MATEMÁTICAS PARA QUESEROS-8

En la determinación analítica del contenido de caseína en la leche empleando el método publicado anteriormente en este blog (ver entrada del 24/2/2014, 5:26 horas) se cuantifica la cantidad de proteína tras su precipitación a pH igual a 4,6, expresada en porcentaje en peso, aplicándose el correspondiente factor de corrección.

-Concepto: Primeramente, se determina el nitrógeno total de la leche empleando el método de Kjeldahl (ver entrada del 21/2/2014, 4:25 horas). A continuación, se precipita la caseína con una solución tampón acético-acetato y se filtra, determinándose seguidamente la cantidad de nitrógeno del filtrado. Se debe realizar siempre un ensayo en blanco para comprobar los reactivos que precipitan la caseína, añadiendo agua destilada en vez de leche.

-Expresión numérica: Una vez calculados los porcentajes de nitrógeno total de la leche y del nitrógeno del filtrado (nitrógeno no caseínico), con tres cifras significativas, se calcula la cantidad de caseína por diferencia entre ambos porcentajes (% en peso), utilizando el mismo factor de conversión que en la fórmula de la proteína, mediante la siguiente expresión:

porcentaje de caseína = 6,38 (multiplicar) |NT (restar) NNC|

siendo estos valores los siguientes:

NT = porcentaje, en gramos, de nitrógeno total de la leche analizada.
NNC = porcentaje, en gramos, de nitrógeno no caseínico del filtrado.
Factor de conversión (de nitrógeno total a proteínas) = 6,38.

-Recomendaciones: La cifra obtenida en la determinación del NNC debe corregirse de acuerdo con el volumen del precipitado, multiplicando el valor obtenido por 0,994. Los reactivos y soluciones utilizadas en este análisis no deben contener sustancias nitrogenadas. La homogeneización previa de la muestra de leche debe ser correcta para la obtención de resultados fiables. Para que los valores obtenidos por este procedimiento sean válidos la diferencia entre los resultados de dos análisis repetidos no sobrepasará el 0,04% de caseína. En el caso de emplear el procedimiento descrito en muestras de leche desnatada el factor de corrección será diferente. 

José Luis Ares (docente)

6-LECHE DE CABRA: NUTRICIÓN Y SALUD

A continuación, se exponen las principales características de las proteínas de la leche de cabra, según los diversos estudios realizados desde hace años; en este sentido, se ha constatado que los aminoácidos plasmáticos identificados mediante el análisis de la sangre que entra y sale de la ubre o por la transferencia de sustancias marcadas, son los precursores de los de la leche. 

En la cabra se había demostrado la existencia de una alta y constante extracción de algunos aminoácidos, así como débiles o variables diferencias arteriovenosas en otros casos, encontrando también que la captación de todos los aminoácidos esenciales y de algunos no esenciales, resultan suficientes para justificar los correspondientes residuos aminoacídicos en las proteínas lácteas, mientras que otros ingeridos en cantidad insuficiente (serina y alanina), pueden ser parcialmente sintetizados en el tejido animal. 

La composición aminoacídica de la leche de cabra, presenta los valores siguientes, medidos sobre el porcentaje de proteína: 

