Teórico/práctico Coagulación de la leche AG

ORIENTADO TECNOLOGÍA 2014
Dr. Álvaro González
Proteínas de la Leche
Proteínas del Lactosuero

20% de la proteína total de la leche

α-Lactalbúmina, β-Lactoglobulina, proteosa-peptona, seroalbúmina e IG

disolución coloidal
Caseínas

más del 80% de la proteína total de la leche
5 tipos: αs1, αs2, β, γ, κ ( a excepción de la γ todas se sintetizan en la glándula
mamaria)


suspensión coloidal - micelas
Caseínas
Proteínas Globulares, contenido de aa similar a los otros tipos, aunque la
cisteína sólo está presente en pequeñas cantidades en las fracciones αs2 y κ


Carácter Anfifílico

Característica inusual: Fosforilación de los grupos hidróxilo de la serina

Residuos Fosfoserina responsables de áreas hidrofílicas de fuerte carga negativa
La caseína αs1, αs2 y β mayor cantidad de residuos de fosfoserina (7-9, 10-13 y
5 respectivamente)

Fuerte afinidad por el Ca ++, precipitan
en presencia del mismo a pH 7.0
Caseínas
La κ caseína sólo contiene un grupo fosfoserina, por lo que tiene baja afinidad
por el Ca++, se mantiene soluble en presencia del mismo a todas las temperaturas

Posee sobre las otras caseínas poder estabilizante frente al Ca++, papel de
“Coloide Protector”
Un tercio de la molécula que corresponde a la zona C-terminal, contiene una
fracción glucídica fuertemente iónica, cargas (–) (Hidrofílicas)

Distribución del Fósforo y Calcio
Aproximadamente el 50% del P y el 67% del Ca total de la leche se encuentran
en la Fase coloidal

FÓSFORO

Orgánico: Fosfoserina de la Caseína (19%)

Inorgánico: Fosfato tricálcico (30%) – PCC (fosfato cálcico coloidal)
CALCIO

Orgánico: Calcio ligado a la Caseína (21%)

Inorgánico: Fosfato tricálcico (46%) – PCC (fosfato cálcico coloidal)
El PCC se distribuye en o sobre las micelas de caseína y la presencia de iones
de calcio es absolutamente esencial para la formación de micelas

EN RESUMEN:
El carácter anfifílico de las caseínas y su fosforilación facilita las interacciones
entre ellas y con el fosfato cálcico coloidal (PCC).

Forman complejos esféricos altamente hidratados conocidos como micelas
Micelas de Caseína

Tamaño variable entre 20-300 nm

92% constituido por Caseínas y 8% comp. inorgánicos principalmente PCC
Se han propuesto varios modelos para
la micela de caseína: el mas aceptado
supone que la micela esta constituida
por agregados de sub-micelas casi
esféricas que a su vez están formados
por agregados de moléculas de
caseína.

Cada micela contiene aproximadamente
104 moléculas de caseína

Modelo de Micela de Caseína
El PCC y las caseínas αs y β se unen
al participar grupos fosfoserina.
Esencial la presencia de Ca++
Modelo de Micela de Caseína
Capa de filamentos pilosos de
la K caseína (macropéptido
hidrofílico). Cargas negativas
Estabilidad de las Micelas de Caseína
2 factores principales:
Las micelas portan un exceso de cargas negativas que provocan fuertes
repulsiones electrostáticas que impiden el acercamiento entre ellas.

Repulsión estérica causada por la capa pilosa que esta alrededor de las
micelas

Pelos de la K caseína están formados por una cadena flexible de péptidos,
cuando dos micelas se aproximan mucho entre sí, sus capas pilosas pueden
solaparse. Si se produce un solapamiento tiene lugar la repulsión.
Las micelas de caseína se desestabilizan fundamentalmente
por dos procesos: Por aumento de la acidez y por la
proteólisis de la K-Caseína
La desestabilización de las
micelas y su agregación:
“Coagulación”
constituyen la base para
la
elaboración
de
productos como Yogurt y
Quesos

Coagulación Ácida

Coagulación Enzimática

Coagulación Mixta (ácida y enzimática)

La leche coagula cuando disminuye el pH
Mecanismo fundamental: la caseína se insolubiliza
cerca de su punto isoeléctrico (pH= 4.6)

Gel formado por partículas de caseína sin fosfato
cálcico.

