ALTERAÇÕES QUÍMICAS E BIOQUÍMICAS EM LEITE E DERIVADOS

1. BIOSSINTESE DO LEITE

A glândula mamária bovina é um órgão produtivo para a biossíntese do leite. O

leite originado no tecido secretor é recolhido em condutos que aumentam de tamanho à

medida que se aproximam da região do alvéolo. O alvéolo é uma fábrica de leite

completa muito pequena que dispõe de um depósito. É um micro-órgão

aproximadamente esférico com espaço central de armazenamento (lúmen) rodeado por

uma capa de células secretoras, que está unido ao sistema de ductos. As células estão

orientadas de forma que o extremo apical com sua membrana simples se situa junto ao

lúmen. Como resultado, através da célula tem lugar um fluxo direcional de nutrientes,

os precursores dos componentes do leite, a partir do sangue, através da membrana basal.

Estes componentes básicos, obtidos a partir da dieta, são sintetizados em componentes

do leite nas linhas de produção do retículo endoplasmático, e empacotados em vesículas

secretoras do Complexo de Golgi ou como gotículas lipídicas incluídas no citoplasma.

Finalmente, as vesículas e as gotículas lipídicas passam através da membrana

plasmática apical e são armazenadas no lúmen. A capa de células epiteliais secretoras

que rodeiam o lúmen do alvéolo está rodeada por uma capa de células mioepiteliais e

capilares sanguíneos. Quando a ocitocina, um hormônio hipofisário que circula pelo

sangue, se une às células mioepiteliais, o alvéolo se contrai expelindo o leite

armazenado no lúmen em direção ao sistema de ductos.

A secreção dos produtos de síntese se completa quando as vesículas de Golgi entram

em contato com a membrana plasmática apical, se fundem convertendo em parte

integrante da membrana e esvaziam seu conteúdo no lúmen alveolar para

armazenamento.

Por outra parte, os lipídios, que também é sintetizado pelo retículo endoplasmático,

são dirigidos para o lado citoplasmático da membrana onde são recolhidos na forma de

gotículas lipídicas. Estas gotículas se dirigem à membrana plasmática apical que são

expelidas no lúmen alveolar por pinocitose.

2. COMPOSIÇÃO QUIMICA DO LEITE

Por definição, o leite é o produto integral da ordenha total e ininterrupta de uma

fêmea leiteira sadia, bem nutrida e não fatigada. Deve ser produzido de uma forma

adequada, isento de substâncias estranhas e não conter colostro. É um líquido branco,

opaco, duas vezes mais viscoso que a água, de sabor ligeiramente adocicado e de odor

pouco acentuado.

A composição do leite representa a única fonte de alimento para o mamífero

muito jovem. Por conseguinte, está composta por uma complexa mescla de lipídios,

proteínas, carboidratos, vitaminas e minerais. A composição média do leite de vaca está

apresentado no Quadros 1.

Quadro 1. Composição do leite de vaca de raças ocidentais

Componente Porcentagem média Faixa para raças*(porcentagem média)

Água 86,6 85,4-87,7Gordura 4,1 3,4-5,1Proteína 3,6 3,3-3,9Lactose 5,0 4,9-5,0Cinzas 0,7 0,68-0,74* Guernsey, Jersey, Ayshire, Parda Suiza, Shorthorn e Holstein

Leites de diferentes animais possuem diferenças em seus nutrientes, como consta

no Quadro 2:

Quadro 2. Quantidade média dos principais nutrientes dos leites comuns, em 100 gramas

Leite(Origem)

Energia (Calorias)

Proteínas (Gramas)

Gorduras (Gramas)

Carboidratos (Gramas)

Vaca 63.0 3.1 3.5 5.0

Cabra 92.0 3.9 6.2 5.4

Bufada 115.0 5.2 8.7 4.3

Ovelha 108.6 5.6 7.0 5.5

A maior variação na composição está exibida na fração lipídica. Em grande parte

devido ao valor econômico de gordura do leite, os criadores têm selecionado os animais

que produzem maiores percentuais deste constituinte. Em conseqüência, quando se

comparam leites individualmente, se observa uma ampla variação no teor de gordura,

que varia o animal e características de manejo. Devido à distribuição de lactose e dos

sais de leite no ajuste da pressão osmótica do leite com o sangue, nestes componentes se

observam pouca variação. O pH do leite recém-obtido é de 6,6-6,7, ligeiramente inferior

ao sangue.

2.1 PROTEÍNAS DO LEITE

As proteínas do leite são as substâncias mais representativas da chamada fração

nitrogenada do leite. Esta fração é constituída por dois grupos, dos quais o principal é o

das proteínas sendo o outro formado por matérias nitrogenadas não protéicas.