-Cistina = 1,14

-Metionina = 3,42

-Tnptófano = 7,64

-Aspártico = 6,53

-Glutámico = 22,08

-Serina = 5,58

-Histidina = 3,55

-Glicina = 2,41

-Treonina = 5,01

-Alanina = 4,75

-Arginina = 2,92

-Tirosina = 3,59

-Valina = 6,60

-Fenilalanina = 5,84

-lsoleucina = 5,30

-Leucina = 7,72

-Lisina = 6,42

La leche de cabra contiene alrededor de 5,2 gramos de nitrógeno total por kilogramo, que se convierten en 33,2 g de proteína. Las proteínas mayoritarias de la leche de cabra, al igual que sucede en la de vaca, son las caseínas que se caracterizan porque precipitan a pH 4,6; mientras que las proteínas del lactosuero permanecen en solución a dicho valor de acidez, entre las que se encuentran la alfa-lactoalbúmina, beta-lactoglobulina, inmunoglobulinas, péptidos, y otras proteínas menores, algunas de ellas con carácter enzimático. Por otra parte, en la proteína láctea se han identificado seis componentes en la glándula mamaria: alfaS1-caseína, alfaS2-caseína, beta-caseína, kappa-caseína, beta-lactoglobulinas, y alfa-lactoalbúminas, que presentan polimorfismo genético debidos a los genes autosomales, alélicos, codominantes. En el fraccionamiento de las caseínas y en las proteínas del lactosuero de la leche de cabra se aprecian importantes diferencias con respecto a la leche de vaca, como se muestra a continuación (valores expresados en porcentajes relativos de las distintas fracciones sobre la proteína total de la leche de cada especie animal): 

-AlfaS1-caseína: Cabra = Vaca = 30,6

-AlfaS2-caseína: Cabra = 23,5* Vaca = 8,0 * El valor engloba las dos fracciones alfaS-caseína

-Beta-caseína: Cabra = 45,0 Vaca = 28,4

-Kappa-caseína: Cabra = 5,6 Vaca = 10,1

-Beta-lactoglobulina: Cabra = 15,5 Vaca = 9,8

-Alfa-lactoalbúmina: Cabra = 7,1 Vaca = 3,7

-Albúmina sérica: Cabra = 3,4 Vaca = 1,2

-Inmunoglobulinas: Cabra = Vaca = 2,1

Chandan y colaboradores (1992), demostraron que la leche de cabra contiene niveles mayores de alfaS2-caseína que la leche de vaca, siendo por contra, menores los valores conjuntos de las fracciones de alfaS1-caseína y alfaS2-caseína, en comparación con la alfaS1-caseína de la vaca, indicando que estas diferencias pueden explicar las propiedades de formación del precipitado de la leche de cabra durante los procesos digestivos, las características reológicas en la fabricación del queso, así como peculiar textura en las leches fermentadas. En general, el nivel de alfaS1-caseína en la leche de cabra es muy variable, alcanzando valores medios de 2,7 gramos/litro, debido a que la expresión de esta fracción caseínica está regulada genéticamente, encontrándose una elevada proporción de cabras con bajos contenidos en alfaS1-caseína, como sucede con la raza Alpina francesa. 

Analizando la diferente composición de las fracciones caseínicas de las leches de cabra y de vaca mediante la técnica de electroforesis rápida, se pueden detectar adulteraciones por mezcla de ambas leches en porcentajes muy pequeños (1% de leche de vaca en cabra). Por otra parte, las principales proteínas del lactosuero, alfa-lactoalbúmina y beta-lactoglobulina, presentan también diferencias entre las leches de cabra y de vaca, que es posible determinar analíticamente mediante ciertas técnicas inmunológicas. 

A medida que avanza el período de lactación de la cabra, los grupos proteicos y sus fracciones se incrementan, salvo las proteínas del suero que decrecen; asimismo, mediante análisis discriminante de todos los periodos de la lactación se ha puesto de manifiesto que la alfa-caseína y la beta-lactoglobulina difieren significativamente con mayores variaciones durante esta fase que el resto de las proteínas lácteas. En otras investigaciones se observaron cambios en la fracción caseínica en la leche de cabra a lo largo de la lactación, señalando una disminución de la concentración de la alfaS2-caseína a medida que avanza ésta, consecuente con la susceptibilidad a la proteolisis, así como un aumento en la concentración de la kappa-caseína. Igualmente se ha constatado una correlación negativa entre la beta-caseína y la gamma-caseína respecto a la producción de leche, en paralelo a la involución de la glándula mamaria y el tiempo transcurrido. 

