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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA

INGENIERÍA BIOQUÍMICA

Ciencia y Tecnología de la Leche y sus Derivados

INTRODUCCIÓN.-

La leche, alimento básico y fundamental en la primera etapa de la existencia de los seres mamíferos, entre los cuales se encuentra el humano, ha generado una amplia gama de derivados mediante su industrialización, cimentada en bases científicas y tecnológicas; con la cual se pretende ampliar el período de preservación de sus componentes principales como nutrimento, y con ello gozar de sus beneficios alimenticios de una forma más accesible y pronta.

La industrialización de la leche se ha desarrollado desde tiempos remotos, originalmente por procedimientos totalmente artesanales y poco a poco, gracias a la inventiva del hombre y a sus experiencias, se ha llegado a los procesos de transformación tecnológica y así obtener la gran variedad, de derivados lácteos.

Con la publicación de este manual, se pretende que el estudiante adquiera los conocimientos básicos y generales sobre la CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LA LECHE Y SUS DERIVADOS, y con ello poder diseñar, establecer, mantener y controlar una planta procesadora de este alimento.

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CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LA LECHE Y DERIVADOS.

ALGO DE HISTORIA El empleo de la leche como alimento, distinto al de su fin primordial, se remonta a más de 3500 años antes de Cristo, y a lo largo del tiempo, las diferentes culturas la han aprovechado de distintas maneras. En las proximidades de Ur, antigua Caldea, se han descubierto bajorrelieves que se realizaron entre el 3 100 y 3 500 años A.C. estos muestran el ordeño de dos vacas y la elaboración de mantequilla, operaciones realizadas por sacerdotes del templo de la diosa Nin-Har-Sag (protectora del ganado). Los bajorrelieves pertenecían a los sumerios, que invadieron Caldea entre 4 000 y 5 000 años A.C., por lo que se supone que las prácticas lecheras de este pueblo se remontan aún más atrás en el tiempo. Alimento por excelencia, la leche ha sido usada como medicina y cosmético en las antiguas civilizaciones. Hipócrates, que vivió en Grecia 400 años A.C. y es considerado el padre de la medicina, recetaba leche fresca de vaca como antídoto eficaz para casos de envenenamiento. Además, mezcladas con otras sustancias como vino, agua y miel, entre otras, la leche era indicada para curar inflamaciones, fiebre y afecciones en la garganta. En el Imperio Romano se consideraba que la leche poseía propiedades rejuvenecedoras. Durante gran parte de la edad Media el ganado era habitualmente usado para arrastrar instrumentos de labranza o para la producción de carne, y la leche era considerada un producto secundario. El consumo de leche se reservaba para servir a la subsistencia de sirvientes y artesanos. Si existía leche sobrante se la transformaba en mantequilla o queso, como manera de conservar las propiedades nutricionales del alimento. Alrededor del siglo XIII, con el inicio de la expansión del comercio y el incremento de la actividad mercantil, la leche siguió siendo un producto de bajo consumo, puesto que sólo podía ser conservada durante unas pocas horas. Así, mientras la evolución de las sociedades humanas iba transformando las pequeñas aldeas en grandes ciudades, aparecían problemas de abastecimiento de productos frescos para esa creciente población urbana. Llegando al siglo XIX comienza la producción industrial. El incremento de la población urbana, el desarrollo del transporte y el incremento del número de cabezas de ganado introdujeron nuevas perspectivas para la producción y distribución de la leche. Pero seguía sin resolverse el problema del abastecimiento frente a una demanda en aparición: el sistema de transporte de productos frescos era todavía insuficiente y los adelantos alcanzados no lograban ampliar su período de conservación. Además, el ordeño

