobre la composición de la materia grasa de la leche. Por otra parte, esta última difiere por su composición de las otras grasas del cuerpo. La materia grasa es el componente de la leche que varía en mayor proporción. Diversos factores influyen sobre el "porcentaje graso". Durante mucho tiempo la grasa ha sido el único componente de la leche determin'ado sistemáticamente con objeto de estimar el valor del producto y las aptitudes del ganado lechero; sin embargo, esta simplificación es exces.iva, puesto que la relación entre el porcentaje de materia grasa y el de los otros elementos no es estrecha, sobre todo en lo que se refiere a las materia& nitrogenadas. (Cap. XV.) La materia grasa varía también en su composición. No son fijas, ni mucho menos, las proporciones de los diferentes ácidos grasos, de los distintos tipos de fosfolípidos y de las diversas sustancias insaponüicables. De ello resultan diversas variaciones en las propiedades de la materia grasa. La materia grasa se altera más lentamente que la lactosa; sus modificaciones no provocan grandes cambios en la estructura físico-química de la leche, pero son importantes por ser causa de la aparición de sabores desagradables.

11 COMPOSICION DE LOS TRIGLI CER IDOS Los trlgllcérldos son ésteres del glicerol y de ácidos grasos alifáticos. Los radicales ácidos R pueden ser idénticos o diferentes (glicéridos homogéneos o mixtos). Estos ésteres pueden dejar libres sus compoCopynghted r- atonal

55

Llpidos. Materia grasa-Nata

nentea por hidrólisis, con fijación de tres moléc:ulu d.e a¡ua:

f"• flt

O- CO - R

- 0 - CO- R -LlH,O

~H, - OH - OH +

=V"

bf, - 0 - CO-R ('l'rifli~ridoa)

J it....COOH

CH. - OH

(Ollcerol)

(Acldoa cruoa}

La hidróliaia puede realizarse de diferentes maneras, entre las cua-

les dos nos interesan de manera particular. - Acción enzimática de las lipasas que Intervienen especialmente en el ennmciomiento; - Medios químicos, principalmente la acción de loa álcalis; en este caso la reacción se denomina soponlfú:ocl6n, ya que la sal RCOONa ea un jabón; se utiliza como método analítico. La naturaleza de los ácidos grasos R y aua proporciones respectivas diferencian loa diversos cuerpos grasos y determinan aua propiedades. La materia grasa de la leche presenta tres caracteres distintivos: l. Gran variedad de ácidos grasos; se han Identificado más de 150. 2. Proporción de ácidos saturados igual a 2/3 y de ácidos no saturadoa1/3, como término medio, en la leche de vaca. 3. Proporción elevada de ácidos volátiles de bajo peso molecular y, en especial, de ácido butírico en la lecbe de loa rumiantes; como consecuencia, el índice de saponificación ea alto. (Cuadro 8.) Dentro de una misma especie, la composción de la grasa de la lecbe varía poco según las razas y mucho más según la naturaleza de la alimentación. Sin embargo, los caracteres fundamentales citados no se modifican. cu, - (Oieico) 1

CH - (Palm!tlco)

t11, - 0-CO-R

SI ae conocen más de un centenar de ácidos grasos, existe un número mucbo IDJIYOr de glicéridos, debido a la exlatencia de gllcéridos mixtos. Se identifican fácilmente separando, por presión, la parte líquida de la parte sólida a diferentes temperaturas; en la parte sólida, se encuentra el ácido butírico; dado que la tributirina ea líquida, este ácido ae halla invariablemente asociado a otros ácidos grasos de punto de fusión elevado. El glicérido mejor representado ea el que se expresa en la fórmula anterior en la que R ea un ácido de bajo peso molecular (C4 a C14 ). Al lado de loa triglicéridos se encuentran di- y mono.glicéridos, pero solamente están presentes en la grasa de la leohe en una proporción muy débU, respectivamente 1,5 y 0,25% de loslípldos totales. pyr

t

f'"latn ;;1

Cuadro 7. Principales ácidos lfT'd$08 de la grasa de la leche de vaca ( 1 ). Número de 'tomot de carbono

Careaorf•

Propord6n

%

(del total) (3)

Estado fiaici que controlan el polimorfiamo. Las caseínas de la leche de vaca son probablemente sintetizadas por un grupo de 4 genes estructurales contenidos en el mismo cromosoma (Grorclaude y colab., 1979). El cuadro 18 resume las sustituciones observadas en el caso de la leche de vaca. Para la caseína 1}, la variante D, y para la caseína la variante C, no han sido encontradas en la especie bovina.