En cuanto a las concentraciones en proteínas menores y enzimas, las principales en la leche de cabra son: lactoferrina (20-200 microgramos/ml), prolactina (44), transferrina (20-200) e inmunoglobulinas (IgA = 30-80; IgM = 10-40 y IgG = 100-400), siendo estas cantidades comparables a la leche de vaca. El contenido de lactorrefina en la leche de cabra es de 10 a 100 veces menor del existente en la leche de la mujer. En cuanto al alto contenido de inmunoglobulinas, especialmente de la de tipo IgG, responde a la presencia de antigenos derivados de la acción de bacterias y virus que entran en la glándula mamaria vía conducto del pezón. 

La distribución de los enzimas en la leche de cabra y vaca es bastante diferente, siendo la actividad proteolítica de la leche fresca de cabra más alta que la de vaca, mientras que la de la xantina-oxidasa es un 10% menor que la de esta última especie. Asimismo, la lipolisis de la leche de cabra es muy distinta a la de vaca, generándose en la primera ácidos grasos libres y productos aromáticos característicos, debidos a la presencia de la protein-lipasa en varios componentes de la leche de cabra. En la crema, suero y fracciones caseínicas de la leche de cabra la actividad lipolítica llega a ser del 46, 46, y 8% de la total, mientras que en la vaca el 78% de dicha actividad aparece asociada a la caseína, el 6% se relaciona con la crema y el 16% con el suero; en la leche humana, esta actividad lipásica se localiza en el 92% en la fase de crema.

Durante el calentamiento y posterior enfriamiento rápido de la leche de vaca se produce una acusada separación de la nata facilitada por la aglomeración de las euglobulinas del plasma lácteo; sin embargo, en la grasa de la leche de cabra no se observa este fenómeno tan claramente, que podría deberse al pequeño tamaño de los glóbulos grasos y a sus bajos contenidos en euglobulinas y aglutininas, como responsables de escasa formación de la capa de nata y de la pérdida de consistencia durante su enfriamiento posterior. 

Las consecuencias tecnológicas de las diferencias existentes entre las leches de cabra y de vaca, especialmente, en los contenidos de las fracciones caseínicas (alfaS1, alfaS2, beta y kappa), junto con el diámetro de las micelas, se aprecian claramente en la fabricación de determinados productos lácteos, entre ellos, el queso, principalmente, en su comportamiento durante los procesos de sedimentación, proteolísis y por su distinta capacidad de unión con el agua. 

En cuanto a la composición nitrogenada, la leche de cabra contiene un mayor porcentaje de nitrógeno no proteico (NNP) que la vaca, con valores cercanos al 9 y 5% del nitrógeno total, respectivamente, pudiendo en la primera alcanzar valores de 40 mg/100 ml. Igualmente, la leche de cabra tiene más caseína soluble y una proporción más baja de proteína coagulable frente a la leche de vaca. Finalmente, en el proceso de fabricación del queso, el comportamiento de la leche de cabra ante la acción de los enzimas del cuajo es diferente al de la leche de vaca, obteniéndose un coágulo menos firme, con una coagulación y un desuerado que pueden ser más rápidos, pero dando lugar a la formación de un gel de baja cohesión, más frágil, y mayores pérdidas de 'finos', lo que llega a condicionar negativamente el rendimiento quesero.

Fuente: "Aspectos nutricionales de la leche de cabra" (Dres. J. Boza López y M. R. Sanz Sampelayo, pág. 109-139).
Circular informativa (2014). Asociación de Queseros Artesanos de Andalucía (AQAA). María Jesús Jiménez Horwitz (presidenta). Sede AQAA: Jayena (Granada, España).
José Luis Ares Cea (asesor científico)

LABORATORIO: PROTEÍNAS DE LA LECHE-1

Continuando con los métodos oficiales de análisis de los productos lácteos, se expone seguidamente la metodología analítica para la determinación de las proteínas de la leche. 