As proteínas do leite são constituídas pelas proteínas insolúveis ou caseínas, que

representam cerca de 27 g/L, e que se apresentam sob a forma de micelas de

fosfocaseinato de cálcio, sendo facilmente degradadas por todas as enzimas proteolíticas

e pelas proteínas solúveis que se encontram no lactosoro e se dividem em albuminas,

globulinas e enzimas.

As proteínas insolúveis ou caseínas diferenciam-se entre si por diversas

características a que correspondem pesos moleculares diferentes, o que permite a sua

separação por ultracentrifugação.

As proteínas solúveis englobam as imunoglobulinas e lactotransferinas em

quantidades vestigiais e que não têm o menor valor no âmbito tecnológico.

As matérias nitrogenadas não protéicas constituem um conjunto de substâncias

sem efeito tecnológico e cujo teor em nitrogênio não deve ser tomado em conta para a

determinação do teor protéico do leite.

A principal diferença que existe entre a fração caseínica e as proteínas solúveis é

que a primeira coagula pelo coalho animal ou outras enzimas coagulantes, enquanto as

segundas coagulam pelo calor e não pelas enzimas coagulantes. A coagulação das

enzimas solúveis do leite pelo calor, quando se encontram em equilíbrio estável no leite,

é só parcial e começa a processar-se a temperaturas próximas dos 60 °C.

O leite contém 30-35 g/L de proteína total de alta qualidade nutritiva (Quadro 2).

Existem seis produtos genéticos da glândula mamaria de caráter majoritário: α s1-

caseínas, αs2-caseínas, β-caseínas, κ-caseínas, β-lactoglobulinas e α-lactoalbuminas. As

proteínas do leite se classificam em caseínas e proteínas do soro. Todas as caseínas

formam um complexo esférico altamente hidratado, contendo fosfato de cálcio,

denominado micela. Devida as características anormais das caseínas e do complexo

micelar, as proteínas do leite podem separar-se facilmente das frações caseína e proteína

do soro. Esta separação, mediante a precipitação ácida ou coagulação constituem a

produção de muitos produtos lácteos, como o queijo, produtos de soro. A caseína

constitui a maior fração das proteínas do leite bovino; consequentemente, o coágulo

formado por aglomeração das micelas de caseína durante a fabricação do queijo retem a

maioria da proteína total do leite.

Proteína Concentração (g/L) % Proteína totalCASEÍNAS 24-28 80 αs-caseínas 15-19 42 αs1 12-15 34 αs2 3-4 8 β-caseínas 9-11 25 κ-caseínas 3-4 9 γ-caseínas 1-2 4

PROTEÍNAS DO SORO 5-7 20 β-lactoglobulinas 2-4 9 α-lactoalbuminas 1-1,5 4 Proteoses-peptonas 0,6-1,8 4 Proteínas do sangue 3 Albumina do soro 0,1-0,4 1 Imunoglobulinas 0,6-1,0 2

Diversas proteínas do leite procedem de proteólises, sendo que a maioria delas

se devem a presença de pequenas quantidades de plasmina, uma enzima do sangue.

Assim, as γ-caseínas e algumas proteoses-peptonas derivam da β-caseína. O leite

contém pequenas quantidades de proteínas diretamente procedentes do sangue, tais

como albuminas e imunoglobulinas.

2.1.1 As caseínas

É uma fosfoproteína relativamente hidrofóbica, encontrada no leite na forma de

micelas. A micela de caseína é constituída de subunidades micelares (submicelas) de 15

a 20 nm de diâmetro, que tem ao redor de 10 moléculas de outros 4 tipos de caseínas

(αs1, αs2, β, κ) em proporções variáveis. Os grupos fosfato covalentes da molécula de

caseína estão envolvidos com ligação de cálcio. Após a caseína ser fosforilada, o cálcio

se liga ao fosfato para iniciar a polimerização das submicelas. Esta estrutura (caseína-

PO4-Ca2+- PO4-caseína) se encontra em suspensão estável, graças a presença de cargas

negativas e de grupos glicídicos hidrofílicos. As micelas de caseína possuem,

aproximadamente, 140 a 200 nm de diâmetro. São compostas de alfa, beta e kappa

caseína.

Como se pode verificar, são de natureza extremamente protéica, porém se

encontram presentes minerais, especialmente o cálcio, em quantidades notáveis e, em

menor grau, citratos e magnésio, que tem papel importante na coesão da micela. Está

também é hidratada, ao redor de 65% de água, e seu tamanho varia desde 30 a 300 nm

de diâmetro.

Estas proteínas possuem um certo número de caracteres comuns: a presença de

fósforo sob forma de agrupamentos fosfosserílicos, a sua riqueza em certos ácidos

aminados (ácido glutâmico, leucina, prolina), a forte proporção de resíduos apolares.