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aún era realizado precariamente en los establos, mientras que los envases presentaban serias deficiencias higiénicas. A mediados del siglo XIX, los descubrimientos de Louis Pasteur representaron la primera victoria de la ciencia contra la acción de los microorganismos potencialmente patógenos, y permitieron además, conservar por más tiempo las propiedades nutritivas y digestivas de los alimentos. El tratamiento térmico (pasteurización) de la leche cruda, el descremado mecánico (separadores centrífugos) y el desarrollo de las técnicas de enfriamiento de los alimentos, sumados a otros avances, permitieron hacia fines del siglo XIX la modificación de la producción industrial de la leche y sus derivados. La producción lechera alcanzó así un grado importante de expansión y desarrollo a partir del siglo XX, al destinarse grandes extensiones de tierra exclusivamente para le producción lechera, tanto en Europa como en Estados Unidos. A lo largo de la historia de la humanidad, el tema de la alimentación demandó muy poca atención por parte de las disciplinas relacionadas con el cuidado de la salud. Pero la Primera guerra mundial puso en evidencia que gran parte de los soldados estaba en condiciones deficientes de nutrición. Esto ocasionó una toma obligada de conciencia que, una vez terminada la guerra dio lugar a un importante movimiento a favor de la buena alimentación; que situó en un lugar relevante la necesidad de una alimentación más higiénica y saludable. Así fue como después de la Segunda guerra mundial se produjo una revolución con el logro de mayores niveles de productividad lechera de los ganados. Estos avances estimularon el establecimiento de nuevas plantas productoras que multiplicaron las posibilidades de industrialización de la leche. A partir de entonces, los procesos tecnológicos fueron perfeccionándose hasta llegar al actual grado de desarrollo que exhibe la industria láctea mundial. En las últimas décadas, la innovación industrial y los avances científicos han permitido lograr desarrollos muy significativos en la industria láctea, convirtiendo a los productos lácteos en un bien de fácil acceso para gran parte de la población; ya que se ha llegado a la concientización de que es muy poco probable que un alimento contenga todos los nutrientes presentes en un simple vaso de leche. Hoy, la leche y sus derivados ocupan un lugar privilegiado entre los consumos alimentarios naturales de las grandes ciudades.

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DEFINICIONES: La leche es la secreción de la glándula mamaria de las hembras de los animales mamíferos, sirviendo para la alimentación de los recién nacidos, que en las primeras semanas son incapaces de nutrirse por sí solos a expensas del medio que los rodea. Es el producto natural obtenido por la ordeña completa de uno o más animales sanos, con exclusión del producto obtenido antes del parto (15 días) y 5 días después de este acto, o cuando no contenga calostro. La leche es el producto segregado por la glándula mamaria de las hembras mamíferas tras el nacimiento de la cría para su alimentación durante el período crítico de su existencia. Es un líquido de composición compleja, blanco y opaco, de sabor dulce y un pH cercano a la neutralidad. DIARIO OFICIAL TÍTULO CUARTO, CAPÍTULO I ARTÍCULO 240.- Se entiende por leche para consumo humano, la secreción natural de las glándulas mamarias de las vacas sanas y bien alimentadas. Cuando la leche proceda de otra especie animal, se designará con el nombre de esta. Se excluye el producto obtenido quince días antes del parto y cinco días posteriores al mismo o cuando tenga calostro ANATOMÍA DE LA GLÁNDULA MAMARIA. La glándula mamaria recibe varios nombres, entre ellos están: Glándula mamaria. Ubre. Mamas. Etc. De acuerdo a la especie a la cual pertenece la hembra mamífera, el número de glándulas puede variar, así por ejemplo se tiene que: Res Cabra Oveja

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También su forma y tamaño dependerán de este factor, se dice que en las reses, la glándula mamaria tiene una forma que se compara a la asa de una taza y su tamaño varía de acuerdo a la capacidad productora, la edad, la herencia, etc.

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Localización: En la res, en la parte inguinal. En otras especies, a lo largo de la región ventral y pectoral. En la vaca existen 4 glándulas independientes, llamadas cuartos debido a que son divididas por medio del ligamento suspensor medio por lo cual cada mitad consta de dos glándulas definidas por un surco transversal y otro longitudinal formándose los cuartos o cuarterones. Los cuartos posteriores producen el 60% de la leche.

donde: AI - Cuarto anterior izquierdo. AD - Cuarto anterior derecho. PI - Cuarto posterior izquierdo. PD - Cuarto posterior derecho. Desarrollo de la glándula mamaria: Existen cuatro etapas importantes durante el desarrollo de la glándula mamaria, estas son: I. II. III. IV.

