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Las sustancias nitrogenadas de la leche se pueden clasificar den tres grupos: caseínas o sustancias que forman el queso propiamente, las llamadas proteínas del suero, y las sustancias nitrogenadas no proteicas. El grupo de las caseínas conforman del 78 al 80% de las proteínas de la leche. Las proteínas del suero que contienen fracciones de globulina y albúmina no pueden obtenerse en forma de queso sino como su nombre lo indican se encuentra en el suero y constituyen el otro 20% del contenido de la leche.

Las proteínas están constituidos por cadenas de aminoácidos o más concretamente por los ácidos L - α - amino carboxílicos. A partir de un número de aminoácidos se forma una cadena peptídica linear, que si es corta, se llama péptido y si es larga se denomina polipéptido, la unión de los polipéptidos forman las proteínas. La mayoría de la proteína contiene por lo menos 100 radicales de aminoácidos.

Existen 20 aminoácidos diferentes y por lo tanto 20 tipos diferentes de cadenas laterales, además los grupos de estas cadenas. Pueden presentar diferentes modificaciones a continuación se presenta la estructura de un aminoácido y la de una cadena peptídica.

Fig.4 Acido L - αααα - amino Fig 5. Cadena peptídica

Carboxílico NH2 R1 H Rn R---C---CO2H NH2 ----C –CO--NH—C—CO……..NH—C--COOH H R2 H

Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000.
Estructura de las proteínas

Las proteína de la leche tienen una estructura definida pero cuando la leche es sometida a diferentes tratamientos esta estructura puede cambiar.

La estructura primaria está conformada por el ordenamiento de la cadena peptídica y su estabilidad se debe al enlace peptídico o de covalencia entre los aminoácidos de la cadena.

La estructura secundaria o espacial constituye las cadenas de aminoácidos que se unen formando una especie de hélice, su estabilidad se debe en parte a las uniones con los átomos de hidrógeno.

La estructura terciaria está conformada por varias cadenas replegadas sobre sí mismas. Su estabilidad se debe a los puentes de bilsufuro existentes entre los aminoácidos sulfurados como la cistina y las fuerzas hidrofóbicas.

La estructura cuaternaria es una unión muy frágil de monómeros o pequeñas unidades moleculares, con enlaces poco energéticos.

La desnaturalización de las proteínas se debe a una modificación limitada de la estructura secundaria y terciaria de las proteínas, sin rompimiento de sus enlaces covalentes, ni separación de fragmentos lo que hace que se reagrupen las cadenas dando lugar a una estructuración diferente de la proteína. Un ejemplo de este se puede observar en la desnaturalización o inactivación de las enzimas por efecto del calor y la separación o precipitación de las proteínas del suero. Ver esquema de una proteína nativa y una desnaturalizada.

Fig. 6. Proteína nativa Figura 7. Proteína

Desnaturalizada

Fuente. FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2000. .

La caseína. Este componente proteico está conformado por diferentes clases o tipos de caseína que se denominan con letras griegas, las más importantes son las caseínas ααα, βα βββ, y γγγγ, así como la caseína Kappa. Las caseínas α, β, y γ, reaccionan con el calcio formando compuestos que precipitan produciéndose la coagulación de la leche, pero como la leche en forma natural contiene calcio, ocurriría en cualquier momento la coagulación, sin embargo para que esta precipitación no suceda la caseína K que es insensible al calcio, forma un especie de revestimiento protector en torno de las caseínas α, β, y γ, e impiden

que reaccionen con el calcio, manteniendo de esta manera la estabilidad de la proteína de la leche.

Estructura de la caseína. Las caseínas ααα, βα ββ, y γγγγ, ocupan el centro de unaβ formación esferoidal, cuyo exterior está formado por la capa protectora de la caseína K, que tiene una parte hidrófila ( que atrae y fija el agua) cargada negativamente llamado “glucomacropéptido”, orientado hacia fuera. Debido a ello las micelas de la caseína están en condiciones normales rodeadas por una capa de agua que se constituye en una capa protectora. Dicha capa de agua y la parte negativa de la caseína K son las responsables de la fina distribución de la caseína en la leche. Por estar todas las micelas de las caseínas rodeadas de cargas negativas y repelerse entre sí, la caseína, es decir la proteína está permanentemente en suspensión.

Fig.8. Micela intacta de caseína rodeada de calcio.

FAO. Manual técnico de composición y propiedades de la leche. 2003

Estabilidad de las proteínas

El sistema coloidal de las proteínas de la leche se debe a dos grandes fuerzas que son: las cargas eléctricas y el agua de hidratación.

La principal fuerza de estabilidad de la caseína se debe a las cargas eléctricas del radical ácido COO- _{y básico (NH}

3) de los aminoácidos. Los cuales ayudan a

mantener separadas las micelas de la caseína. En el pH normal de la leche las cargas negativas del aminoácido son las que predominan.