a,,

C) Composición en amino6cidos y estructura primaria El cuadro 19 muestra la composición de las caseínas citadas anterior· mente. Si se separa la caseína a , 2 , se destaca la elevada proporción de aminoácidos no polares, con un porcentaje de prolina muy alto. Tam· bién se pone de manifiesto la ausencia de cisteína en los compohentes dominantes a , 1 y jj. Estas dos moléculas no pueden intervenir en asociaciones por puentes disulfuro; por el contrario tienen muchas posibilidades de enlaces hidrófobos. Se conocen todas las estructuras primarias; se representan en las figuras 22, 23, 24 y 26. Serán comentadas máa adelante. Consideran· do los dos tipos de datos, no se puede concluir que se trate de un gru· po homogéneo. Hay ciertas partes con secuencias homogéneas (ver más adelante en F, la más característica); existe también el hecho de que los péptidos "señal" (no representados aquí) son casi los mismos; y estos hechos han servido de argumento a la hipótesis de un origen filogenético común. Sin embargo, si esta hipótesis es correcta, implica un gran número de mutaciones en el período que ha seguido a la divergencia de las caseínas, que es relativamente corto en la escalada biológica. DI Fosforilización El fósforo de la caseína se encuentra bajo la forma de monoéster or· tofosfórico de un aminoácido hidroxilado, cuando este se encuentra Copyrighted rPatorial

Prótídos. Caseína y fenómeno de la coagulación

133

en una "secuencia c6digo", que ha sido puesta en evidencia por Mer· cier (1981): -Ser-X-Giuo -5er-X-Ser(P)(Tr)

(Tr)

Se aabe que la fosforilización es catalizada por una proteína kinasa independiente del AMP-dclico, en la ~ula. a nivel del cuerpo de Gol· gi. La enzima tiene una afinidad señalada por el ácido glutámico en posición n+ 2, mientras que la afinidad por el ácido aspártico es esca· sa. Glu es un emplazamiento primario; la serina ya fosforiliu.da es un

Cuadro 18. Polimorfismo genético de /4$.caseínas de l. Caseína a. 1 Posición 53 Posición 192 Movilidad

2. Caseína 11 Posición 35 Posición 36 Posición 37 Posición 67 Posición 106 Posición 122 MoYil.idad

3. Caseína K Posición 136 Posición 148 MoYil.idad

UIIC4*•

A**

8

e

D

Ala Glu 1,18

Ala

Ala

Glu 1,lO

Gli 1,07

Tr. P. Glu 1,13

Al

Az

Al

Ser. P. Glu Glu

Ser. P. Glu Glu

Ser. P. Glu Glu

His

Pro

His

Hls

His

Gln

Ser 0,80

Ser

-

ser -

8

Tr.

ne Ala 0,52

Asp.

E

Ser. P. Glu Glu

Ser. Glu Lil

Ser. P. Lil Glu

His His

His

Hls

His

His

Arw

Ser 0,70

Ser

0,76

A

0,59

e

8

-

• Posiciones según Grosclaude y colab. (1972), a partir de amlno4cido N-ter· minal.

MoYil.idad electrofor6tica a pH 8,6, aesún Walcey Y Baldwin. Las -!antes /l-A 1 , A 2 y A 1 se separan en medio tcido. . • • La variante a -A se distinsue de las otras por una sustitución de loa restos 11 14 a 26.

Copynghted r- atonal

Prótidos. C3selna y fenómeno de la coagulación

134

Cuadro 19. Composición en aminoácidos de las caseínas de vaca (número de restos por molécula)

a.,

a,2

/l

K

(o)

(b)

(e)

(d)

Acldo aspártlco (g) !S (8) Treonina S Serino (e) 16 (8) Acido glutámlco (f) 39 (14) ProUna 17 Glicina 9 Alanina 9 1/2 Cistina o V aUna 11 Metlon.i na 5 11 lsoleucina Leucina 17 Tirosina 10 Fenilalanina 8 Tript6fano 2 l..i$ino 14 Histldlna S Ar¡inina 6 Total a) b) e) d)

199

18 (14) !S 17 (10·13) 40 (1 S) 10 2 8 2 14 4 11 13 12 6 2 24 3 6

207

9 (S) 9 16 (S) 39 (22) 34

S S

o

19 6 10

22 4

9

11 (7) 14 13 (2) 27 (17) 20 2 !S 2 11 2 13 9 8

4

1 11 S 4

3 S

209

169

Variante B, (Mercier y colab., 1971) Variante A, (Bri¡non y colab., 1977) Variante A2 , (R.ibadeau-Dumu y colab., 1972) Variante A, (Jolles y colab., 1972)