Distinguem umas das outras pelo número de agrupamentos fosfosserílicos, pela

presença, ou não, de cisteína e glicídios, pelo seu caráter altamente hidrofófico. A

presença de agrupamentos fosfosserílicos conferem às caseínas uma grande afinidade ao

cálcio, magnésio e aos oligo-elementos.

Assim, no exemplo das caseínas αs1, αs2 e β, que estão muito fosforiladas,

observa-se que as localizações dos fosfosserílicos estão na sua maior parte agrupadas,

do que resulta a criação da cadeia peptídica de zonas com caracteres ácido e hidrofílico

muito marcadas. Estas aglomerações de cargas negativas conferem a estas caseínas uma

das suas principais propriedades: o poder de fixação do cálcio.

Caseína αs1: possui 199 aminoácidos; 8 grupos fosfatos unidos a serina,

formando fosfosserina e água. Em presença de cálcio, forma um sal cálcico

insolúvel.

Caseína αs2: possui 227 aminoácidos, de 10 a 13 grupos fosfato, o que possibilita

a formação de distintas formas moleculares, conhecidas como αs2, αs3, αs4 e αs6. Possui

uma estrutura dipolar com uma concentração elevada de grupos aniônicos no

entorno do carbono terminal. Precipita mais facilmente o cálcio que a caseína α s1,

devido a maior presença de grupos fosfato.

Caseína β: tem 209 aminoácidos, sem cisteína, 5 grupos fosfato. É sensível aos

íons cálcio a temperatura ambiente, porém insensível a baixas temperaturas (4 °C).

Por proteólise pela protease alcalina do leite (plasmina), produz-se as γ-caseínas.

Caseína κ: possui 169 aminoácidos, apresenta-se sob 7 diferentes formas (κ1 a

κ7) que se distingue pelos grupos glicídios, com excessão da forma 1 estando isenta

de açúcares e as formas 2 a 7 com teores crescentes. Diferencia-se das outras

caseínas pela sua grande sensibilidade à quimosina, fraca afinidade ao cálcio e

presença de glicídios. Além disso, é facilmente clivada pelo coalho, ocorrendo a

coagulação do leite, importante na produção de queijos.

2.1.2 As proteínas do soro

São proteínas globulares compactas, com distribuição bastante uniforme de

resíduos polares e apolares. Formam desdobramentos ocultando a maioria dos resíduos

hidrofóbicos, não havendo auto-associação ou interação com outras proteínas.

A β-lactoglobulina é quantitativamente mais importante, representando 50% do

total das proteínas do soro nos ruminantes e suínos. Não é encontrada no leite de muitas

espécies animais, incluindo o leite humano. Possui 162 aminoácidos, com 5 cisteínas,

que permite a formação de pontes dissulfeto intra ou intermoleculares que pode

estabilizar a dimerização desta proteína ou a reações com outras proteínas do leite,

especialmente com κ-caseínas e α-lactoalbuminas , ao aquecer o leite. Estes dímeros

consistem em duas esferas de 17,9 Å de diâmetro. Sua estrutura depende do pH; assim,

valores acima de 7,5 o dímero se dissocia e há modificação conformacional dando um

monômero expandido; pH abaixo de 3,5 o dímero se associa a um monômero

ligeiramente expandido, entre pH 3,5 e 5,2 o dímero tetrameriza para formar um

octâmero. Em pH 8,6 há uma desnaturação irreversível e o mesmo ocorre por

aquecimento e na presença de concentrações elevadas de cálcio.

A α-lactoalbumina contem 123 aminoácidos, dos quais 8 são cisteínas, que

forma 4 pontes dissulfeto. Sua estrutura é muito similar à lisozima – uma glicosidase

que hidrolisa os polissacarídeos na parede celular das bactérias. Apresenta forma global,

quase esférica, e em relação a lisozima é menos estável e mais expandida. Seu papel

essencial é o de intervir na síntese de lactose ao interagir com a UDP-

galactosiltransferase, que une então a galactose a glicose.

As proteoses-peptonas são peptídios que provem da β-caseína, como resultado

de sua proteólise pela plasmina. Já as imunoglobulinas são proteínas que não são

específicas da secreção láctea, posto que basicamente se sintetizam pelos linfócitos B e

são transportados pelo sangue a todos os fuidos do corpo, sendo anticorpos. Fixam-se

sobre substâncias estranhas, formando com elas, uma rede tridimensional insolúvel. O

colostro é rico em imunoglobulinas, obtidas do sangue da mãe pelas células mamárias.

O recém-nascido, ao ingerir o colostro, recebe os anticorpos maternos, obtendo a

imunidade.