H CH3-- C -- (C-- H2)n--- COO- +_NH 3 Ca Ca Ca Ca Ca K α γ β

Las propiedades anfóteras de los aminoácidos

H+ OH-

R-CH –COOH R—CH---COO- _{R –CH—COO}- _+H 2O

NH3+ NH3+ NH2

pH más ácido que el punto

Isoeléctrico pH 4.6 pH: 6.6 – 6.7

La caseína como sustancia coloidal asociada a un complejo de calcio y fósforo se coagula por acción de los ácidos, el cuajo o el alcohol.

Cuando la leche se acidifica ocurre la disminución de las cargas eléctricas y del agua de hidratación, reduciendo así mismo la capacidad de las micelas de caseína para separarse y es cuando la leche se coagula. La caseína puede ser coagulada por acción del ácido cuando se baja a un pH de 4.6 a 4.7. Cuando la leche ha sufrido previamente, alguna acidificación puede ser coagulada por acción del alcohol que en este caso actúa como deshidratante. Es en este fenómeno, que se basa la prueba de estabilidad de la leche. Al precipitar la caseína por acción del ácido se ocasiona su desmineralización y entonces el calcio coloidal migra hacia la solución. Produciéndose las siguientes reacciones:

Caseinato de calcio + 2 Ac. Láctico Caseína + lactato de calcio (Insoluble) (Soluble)

Fosfato tricálcico + 2 Ac. Láctico Lactato de calcio + fosfato monocálcico

(Coloidal) (Soluble) (Soluble)

La lactoalbúmina y lactoglobulina permanecen en solución frente a la acción del ácido y del cuajo debido a una fuerza estabilizadora que se debe al agua de hidratación, sin embargo, cuando se le agrega alcohol o se somete al calor, estas proteínas coagulan debido a su acción deshidratante. A ello se debe que estas dos proteínas se encuentren en el suero de las leches obtenido después de su coagulación. La caseína coagula por acción del calor a una temperaturas de 130 a 138o_{C, ligeramente acidificada pero, la lactoglobulina coagula a temperaturas}

alrededor de 72oC.

Coagulación por cuajo

La coagulación de la caseína por acción del cuajo se debe a una reacción proteolítica parcial donde la caseína actúa como sustrato de la enzima separando la llamada “proteasa de Hammarsten” que constituye cerca del 6% de la caseína. Dicha reacción se puede representar así:

Fosfocaseinato de Ca +cuajo Fosfoparacaseinato de Ca + Proteasa

(soluble) (Insoluble, cuajada) (soluble)

La coagulación de la leche por el cuajo es una acción bastante compleja donde ocurren los siguientes fenómenos:

Hidrólisis enzimática parcial de la Kappa caseína, esta ocurre entre los aminoácidos fenil alanina y metionina. Esta reacción puede ocurrir también a bajas temperaturas.

Modificación de las micelas y su posible degradación por acción del fosfato de calcio.

Enlace de micelas y formación del coágulo o fase secundaria bajo temperaturas de 20oC o más. La cantidad de calcio iónico que se requiere para la coagulación es inversamente proporcional a la de fosfato cálcico.
Sinéresis del coágulo por retracción del retículo e inicio de la separación del

suero.

Proteólisis lenta de los componentes de la caseína o fase terciaria.

La acción del cuajo depende principalmente de la temperatura y del pH. El tiempo de coagulación se prolonga a temperaturas de 20oC y es menor a temperaturas entre 40 - 42oC. A pH superiores de 7.5 la coagulación no ocurre pero a medida que desciende del pH 6.7 normal el tiempo de coagulación se acorta.

El cuajo es un preparado de una enzima que contiene microfactores proteolíticos, que en condiciones adecuadas producen la coagulación de la caseína K (Kappa) de la leche. El cuajo o la enzima más antiguo, es la quimosina que se utiliza en la fabricación del queso y es obtenida de los terneros lactantes por lo que se conoce con el nombre de “cuajo de ternero” en capítulos posteriores, sobre la elaboración del queso, se tratará más ampliamente este tema.

LECCION 8. Carbohidratos

El carbohidrato principal de la leche es la lactosa, éste es un glúcido neutro, cuya fórmula general es (CH2O)n.También se pueden encontrar además de la lactosa

otros glúcidos como los nitrogenados entre los cuales se encuentran la glucosamina N – acetilada, que se encuentra ligada a los glúcidos neutros y los glúcidos ácidos como el ácido siálico, ligado a los glúcidos neutros o nitrogenados.

La lactosa

Representa el 97.5% de los glúcidos de la leche. Es un disacárido formado por glucosa y galactosa. Se encuentra totalmente en solución en la fase acuosa de la leches.

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Lactosa Glucosa Galactosa

El poder reductor de la lactosa se debe a la presencia de un grupo aldehido libre en la mitad de la glucosa. La lactosa reduce el reactivo de Fehling, lo cual es una de las reacciones que permite la identificación de la lactosa.

Hidrólisis y fermentación de la lactosa. La lactosa por acción de un enzima, la lactasa, que puede encontrarse en el intestino o producirla una bacteria, actúa sobre la lactosa desdoblándola en galactosa y glucosa, estas por acción de bacterias lácticas (Streptococcus, lactobacillus y leuconostoc) es fermentada produciendo ácido láctico principalmente.