Durante la gestación. Etapa de latencia. Reinicio del desarrollo. Fecundación.

I. Durante la gestación: La glándula mamaria es un órgano sexual secundario que está al servicio de la reproducción de los mamíferos, y en los primeros meses de gestación antes del quinto mes, aparecen los esbozos mamarios, los cuales se desarrollan más rápidamente después de ese tiempo, por lo que la mama ya está presente después del nacimiento. II. Etapa de latencia:

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La glándula mamaria permanece en reposo al igual que los órganos sexuales primarios, hasta que el animal llega a la pubertad. III.Reinicio del desarrollo: Durante la pubertad se completa el desarrollo de la glándula mamaria, gracias a los estímulos químicos y nerviosos originados por las hormonas estradiol (hormona folicular) y progesterona (hormona del cuerpo amarillo) liberadas por los ovarios. IV. Fecundación: Cuando se produce la fecundación, la mama se desarrolla en la medida necesaria para poder segregar leche inmediatamente después del nacimiento del ternero. Este desarrollo es más intenso, se atribuye a la progesterona que durante el período terminal de la gestación se va acumulando en la ubre. Estructura: La glándula mamaria está constituida por un tejido glandular con células secretoras. El tejido glandular contiene muchos alveolos o acinis de un diámetro que va de 0.1 a 0.25 mm. el número promedio es de 2 X 109. La cavidad de los alveolos está revestida por células secretoras y contráctiles en las cuales terminan los capilares sanguíneos y los nervios. Aproximadamente de 8 a 120 alveolos forman un lóbulo o lobulillo glandular, los cuales tienen un diámetro de 0.5 a 5 mm. De los lóbulos parten los conductos galactóforos, los cuales son ramificados y estrechos, y van aumentando de diámetro a medida que se aproximan a la cisterna.

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La cisterna o cisterna mamaria es una cavidad a la cual llegan los conductos galactóforos, siendo por lo tanto el lugar en donde se acumula la leche, esta cavidad se extiende hasta el pezón (cisterna del pezón), divididos internamente por el conducto papilar, cuya longitud es de 1 a 1.5 cm. La cisterna del pezón cierra externamente por el esfínter el cual impide la salida espontánea de la leche y la penetración de gérmenes a la mama.

La glándula mamaria se encuentra atravesada totalmente por un sistema sanguíneo y linfático, por donde las arterias llevan a la ubre los principios nutritivos a las células secretoras, las venas conducen la sangre gastada. Diariamente atraviesan la mama aproximadamente 90 000 litros de sangre. PRODUCCIÓN DE LA LECHE. El alimento, consistente en el forraje y agua, pasa por la boca al esófago, dentro del cual y a través del diafragma pasa a la primera parte del estómago, llamada panza. De allí pasa luego a la segunda parte del estómago conocida como bonete, donde es ablandado.

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Por regurgitación, el forraje vuelve a la cavidad bucal. Allí la vaca lo somete a la rumia, masticando e insalivando bien el bolo alimenticio, éste pasa directamente a la tercera parte del estómago llamado librillo, y de aquí a la cuarta parte de la cavidad gástrica llamada cuajar, donde se completa la digestión gástrica. La digestión intestinal se realiza al pasar la masa alimenticia (quimo gástrico) del píloro al tubo intestinal. Aquí se producen transformaciones importantes, bajo la acción del jugo pancreático, de la bilis y del jugo intestinal, formándose el quimo intestinal. Los elementos aprovechables de éste, son absorbidos por las paredes intestinales, para formar el quilo, dichos elementos, por mediación del sistema linfático, son transportados directamente a los tejidos del organismo para alimentarlos y reparar sus desgastes. Otra parte del quilo pasa al sistema venoso y por esa vía sanguínea es llevado al hígado, donde, a su vez, es desdoblado y convertido en otros principios nutritivos igualmente importantes, como son: lípidos o grasa, prótidos y azúcar o glucógeno, que son depositados en varios lugares del cuerpo. Según sea necesario, estas reservas son incorporadas luego, en mayor o menor cantidad, a la circulación principal de la sangre para nutrir todas las células del animal. Los residuos no utilizados del quimo son eliminados al exterior. Debido a la acción de las enzimas, activadas por hormonas, determinados principios nutritivos, son introducidos en la sangre, llegando a las células del tejido glandular de la ubre donde son transformados en el producto llamado leche. La producción de la leche tiene dos etapas principales: 1. La síntesis de la leche y 2. La eyección de la leche.