2.2 LIPÍDIOS DO LEITE

A composição lipídica do leite é a mais complexa que se conhece. Os

triglicerídeos supõem a maior composição dos lipídios, constituindo até 97-99% de

lipídios totais, e de 1 a 3% de compostos lipossolúveis. Os primeiros, subdividem-se

em lipídios simples, lipídios complexos e ácidos graxos livres. Os segundos são

constituídos por colesterol, vários hidrocarbonetos, o grupo das vitaminas

lipossolúveis e alguns álcoois.

No leite, os triacilgliceróis estão presentes em glóbulos de 2-3 μm de diâmetro

rodeados por uma membrana lipoprotéica, da qual se isolaram já duas frações: uma

solúvel e outra insolúvel em solução aquosa. O leite de vaca possui aproximadamente

440 ésteres de ácidos graxos e os principais são o ácido palmítico e o ácido oléico. A

gordura é o constituinte que mais sofre variações em razão de alimentação, raça,

estação do ano e período de lactação.

Industrialmente o valor da gordura do leite reside na circunstância desta, ser o

principal constituinte da manteiga, cuja produção atinge grandes proporções em todo o

mundo. Entra ainda na constituição de muitos tipos de queijos. Na confecção de

laticínios como gelados de leite, natas, a gordura do leite é abundantemente aplicada,

dando aos produtores maior qualidade sensorial.

Durante o armazenamento, ocorre certo grau de lipólise produzindo-se maiores

concentrações de ácidos graxos livres e mono e diacilgliceróis. Em relação aos ácidos

graxos identificados, os ácidos saturados correspondem a 62,83% do total, os ácidos

monoinsaturados 30,75%, os ácidos dissaturados 2,97%, os poliinsaturados 0,85%. O

conteúdo de ácidos graxos insaturados varia com a época do ano e a alimentação.

O que caracteriza os lipídios do leite é sua presença em forma de glóbulos

graxos emulsionados no plasma aquoso. A estabilidade da emulsão se deve a existência

de uma membrana lipoprotéica carregada negativamente, que impede a saída de gordura

e assegura a repulsão eletrostática entre os diferentes glóbulos

2.3 LACTOSE

A lactose (4-0-β-D-galactopiranosil-D-glicopiranose) é o carboidrato

predominante no leite das diferentes espécies de mamíferos, variando de 2 a 7% a sua

concentração. A biossíntese da lactose ocorre nas glândulas mamárias, a partir da

glicose do sangue. Apresenta uma grande função na síntese do leite. Possui a mesma

fórmula molecular da sacarose da qual difere, contudo, na configuração molecular, no

poder edulcorante, na solubilidade e na reatividade química. Ela é o principal

componente osmótico do leite, sendo o processo de síntese da lactose o principal

responsável pela extração de água para o leite. Devido à estreita relação entre a síntese

de lactose e a quantidade de água drenada para o leite, a concentração deste dissacarídeo

é a menos variável dentre os componentes do leite.

Sua síntese está associada à uma proteína do soro, a α-lactoalbumina, que atua

como modificador protéico da UDP-galactosiltransferase. Assim, a α-lactoalbumina

modifica a especificidade desta enzima, de forma tal que o grupo galactosila é

transferido para glicose no lugar das glicoproteínas.

No leite a lactose se encontra em equilíbrio, tanto nas formas α como β. Este

equilíbrio corresponde ao fenômeno de mutarrotação observada na lactose pura em

solução aquosa. Em função dos tratamentos tecnológicos, podem predominar formas

distintas em função das condições de temperatura e de solubilidade. É 10 vezes menos

solúvel que a sacarose; e possui poder edulcorante inferior a frutose, glicose e sacarose,

conferindo o sabor característico do leite.

A forma β é mais solúvel que a α-lactose. A forma de cristal α-lactose

monoidratada, que cristaliza sob temperatura inferior a 93,5 °C, se apresenta de muitas

formas, mas a mais familiar é a de “tomahawk”, que confere ao paladar uma sensação

arenosa em certos produtos lácteos, como sorvetes.

A lactose possui propriedades redutoras, pois possui um grupo aldeído livre no

carbono 1. Esta capacidade pode ser utilizada em análises para quantificar lactose em

solução por redução de íons cobre em meio alcalino, por exemplo, com a solução de

Fehling. Também reage com os grupos amina livre das proteínas, reação conhecida

como reação de Maillard, com formação de melanoidinas de coloração escura. Esta

reação é catalizada por metais (Fe-Cu) e favorecida pelo aumento da temperatura e

presença de água.

Como todos os açúcares, a lactose se decompõe por ação do calor, dando lugar

ao caramelo. O processo de aquecimento produz ácidos orgânicos (levúlico e fórmico) e

hidroximetilfurfural (HMF).