Se puede utilizar fermentos lácticos o ácidos
orgánicos (láctico, cítrico, etc.)

-
-
-
-
-
-
H+
-
-
-
- -
-
-
1- Micela estado nativo
2- Acidificación: Pérdidas
de cargas - y aumento de
solubilización del PCC
hacia la fase acuosa
3- Cuando desaparecen las cargas
de la k caseína de las micelas
disminuye la repulsión entre ellas,
entonces se agregan
4- En la cercanía del pH
isoeléctrico (4,6) se forma una red
proteica insoluble que atrapa la
MG
Coagulación Ácida
Características de la cuajada

Presenta poca sinéresis

Menos firme que la enzimática

Cuajada muy irregular
Coagulación Ácida
Depende de los factores: pH, temperatura y la
presencia de sales (Ca 2+)


Cuajo (enzima) puede ser de diferentes orígenes:
•
Vegetal (hojas de higuera, cardos)
Animal ( quimosina/pepsina extraída abomaso
de terneros)
•
Microbiano
Rhizomucor
parasítica, Aspergillus oryzae
•
miehei,
Cryphonectria
Genético: gen que codifica la quimosina bovina
insertado en Hongos/levaduras
•
Quimosina: hidroliza la k caseína en el enlace Phe105Met106(a pH= 6.7)

Ocurre en 2 etapas:
1. Hidrólisis de la k caseína (Fase enzimática)
1. Hidrólisis de la k caseína (Fase enzimática)
Caseína
Para k caseína permanece en las micelas (aa: 1-105. Extremo
N-terminal, Hidrofóbico, insoluble)
Casein-macropéptido (CMP, aa:106-169. Extremo C-terminal,
Hidrofílico, Soluble, Lactosuero)
2. Agregación de micelas (Fase no enzimática)
Agregación de las micelas de
Para k caseína en una red
tridimensional. Gelificación o
coagulación
Las micelas de paracaseína floculan (cuando el 70% de la Kcaseína es hidrolizada) formando red irregular que finalmente
constituyen un GEL

Coagulación enzimática
Características de la cuajada

Mayor sinéresis

Mas firme (facilita el corte)

Cuajada más regular
Características de la cuajada según el
tipo de coagulación
1. Dosis del cuajo
2. Temperatura de la leche
3. pH
4. Presencia de Ca2+
TRATAMIENTOS PREVIOS:
5. Historial Térmico
- REFRIGERACIÓN
- PASTEURIZACIÓN (T mayores)
1. Dosis del cuajo
 El tiempo de coagulación es casi inversamente
proporcional a la concentración de la enzima
Fuerza del cuajo o Poder coagulante
se define como la cantidad de leche en mililitros, que
cuaja a 35 ºC en 40 minutos, cuando se le adiciona una
un gramo o mililitro de cuajo

Fuerza cuajo adecuado = 1:10000 o superior
(tradicional o unidad Soxhlet)
1. Dosis del cuajo
Fuerza del cuajo o Poder coagulante:
F=
2400 x K
D x C
Donde:
K = cantidad de leche (mL)
D = tiempo de coagulación (s)
C = cantidad de cuajo (g o mL)
2. Temperatura
Escaso efecto sobre la velocidad reacción enzimática
Afecta el coeficiente difusión (aumento de viscosidad)

Influye fundamentalmente sobre la velocidad de
floculación/agregación (Fase de agregación)

Cuando se agrega cuajo con leche a 5ºC, la k-caseína
se hidroliza pero las micelas no floculan (No hay
floculación a menos de 20ºC)