1,

1

9

7 (3)

8 11 (1)

32 (22) 33

4 S

o

17 6 7 19 4 9 1 10 S

2 181

e) ( • ..): fosfoserina f) ( ... ): alutamina g) ( . . .): aspara¡ina

emplazamiento secundarlo. Esta secuencia tripeptídica es una condi· ción necesaria pero no suficiente, ya que pueden intervenir otros fac· tores estructurales. Por ejemplo, la regla no se cumple en el caso de la caseína K; varias treoninas en posición conveniente no son fosforiliza· das; la causa es probablemente un impedimento estérico debido a la existencia, en las cercanías, de una cadena glucídica. E) DesfosfOf'ilizac:ión

l. Las fos{atasas

Diversas fosfatasas son aptas para liberar el ácido fosfórico y regene· rar la cadena original de la serina y de la treonina; corrientemente se utiliza para este ftn la fosfatasa de la patata. La leche contiene una fosfatasa alcalina que al parecer no tiene acción sobre la caseína nati· va; por el contrario, puede desfosforilar la caseína aislada; pero esta actividad ocurre a un pH óptimo de 6,8, muy inferior al óptimo que Copyrighted rPatorial

Prótldoe. Caelna y~ de la coagulaclón

135

dta habitualmente ¡.m este enzima: pH 10,2, y el porcentaje de detiOiforilaclón no rebua el 20% en preeencia del !Olfato libendo (podría acerame al 100% &i ae hubiera eliminado el !ce!ato Inorgánico, que tiene un efecto inhlbldor). a1

2. L4/HttHilmllulcl6n El Ntto !oe!órico ae elimina .fácilmente de le aerlna en medio moderadementa alcalino (0,1 N NaOH a so• e¡. El calentamiento en medio neutro tiene el miamo efecto. No ae trata en eete cuo de hldróllm síno de una decradadón de le cadena lateral de le .erina¡ elluetituyenta f\jado en el carbono (C.S) ee ~e¡.m (le mima eliminación ae produce en el cuo de gllcoproteínu), con creación de un doble entece. La aerlna ee tranaforma en dehidro•l•nlna, que ee cauea de una tuerta ablorción eepectral eepeciticada a 241 nm, que • aprovechada analíticamente por Ice bioquímtcoe. La dehldroalanina et lábil¡ inducirá le formación de puentes covalentes, eepeclalmente con la IWna pera formar le li&ino-alanlna.; cuyo &iltema de formación eetudiaremce con Ice efectce de calentamiento.

w

F 1FOifop6ptidos Cuando • hídrolizan

w caseínas por w proteuaa dlaettlvaa (pepsi-

na, bipa!na, quimotripalna), 1e ot.erva la formación de ~ptldos reaidualea, cuyo tamaño no puede reducirse. Son rico• en !óaforo, basta el 6t. Sue lalet con lot metales di y bivalentea aon eolublet en el medio inteat!nal; ae w considera importante. deade el punto de vista de la nutrición mineral. Los fos!opéptidos y las catefnu de les que proceden, tienen la propiedad de catallzar la oxidación nl.pida del hierro terroso a férrico en presencia de oxígeno y formar complejce estables con loa reatos fosforiledoa. Eatoa foafopéptidot (o "fosfopeptonu") contienen eaencl•lmente loa 2 péptidce tetrafosforados homólogos que ee encuentran en las dce caeeínu cuyo encadenamiento 1e representan en w figuras 22 y 24, y ee upone a continuación: 63 64 65 66 67 68 89 70 Caseíno a ., ...Gtu·Sot(Pl·II•Sot(PI·Ser(P)·Sot(P)-G iu-Giu ••• Caserna~

... Glu·Ser(PI·Ltu·Sar(PI·Ser(P)·Sit(P)-Giu-Giu ..• 14 15 16 17 18 19 20 21

XII LAS CASE INAS A) C.eelna cr,,

Cuando ee demostró la heterogeneidad de la Mtigua fracción a por electroforesil en medio dieoclante, la parte mú móvil so denominó

Pr6tldos. Caselna y fenómeno de la coagulación

136

a, en razón de su sensibilidad al calcio a todaa laa temperaturas. La situación se complicó al observar que en la misma zona migraban varias proteínas y descubrir en algunas de ellaa la existencia de variantes genéticas. 10