A lactose não é usada diretamente no processo fermentativo pelas bactérias

lácticas, pois é transformada primeiramente em glicose e galactose, pela enzima ¨β-

galactosidase” ou ¨lactase¨.

2.4 ENZIMAS

Classificam-se como enzimas, um grupo de proteínas produzidas pelos

organismos vivos, que têm a habilidade de acelerar os processos bioquímicos nos

organismos. Por esta razão, são muitas vezes chamadas de biocatalisadores. A ação das

enzimas é específica, cada enzima catalisa somente um tipo de reação.

Dois fatores influenciam fortemente a ação enzimática: temperatura e pH.

Geralmente as enzimas têm uma temperatura ótima de atividade entre 25 e 50 ºC. Após

esta temperatura, elas iniciam o processo de desnaturação (inativação enzimática).

Quanto ao pH, o valor ótimo depende da enzima em questão.

A presença ou não de certas enzimas no leite é utilizada nos testes de qualidade.

Entre as principais enzimas encontradas no leite estão: lipases, proteases e

oxidorredutases.

As lipases presentes no leite podem ser de origem microbiana ou endógena.

Essas enzimas hidrolizam a gordura em glicerol e ácidos graxos. A ruptura do glóbulo

de gordura aumenta muito a eficácia da lipólise pelo aumento da superfície de contato e

da freqüência de contato. As lipases naturais do leite são termolábeis (inativadas pela

pasteurização), sensíveis à oxidação e ainda sensíveis às proteases, o que torna sua

atividade de pouca importância. Contudo, as lipases de origem microbiana são muito

mais resistentes à desnaturação térmica e, portanto, possuem grande importância

tecnológica, uma vez que causam a degradação progressiva de produtos lácteos de longa

vida de prateleira.

As proteases presentes no leite podem ser de origem microbiana ou endógena.

Essas enzimas hidrolisam as proteínas em aminoácidos e peptídeos, podendo provocar

amargor. A plasmina é a principal protease natural do leite. Essa enzima é termo-estável

no pH normal do leite e mantém de 70 a 80% da sua atividade após a pasteurização e,

de 30 a 40% após o tratamento UHT.

O leite contém várias oxidoredutases, incluindo catalase, peroxidase e xantin-

oxidase. A catalase decompõe o peróxido de hidrogênio em oxigênio molecular e água.

O leite normal contém uma pequena quantidade dessa enzima. Sua quantidade está

ligada à presença de leucócitos e células epiteliais no leite, por isso sua quantificação é

usada para identificar leites mamíticos ou colostrais. Contudo, muitas bactérias

produzem esse tipo de enzima, falseando os resultados. A catalase é inativada a 75°C /

60 s.

A peroxidase transfere oxigênio do peróxido de hidrogênio (H2O2) para outras

substâncias facilmente oxidáveis. Presente em grandes quantidades no leite é capaz de

catalisar reações de oxidação da gordura. Essa enzima forma parte do complexo

lactoperoxidase / tiocianato / peróxido de hidrogênio (LPS) que é um sistema anti-

microbiano natural potencialmente importante. A peroxidase é inativada em

temperaturas superiores a 80°C por 5 segundos. Por isso deve estar presente no leite in

natura ou no leite pasteurizado.

A fosfatase alcalina hidrolisa ésteres fosfóricos em ácido fosfórico e álcool. A

concentração dessa enzima no leite varia de acordo com a estação do ano, raça, estágio

da lactação e produtividade do anima. A fosfatase alcalina é desnaturada em

temperaturas próximas a de pasteurização (72-75°C / 15-20 s) por isso deve estar

ausente no leite pasteurizado. Contudo, a restauração da atividade enzimática pode

ocorrer com o tempo, por isso o teste deve ser realizado logo após o termotratamento. A

reativação pode ser evitada se o leite for devidamente resfriado após a pasteurização. No

Brasil, o método aprovado oficialmente utiliza a reação do fenol liberado da 2,6

dibromo ou 2,6 dicloroquinona cloroimida produzindo indofenóis azuis que são

detectados visualmente (LANARA, 1981). A interpretação do resultado é realizada de

três formas: i) leite cru: coloração azul intensa; ii) leite aquecido mas não pasteurizado:

azul esmaecido; iii) leite pasteurizado: coloração cinza. Este método visual foi

substituído nos países desenvolvidos, desde a década de 70, por métodos mais sensíveis;

inicialmente pelo método que utiliza o fosfato de fenolftaleína e, mais recentemente,

pelos métodos espectrofotométricos ou fluorimétricos automáticos.

2.5 VITAMINAS E SAIS MINERAIS

As vitaminas são, em geral, moléculas pequenas, de estruturas muito variadas.