Principios y fundamentos metodológicos.
Las proteínas de la leche se determinan mediante el contenido en nitrógeno expresado en porcentaje en peso, y multiplicado por el factor de conversión, según el método expuesto a continuación, descrito en la norma FIL-20: 1962 de la Federación Internacional de Lechería (FIL). Se trata de un método aplicable, tanto a las leches no alteradas, natural, certificada, higienizada, esterilizada, como a las reconstituidas, procedentes de las leches concentrada, evaporada, condensada y en polvo, asimismo, no alteradas. La determinación del nitrógeno total se realiza por aplicación del método Kjeldahl, que se basa en el tratamiento de una cierta cantidad de leche pesada previamente, utilizando como reactivo el ácido sulfúrico en presencia de mercurio II óxido como catalizador con objeto de transformar el nitrógeno de los compuestos orgánicos en nitrógeno amoniacal. El amoníaco obtenido en el proceso se libera por la adición de sodio hidróxido, se destila, y se recoge a una solución de ácido bórico siendo, a continuación, valorado el amoníaco liberado.

Material y aparatos utilizados.
-Balanza analítica de 1 mg de sensibilidad mínima.
-Aparato de digestión que permita mantener el matraz Kjeldahl en una posición inclinada y provisto de un sistema de calentamiento que no afecte más que a la parte del matraz ocupada por el líquido.
-Matraz Kjeldahl de 500 ml de capacidad.
-Refrigerante Liebig de tubo interior rectilíneo.
-Un tubo de salida con bulbo de seguridad, esférico, y conectado a la parte inferior del refrigerante por unión esmerilada.
-Una alargadera conectada al matraz Kjeldahl y al refrigerante Liebig por medio de goma, y uniones esmeriladas.
-Un matraz erlenmeyer de 500 ml de capacidad.
-Probetas graduadas de 25, 50, 100 y 150 ml.
-Bureta de 50 ml, con escala graduada a 0,1 ml.
-Materiales para facilitar la ebullición: Trozos pequeños de porcelana dura o perlas de vidrio en la etapa de digestión, y en la destilación, se utilizan pequeños trozos de piedra pómez recién calcinados.

Reactivos necesarios.
-Ácido bórico en solución del 4%.
-Ácido clorhídrico 0,1 N.
-Ácido sulfúrico del 96%.
-Agua destilada.
-Azul de metileno.
-Indicador mixto para titulaciones de amoníaco.
-Mercurio II óxido rojo.
-Piedra pómez de 4-8 mm.
-Potasio sulfato.
-Rojo de metilo.
-Sodio tetra-borato 10-hidrato.
-Sodio hidróxido 97% en lentejas.
-Sodio sulfuro 9-hidrato.

El ácido sulfúrico hidróxido se prepara a base de 500 mg de sodio hidróxido del 97% (en lentejas) y 12 g de sodio sulfuro 9-hidrato, disueltos en 1000 ml de agua destilada (PA).
Si no se cuenta con el indicador mixto ya preparado, puede hacerse disolviendo 2 g de rojo de metilo y 1 g de azul de metileno  en 1000 ml de alcohol etílico del 96% (v/v).
La solución de sodio tetra-borato 10-hidrato se utiliza para la valoración del ácido clorhídrico.
Todos los reactivos y las soluciones utilizadas no deben contener sustancias nitrogenadas.