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Estas dos actividades son reguladas por la acción de las siguientes hormonas:   

Prolactina. Oxitocina. Adrenalina.

Hormonas que juegan un papel importante en la producción y expulsión de la leche; son hormonas hipofisiarias, es decir, que se producen en la hipófisis, de ahí pasan al corazón mediante el torrente sanguíneo y del corazón llegan a las células secretoras y contráctiles del tejido glandular, en donde realizan su acción. La prolactina es liberada mientras dura la secreción láctea (período de lactación). La oxitocina produce la eyección de la leche, acción conocida como “bajada de la leche”, para lo cual se requiere de estímulos sensoriales y nerviosos, los cuales hacen que las células secretoras se contaigan aumentando la presión en la glándula mamaria, con lo cual se promueve la expulsión de la leche. La sensación dolorosa, los sustos y estímulos nocivos pueden producir una descarga de adrenalina y en consecuencia se interrumpe la secreción de la leche, debido a que esta hormona actúa en lugar de las hormonas de actividad biosintética.

ACTIVIDAD SINTÉTICA DE LA GLÁNDULA MAMARIA. La glándula mamaria efectúa la síntesis de la mayor parte de los compuestos orgánicos el 92% del extracto seco, y los componentes restantes provienen directamente del torrente sanguíneo. Biosíntesis de la lactosa:

BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNA. La fracción proteica de la leche está formada por numerosas especies entre como son: la caseína, la α lactoalbúmina y la β lactoglobulina. La mayor parte de 9

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las proteínas se sintetizan en las células epiteliales de los acinis a partir de aminoácidos absorbidos de la sangre, sobre todo aminoácidos esenciales, y los no esenciales se absorben en su mayoría en forma de aminoácidos libres y los restantes se forman a partir de carbohidratos, ácidos grasos volátiles, ácido acético. Los organelos que tienen una función importante en la síntesis de las proteínas son: - Retículo Endoplásmico Rugoso (RER) rico en ribosomas: Síntesis de la cadena polipeptídica. - Aparato de Golgi: Adición de grupos prostéticos. Los aminoácidos pueden seguir varias rutas: 1.

Polimerización para formar las proteínas de la leche.

2. célula secretora.

Son retenidos en la forma de proteínas estructurales de la

3. Sufren reacciones metabólicas para producir CO2, urea, poliaminas y/o aminoácidos no esenciales. 4.

Pasar inalterados a la leche, sangre o linfa. La ruta completa de la biosíntesis de las proteínas de la leche es similar a la descrita en otros organismos, incluyendo la transcripción del mensaje genético del DNA al RNAm y traducción en los ribosomas.

BIOSÍNTESIS DE LOS LÍPIDOS. La grasa, importante componente de la leche, se sintetiza en el citosol de la célula secretora. De la grasa sólo el 25% de los ácidos grasos que la componen son tomados de la dieta, los demás son sintetizados. Mecanismos de síntesis y elongación de ácidos grasos: I.- A partir del ácido acético condensándose unidades de 2 carbones hasta completar el tamaño de la cadena de los diferentes ácidos grasos. II.- La síntesis de ácidos grasos se inicia a partir del ácido β hidroxibutírico. Los ácidos grasos de cadena larga son absorbidos de la sangre e incorporados a la leche. Ocasionalmente la β Oxidación de

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ácidos grasos de cadena larga (C16 - C18) da origen a ácidos grasos de 14 a 16 unidades.

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