Contudo, se comportam muitas vezes como coenzimas, associados a uma apoenzima de

natureza protéica, desenvolvendo uma atividade biocatalítica. O leite contém muitas

vitaminas, sendo as mais conhecidas as vitaminas A, B1, B2, C e D. As vitaminas A e D

são solúveis na, enquanto as outras são solúveis em água.

A tabela abaixo relaciona as vitaminas presentes em 1 litro de leite e a necessidade

diária de uma pessoa adulta.

VitaminaQuantidade presente em

1 litro de leite (mg)Necessidade diária de um adulto (mg)

A 0,2 - 2,0 1,0 - 2,0

B1 0,4 1,0 - 2,0

B2 1,7 2,0 - 4,0

C 5,0 30 - 100

D 0,002 0,01

Além destas vitaminas, o leite contém traços de vitaminas K, E, F, B3, B6 e B12,

ácido pantotênico, ácido fólico e biotina.

No leite encontram-se vários sais minerais em dissolução (moléculas e íons) ou

no estado coloidal.

O cálcio e o fósforo são dois elementos fundamentais da estrutura da micela das

caseínas, condicionam a estabilidade da fase coloidal, tendo aqui o cálcio uma ação

preponderante. Além disso, é muito importante no plano biológico.

O magnésio (Mg) é um elemento também muito importante que intervém

igualmente como o cálcio na estabilidade da micela.

O ácido cítrico ligado ao cálcio permite ao leite ser rico em cálcio dissolvido sob

forma de citrato de cálcio.

O potássio (K), sódio (Na) e o cloro (Cl) permitem realizar com a lactose um

equilíbrio da pressão osmótica do leite na glândula mamária face à pressão sangüínea.

Os seus teores variam muito em função das condições de produção e do estado

sanitário do animal.

Existem ainda para além destes macroelementos, vários oligoelementos,

presentes em quantidades mínimas ou simples vestígios, cujos teores podem variar

muito, segundo condições de produção de leite. Os principais oligoelementos, pela sua

indisponibilidade na alimentação, são: zinco, ferro, iodo, molibdênio, flúor, selênio,

cobalto e magnésio. Fisiologicamente servem à formação e manutenção do esqueleto,

bem como ao equilíbrio de muitas funções orgânicas. Industrialmente, os sais de cálcio,

cuja presença é fundamental para que se dê a coagulação do leite por via enzimática, na

qual se produz a aglomeração das micelas ficando assim o coágulo muito mineralizado.

3. ALTERAÇÕES QUÍMICAS E BIOQUIMICAS EM QUEIJOS

O queijo pode ser definido como um produto que é obtido a partir do leite

coalhado, separado do soro e amadurecido durante tempo variável. O queijo é

considerado uma conserva obtida pela coagulação do leite e por acidificação e

desidratação da coalhada.

É uma concentração de sólidos do leite com adição de outros aditivos como:

• o coalho para obter a coagulação do leite;

• os fermentos bacterianos para acidificação da coalhada;

• cloreto de cálcio para melhorar a disposição da coagulação.

O esquema abaixo mostra as etapas do processamento de queijo, em que as

etapas assinaladas correspondem as que alteram quimicamente o produto:

Pasteurização: Na pasteurização do leite para queijos o tratamento térmico exigido

para a destruição dos patógenos, ou seja, 72 °C por 15 segundos, ou 63°C por 30

minutos destrói também as bactérias lácticas importantes na produção do sabor e aroma

dos queijos durante a cura. Daí a exigência de se adicionar ao leite, após a

pasteurização, culturas láticas selecionadas especificamente para os diversos tipos de

queijos.

- O leite pasteurizado também não possui a maioria das enzimas naturais encontradas no

leite cru, as quais contribuem para o desenvolvimento do sabor e aroma final do queijo.

Essas enzimas não são essenciais à cura e é perfeitamente possível produzir um bom

queijo com leite pasteurizado, no entanto deve-se prolongar o período de cura.

Seleção

Filtração

Pasteurizaçãoção

Coagulação

Corte da massa

Enformagem

Embalagem

Salga

Maturação

- Temperaturas acima das de pasteurização, já citadas, podem prejudicar a formação de

coágulo, tornando-se mais frágil, quanto maior a temperatura utilizada, podendo chegar

a impedir a coagulação enzimática.

- A perda de cálcio, devido a essas temperaturas elevadas, pode ser amenizada com a

adição de cloreto de cálcio, porém a consistência do coágulo continua frágil devido à

desnaturação protéica.

Coagulação: O fenômeno da coagulação se deve basicamente à caseína, a qual perde a

sua estabilidade em função de vários agentes físicos e ou químicos dos quais a

acidificação e a ação das enzimas proteolíticas são os que nos interessam sob o ponto de

vista da tecnologia dos queijos.