Procedimiento analítico.
1.Preparación de la muestra: Antes del análisis hay que atemperar la muestra a 20 ± 2 ºC, y a continuación se mezcla cuidadosamente hasta conseguir una dispersión homogénea de la materia grasa; en caso contrario, hay que calentarla lentamente a 40 ºC, mezclar suavemente y enfriarla de nuevo a 20 ± 2 ºC.
2.Determinación del parámetro composicional: Introducir y en primer lugar, sucesivamente en el matraz Kjeldahl algunas perlas de vidrio o pequeños trozos de porcelana, y luego añadir unos 10 g de potasio sulfato, 0,5 g de mercurio II óxido rojo, y finalmente, unos 5 g de leche exactamente pesados, con una aproximación de 1 mg. Posteriormente, se añaden 20 ml de ácido sulfúrico del 96% mezclando el contenido del matraz; calentar cuidadosamente el matraz Kjeldhal sobre el dispositivo hasta que no se forme espuma y el contenido se vuelva líquido. Continuar la reacción por calentamiento más intenso, hasta que el contenido del matraz esté perfectamente límpido e incoloro. Durante el calentamiento, agitar varias veces el contenido del matraz, y cuando el líquido esté perfectamente límpido, proseguir la ebullición durante una hora y media, evitando todo sobrecalentamiento local. Dejar enfriar el contenido del matraz a la temperatura ambiente, añadir alrededor de 150 ml de agua destilada, y varios fragmentos de piedra pómez, mezclando cuidadosamente y dejarlo enfriar un poco más de tiempo. Verter, con una probeta graduada en el matraz Kjeldahl, un volumen de 50 ml de la solución de sodio hidróxido conteniendo sulfuro. Durante esta operación, mantener el matraz inclinado, para que el sodio hidróxido se deslice a lo largo de la pared del recipiente evitando que ambos líquidos se mezclen; conectar inmediatamente el matraz Kjeldahl al refrigerante por medio de la alargadera, mezclar el contenido del matraz por agitación, y calentar hasta ebullición evitando la formación de espuma. Proseguir la destilación hasta el momento en que el contenido del matraz presente ebullición en régimen turbulento ('a saltos') y, entonces, regular el calentamiento para que la destilación dure por lo menos 20 minutos. Enfriar bien el destilado para evitar que se caliente la solución de ácido bórico. Poco tiempo antes de terminar la destilación, bajar el matraz erlenmeyer para que el tubo de salida no esté introducido en la solución de ácido bórico. Detener el calentamiento, elevar el tubo de salida y enjuagar sus paredes exteriores e interiores con un poco de agua destilada (PA). A continuación, se valora el destilado utilizando ácido clorhídrico 0,1 N.
3.Ensayo en blanco: Se realiza aplicando el método operatorio ya descrito, pero utilizando cinco mililitros de agua destilada (PA), en lugar de la muestra de leche.

Expresión de los resultados.
1.Nitrógeno total: Se calcula el contenido en nitrógeno total mediante la siguiente fórmula:
Nitrógeno total (en %) = 1,40 N x (V1-V0)/ P
utilizando los factores enumerados a continuación:
N = normalidad del ácido clorhídrico.
V1 = volumen en mililitros de ácido clorhídrico utilizado en la determinación.
V0 = volumen en mililitros de ácido clorhídrico utilizado en el ensayo en blanco.
P = peso en gramos de la leche empleada en el análisis.

La diferencia máxima entre dos determinaciones repetidas no debe sobrepasar el 0,005% de nitrógeno.

2.Proteínas: Para expresar el contenido en proteínas de la leche analizada es preciso multiplicar la cantidad de nitrógeno total, obtenida según el método descrito, por un factor de conversión que se fija en 6,38. En consecuencia, el contenido en proteínas viene dado por la siguiente fórmula:
Proteínas (en %) = 1,40 N x (V1-V0) x 6,38/ P

Referencias.
-Norma Internacional FIL-IDF 20: 1962.
-Métodos Oficiales de Análisis en Alimentaria: Leche y Productos Lácteos. Montplet & Esteban, 1987.

José Luis Ares Cea (coordinador de la Planta Piloto de Lácteos, Consejería de Agricultura y Pesca)

PUBLICACIÓN: TRABAJO FIN CARRERA 2002-2 CÓRDOBA (ESPAÑA)

Título: ANÁLISIS DEL CONTENIDO DE PROTEÍNA Y CASEÍNA TOTAL PARA LA LECHE DE CABRA MEDIANTE EL ESPECTROFOTÓMETRO EN EL INFRARROJO CERCANO (NIRS).

Temática: Producción animal, Sector caprino, Leche de cabra, Composición química, Análisis de leche, Espectroscopía de infrarrojo cercano, Tecnología NIRS, Proteína láctea, Caseína total, Análisis composición proteica, Desarrollo de ecuaciones de calibración, Validación externa.

Claves: producción animal, sector caprino, leche de cabra, composición química, espectroscopía de infrarrojo cercano, aplicaciones tecnología nirs, análisis de leche, proteína, caseína total, ecuaciones de calibración, validación.
Contenidos: Introducción, Objetivos, Revisión Bibliográfica, Material y Métodos, Resultados y Discusión, Conclusiones, Bibliografía.