2. Temperatura
A bajas temperaturas aumenta la Estabilidad
Coloidal, probablemente a consecuencia de las
proyecciones de la β caseína

3. pH
 Casi no afecta la velocidad de floculación/agregación

Influye sobre la reacción enzimática
Al disminuir el pH aumenta la afinidad enzimática
por las micelas


pH óptimo 5.4 a 42ºC
Cuando el pH es bajo los “pelos” de la k caseína no se
eliminan al azar, esto implica que las micelas floculen en
una fase mas temprana. (pH=5.2)

3. pH
4. Presencia de Ca2+ (CaCl2)
Reduce la repleción electroestática (se neutralizan las
cargas negativas de la micela)

Establece puentes entre las micelas: Puentes de
fosfato cálcico entre las paracaseínas, resultando
en un gel mucho mas firme

5. Historial Térmico
Calentamiento más severos que pasteurización
aumentan el tiempo de coagulación (Floculación mucho
más lenta):

•
Disminución de la actividad de Ca++
Aumento de la estabilidad de la parakcaseína al
formarse una capa de proteínas del suero (βlactoglobulina).
•
1. Materiales

Leche

pH-metro

Ácido acético (1.8 ml)

agua destilada

Probetas 100ml

servilletas de papel

Pipetas 5ml

descartador de pipetas

2 Vasos de bohemia
1. Metodología

Medir 100ml de leche y colocarlos en el vaso de reacción

Medir pH

Agregar 1.8 ml de ácido acético al 12%

Calentar a 35º hasta que se forme la cuajada

Observar y anotar las características de la misma
1. Materiales

Leche pasteurizada

servilletas de papel

Cuajo enzimático

agua destilada

Cloruro de calcio (CaCl2)

probeta 100ml

pH-metro

pipetas de 1 y 10ml

Vasos de reacción
1. Metodología general (fuerza del cuajo)

Colocar 100ml de leche con 0.02% CaCl2 en un vaso de reacción

Calentar la leche a 35ºC

Agregar cuajo (7ml cada 10lts de leche)

Incubar a 35ºC por 40 minutos

Observar y anotar las características de la cuajada obtenida

Determinar la fuerza del cuajo utilizado
2. Metodología: variación de temperatura

Colocar 100ml de leche con 0.02% CaCl2 en 3 vasos de reacción

Calentar las leches a 35ºC

Agregar cuajo (7ml de cuajo cada 10lts de leche)

Incubar a 35ºC, a 25ºC y a 42ºC respectivamente por 40´

Observar y anotar las características de la cuajada obtenida
3. Metodología: variación de pH

Colocar 100ml de leche con 0.02% CaCl2 en 3 vasos de reacción
Calentar las 3 muestras de leche (pH=5.2, pH=6.2 y pH= 6.5) a
35ºC


Agregar cuajo (7ml de cuajo cada 10lts de leche)

Incubar a 35ºC por 40`

Observar y anotar las características de la cuajada obtenida
4. Metodología: variación de CaCl2

Colocar 100ml de leche en 3 vasos de reacción
Calentar las muestras de leche a 35ºC (sin CaCl2, con 0.01% y
con 0.02%)


Agregar cuajo (7ml de cuajo cada 10lts de leche)

Incubar a 35ºC por 40`

Observar y anotar las características de la cuajada obtenida
5. Metodología: variación de dosis de cuajo

Colocar 100ml de leche en 3 vasos de reacción

Calentar las muestras de leche a 35º C

Agregar cuajo (variar dosis: 7ml/10L, 10ml/10L, 5ml/10L
respectivamente)

Incubar a 35º C por 40`

Observar y anotar las características de la cuajada obtenida
 ANTUNES, L. A. F.; VILELA S. C.; CAMPOS, S.; DUTRA, E. R.
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 Ciencia de la leche y Tecnología de los productos lácteos.
Wlastra, P.; Geurts, T. J.; Noomen; Jellema y Boekel. Ed.
Acribia. 2001