A coagulação do leite é semelhante, tanto na coagulação ácida como na

enzimática; entretanto o coagulo resultante apresenta características físico-químicas e

tecnológicas bem diferentes.

Quadro – diferenças entre coagulação ácida e coagulação enzimática Coagulação ácida Coagulação enzimática

pH 4.6 6.0 - 6.5

Consistência do Coágulo

Inicialmente bastante frágildispersando em partículasfinamente subdivididasSe fracionado cuidadosamente, provocando a dessora, resulta precipitado ressecado e firme, porém quebradiço.

Inicialmente é firme e elástico, como uma gelatina, o qual vai se tornado cada vez mais resistente. Ao ser fracionado se contrai, por sinerese, dando origem a um precipitado consistente e elástico.

COAGULAÇÃO ÁCIDA

É devido ao abaixamento do pH até chegar ao ponto isoelétrico da caseína, ao

redor de 4,6. Com essa acidificação, as cargas elétricas das partículas coloidais da

caseína se neutralizam ou se igualam e a força de repulsão, devido ao excesso de cargas

negativas existentes na caseína a um pH próximo da neutralidade, deixa então de existir,

permitindo assim, que as partículas coloidais se unam formando o coágulo ou gel.

Utilizado no Brasil somente na fabricação de requeijões. Em outros paises, o

“cottage cheese”, muito popular se utiliza dessa coagulação ácida.

A coagulação ácida se processa através de acidificação microbiológica por

culturas láticas selecionadas, podendo também ser por contaminates naturais ou

acidificação espontânea, ou ainda por acidificação artificial pelo uso de ácidos

comestíveis, ajudadas ou não pelo calor.

COAGULAÇÃO ENZIMÁTICA

Esta coagulação é a mais empregada no Brasil. Embora a acidificação do leite

tenha alguma influência na coagulação enzimática, esta se processa de uma forma

independente uma vez que o leite se coagula prontamente no seu pH natural, ou seja, em

torno de 6,6. As miscelas coloidais da caseína são constituídas de 4 frações protéicas

principais, que são alfa; beta; gama e kapa. A fração kapa, embora representando

somente cerca de 10 a 20% da caseína, exerce um importante papel protetor sobre as

partículas coloidais, evitando que se coagulem ou se precipitem em presença de cálcio

solúvel.

Na coagulação enzimática, uma enzima proteolítica qualquer (sendo a renina a

mais importante), age sobre a fração “kapa” destruindo a sua capacidade protetora e as

partículas coloidais se tornam instáveis em presença de íons de cálcio, coagulando o

leite (gel).

Ainda não muito bem provado sabe-se que a ação proteolítica da renina (obtida

de estômago de novilhos) sobre a fração “kapa” remove uma cadeia glucopeptídica,

perdendo assim a sua ação protetora do colóide, tornando-se instável. Na presença de

cálcio solúvel esse colóide instável, denominado paracaseína, dá origem à formação do

para caseinato de cálcio, que é o coágulo.

Em condições de repouso, o caseinato de cálcio formado se agrega em um só

bloco reticular tomando uma aparência semi-sólida que é, então, o coágulo ou gel

desejado na fabricação de queijos.

Todo tipo de queijo requer o emprego de cultura lática. O primeiro efeito dessa

cultura é a produção de acidez, que se inicia logo após sua adição, ou seja, durante a

coagulação. Essa acidificação é pequena, geralmente de 1 a 4 ºD, ou cerca de 0,1 a 0,3

unidades de pH, mas mesmo assim tem um efeito marcante na ação do coalho, o qual

tem o seu poder coagulante aumentado. Daí a necessidade de se adicionar cultura lática

quando se determina a atividade coagulante ou “força do coalho”. Além de ajudar na

ação da renina, essa acidificação aumenta sensivelmente a coeso ou consistência do

coágulo e auxilia na dessora.

Corte da massa: Introduz-se uma espátula, na superfície do coágulo, no sentido

inclinado, ao forçá-lo para cima, o rompimento do gel deverá ocorrer de uma única

fenda retilínea, sem fragmentação do coágulo, se isso ocorrer, este será o ponto de corte,

marcado pela sinerese (saída de soro)

Maturação: é uma etapa da produção de queijos, em que estes são mantidos, por um

período, em câmaras especiais com temperatura e umidade controladas. Neste período,

ocorre uma série de processos bioquímicos (glicólise, proteólise e lipólise) e

microbiológicos, que caracterizarão o flavor e a textura específicos e individuais de

cada variedade de queijo. Os três processos bioquímicos (a glicólise, a proteólise e a

lipólise) que ocorrem durante a maturação dos queijos transformam seus principais

constituintes (lactose, proteínas e lipídeos) em produtos primários e depois, secundários.