Ilustraciones: Tablas, figuras.

Trabajo de investigación: trabajo profesional fin de carrera ETSIAM (Ingenieros Agrónomos y Montes, especialidad de Producción Animal, Plan de estudios 2000).

Institución/ entidad: Universidad de Córdoba (Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos y de Montes).

Autoría: Eugenia María De Vera Molero (alumna ETSIAM).

Dirección del trabajo: Juan Manuel Serradilla Manrique y Ana Garrido Varo.

Lugar de examen (exposición y defensa): Universidad de Córdoba (ETSIAM), España.

Calificación académica: 9.

Extensión: 96 páginas.

Idioma: español.

Año: 2002.

El asesor científico de la AQAA, José Luis Ares, ha sido miembro del Tribunal evaluador de este Trabajo Profesional Fin de Carrera.

Fuente: Circular informativa (2002). Asociación de Queseros Artesanos de Andalucía (AQAA). Gonzalo Ramírez Miquel (presidente). Sede AQAA: Bobadilla Estación (Málaga, España)

CULTURA LÁCTEA: COMPOSICIÓN DE QUESOS

Continuando con la información publicada anteriormente en este blog para difundir la cultura láctea en la sociedad en su conjunto, se presenta a continuación una tabla con los valores medios de composición química de algunos de los afamados quesos elaborados en distintos países, en su mayoría, de origen europeo, y un elevado consumo en el continente. Esta tabla ha sido realizada en 1977 por el gran experto Kosikowski, con lo que se puede sin duda considerar como un documento 'histórico'.

Si se analizan los resultados expuestos en dicha Tabla, se puede ver claramente, como los valores más altos de humedad (medida en porcentaje de agua en la pasta del queso) se corresponden con los quesos de la gama "fresca" ('cottage', 'quarg', 'ricotta', aunque este último se elabora con suero de quesería), mientras que los de pasta "seca" o dura son generalmente quesos de larga maduración ('grana', 'gruyère', 'cheddar'); finalmente, en un rango de valores intermedios se encuentran algunos quesos de pasta "blanda" ('camembert', 'munster', 'blue'). Otros tipos como la 'mozzarella' se consideran de pasta "hilada", o de pasta "azul", el queso 'roquefort'.

Respecto a los contenidos de grasas y de proteínas que son los dos componentes principales de lo que se conoce como "extracto seco del queso", que se corresponde con la fracción no acuosa del mismo, en dicha tabla los valores aumentan en general en las variedades de pasta más dura frente a los de pasta blanda o de la gama fresca. Esto se puede comprobar fácilmente observando los valores más altos de los porcentajes de los contenidos de grasa ('cheddar', 'roquefort', 'emmental', gruyère'), frente a los valores más bajos ('quarg', 'ricotta', 'cottage' ). Algo similar ocurre con los contenidos porcentuales de la proteína.

Aunque en estos momentos el mercado requiere cada vez más quesos con contenidos bajos en sal, sin embargo, muchas de las variedades tradicionales más conocidas a nivel internacional presentan altos porcentajes (medidos en cloruro sódico), entre ellas, destacan los productos madurados con presencia de mohos ('blue', 'roquefort'), registrándose los valores más bajos en los quesos de la gama fresca ('ricotta', 'quarg', cottage') y pasta hilada ('mozzarella'), mientras que el resto presenta valores intermedios (entre 1,1 el 'gruyére',  y 2,6 el 'grana').

Finalmente, los valores de acidez de los quesos, medidos en unidades de pH, son más bajos en las variedades de la gama fresca ('quarg', 'ricotta', cottage') y pasta hilada ('mozzarella'), y más altos en los madurados por mohos ('camembert', blue', 'roquefort', 'munster').

Fuente: Circular informativa (2011). Asociación de Queseros Artesanos de Andalucía (AQAA). María Jesús Jiménez Horwitz (presidenta). Sede AQAA: Jayena (Granada, España).
José Luis Ares Cea (asesor científico)