20

H.Arg-Pro·Lis·His·Pro·llt•Lis· Hís·Gin -GII·Leu·Pro·G1nf31u·Vai· Leu-Asn·Giu·Asn·Leu·

40

30

Leu · Arg·Fen· Fen ·Val·AlaJ,Pro .f en ·Pr o·G In· Val· Fen-Gii ·Lis·G fu·Lis·Vi i·Asn·Giu·Leu · 50 60 Ser,Lis· Asp.lle ·Gli·Ser ·G lu ·Ser · Tre ·Giu ·Asp-G1n gr¡Me l ·Giu· Asp· lle ·Lis·Gin ·Met · Tre-P (variante 0)

b

P

G lu ·Al¡ ·G1u -~r ·lle-~r -~r

t'

70

·GI u ·GI u ·lle·V at -Pro·A$n

·1r·

80

Vai -Giu-G In · Lis·His·

110

90

lle ·GI n ·Lis·G tu·Asp ·.Va I·Pro ·Ser·Gl u ·Arg•Tir ·Leo ·G1i. Tir. Leu -G 1u ·GI n·Leu·Leu-Arg· 110 120 Leu ·Lis·Lis· Tir ·Lis-Val·Pro·Gin ·Leu ·Giu·l le· VJI·Pro ·Aln ·Ser ·Al a ·Glu ·Giu·Arg· LW •

'p

140

130

H is•SCr ·Met · L is· G1u ·GI í ·l le• Hi s·A la·Gin -GI n ·l is·G1u ·Pto·Me l·lle·~ li·Va I·Asn .Q In.

160

150

Glu·leu· A13·Tír·f en· Tir.Pro ·Giu• Leu·Fen·Arg-G in-Fen·Tir ·Gin· Leu·Asp·Aia· Tir ·Pl'o·

180

170

190 1W Asp-11e·Pro· Asn .p, Q·lle·GI i ·Ser ·Giu·Asn·Ser ~U s· T re· Tre·Mel· Pto · l eu .T rp·OH Gh {varianle C)

Figura 22. Estructura primaria de la casefna

a 51 -e. Las variantes genéticas están

encuadradas: hay una delecda fUpeclaJ para el control d lreclo del pH en los bi·

dones de leche, con cadencia rapida, en el andén de .... capción.

mlnaclones, en un punto fi· jado de un liquido, a nivel variable.

e) Sonda prosurlzab/o, estarillzablo al vapor directo, desti· nada a determinaciones en los medios lermentosclbiea. Aplicable e las nuevas t6cnicas de extracciOn continua de

la caselna por acidificación provocada. (Producción de W. lngold)

pyr t te'1ización de enterococoa (S. (•CGU. y S. durczm) para la llembra de la leche en q11BIIIÍ&, p - la fabricación del Cbeddar, con objeto de evitar 101 accidente. debldoa ala pen!Mlina, e l¡ualment. en ruón de 111 tolerancia alu vulad.o ntt del medio. Pero debe ~- oollltar que esto. amne-11011 aoapeeboaoa para loa billlenlltaa. La pr•ncia del S. (aeoalfl • conaldera como un índice de contamirulción fecal, 10bre todo en preeencia de ooUformee. Por otro lado, ciertu cepae poaeen un caricter patógeno. En numeroau vuiedadee de queeo, loe únlcoa eatreptococos que ee encuentran el lado de lu eepeciee de fermentoe láctlcoa eon loe del srupo D, y a vecee en cantldadea baetant. elevadas (101 /¡). Eatoa ent.rococoa tienen actlvldadet catabólicas más a.mpllu que loa otroa eatreptooocoa. Intervienen en la decradeci6n de loa pr6tldoa, más o menoa ei'Mirllica.mente .ecím lu eepeclee. Se han eatudlado a fondo 1aa d-boxll~tM, que tnnaforma loa a.minokldoa, eapecialmeute la Uroaio&, en amlnM tóxicas. Eatoa ,mne- •mbndoa en la leche de qu_.(a, contribuyen a la aparición de un aroma pronunciado en el queeo llllldurado. El S. (oeco/;. var./JqiU(oc'-M M fUertemente proteolítiA:o; ee el úoico eetreptocooo que ucua la aetatloa; coqula la lecha por medio de una ~ aotae de la acidiliceclón, y luego dillieft el coé¡ulo; puede eer cana de eabol'tl amar¡oe comprobedos en la mantequilla y en el quee