As proteínas são transformadas em peptídeos, aminoácidos, aminas, ácidos, tiols e

tioésters; os lipídeos em ácidos graxos livres, metil-cetonas, lactonas e ésters; a lactose

em ácidos orgânicos (ácido láctico, acético e propiônico), dióxido de carbono, ésters e

álcoois, os quais, em concentrações e combinações adequadas, conferem aos queijos

sabor, aroma, textura e aparência características.

A proteólise é a degradação das proteínas, passando pelos peptídeos de tamanho

intermediário até os de cadeia curta e aminoácidos, que pode ocorrer no leite, na sua

coagulação induzida enzimaticamente e na maturação do queijo. A mudança da textura

deve-se, principalmente, à hidrólise da micela de caseína pela proteólise, pela mudança

do pH (que geralmente aumenta devido à formação de NH3 e pode causar outras

mudanças como a migração e a precipitação do fosfato de cálcio) e à diminuição da

atividade de água da massa do queijo devido às mudanças na água ligada por novos

ácidos carboxílicos e grupos aminos formados na hidrólise, ao crescimento microbiano,

à perda de umidade e a difusão do sal

Quanto ao desenvolvimento de flavor e off-flavor, a proteólise contribui diretamente

com a produção de peptídeos de cadeia curta e aminoácidos, podendo conferir até um

sabor indesejável - o amargor, ou indiretamente, pois facilita a liberação de compostos

sápidos, quando os aminoácidos livres são catabolizados em aminas, ácidos, aldeídos,

álcoois, tióis, tioésters e amônia, durante a mastigação.

Durante a maturação, ocorre a lipólise, que é uma reação de hidrólise dos

triglicerídeos do queijo em ácidos graxos, devido à ação de lipases nativas, endógenas e/

ou exógenas. As reações de lipólise ocorrem por ação dos agentes lipolíticos que são os

microrganismos presentes no leite ou no queijo, enzimas nativas do leite, como a

lipoproteína lipase (LPL) no caso de queijos produzidos com leite cru, coagulante (no

caso de pasta de renina, que é uma mistura de quimosina com esterases pré-gástricas),

ou através de enzimas (lipases) adicionadas especificamente para esse fim. Os

triglicerídeos da gordura do leite de ruminantes são ricos em ácidos graxos de cadeia

curta, que quando liberados contribuem direta e significativamente ao flavor de muitas

variedades de queijos, principalmente em queijos italianos de massa dura e queijos

azuis, e indiretamente como importantes precursores para a produção de compostos de

flavor voláteis. Os principais ácidos formados durante a lipólise são o butírico, o

capróico, o caprílico, o cáprico e o láurico; sua proporção relativa varia de acordo com o

agente lipolítico utilizado, o qual, por sua vez, é escolhido de acordo com o queijo.

Os açúcares do leite, durante a fabricação dos queijos e a subseqüente

maturação, são usados pelas bactérias para produzirem ácidos orgânicos. A lactose pode

ser metabolizada por inúmeros microrganismos presentes no leite e nos queijos. O

metabolismo da lactose segue duas rotas principais: a das hexoses-difosfato e pentoses-

fosfato. Por meio da primeira via, a lactose transforma-se em ácido pirúvico, que pelo

ciclo de Krebs é degradado a CO2 e H2O por ação dos microrganismos aeróbios.Porém,

a maior parte da lactose é degradada por bactérias lácticas homofermentativas

(lactococcus e lactobacillus) a ácido láctico. Outros microrganismos lácticos, como os

leuconostocos e lactobacilos heterofermentativos, degradam a lactose pela via das

pentoses-fosfato, produzindo ácido lático, CO2, etanol e ácido acético.

4. ALTERAÇÕES QUÍMICAS E BIOQUIMICAS EM IOGURTE

A definição deste produto gera controvérsias, mas pode ser caracterizado como

um produto que resulta da fermentação do leite por culturas “starters” que contenham

somente o Streptococcus thermophilus e o Lactobacillus delbrüeckii, subsp. bulgaricus.

No entanto, não se impede que o produto possa ser veículo de outra bactéria, como

Lactobacillus acidophilus, adicionado após a elaboração do produto durante o seu

resfriamento.

            Qualquer que seja a definição dada, há certas características que devem ser

obedecidas para que possa ser considerado Iogurte: deve conter, em abundância,

microorganismos vivos; não conter estabilizantes e espessantes.

Estão listadas, a seguir, as etapas de fabricação e as principais alterações

ocorridas (assinaladas):

4.1 homogeneização

Efeito da homogeneização Modificações observadas no iogurteAUMENTO DE

Viscosidade Redução dos glóbulos de gordura e aumento da

adsorção sobre as micelas de caseína, o que determina um aumento de volume total efetivo de substâncias em suspenção

Atividade da xantin-oxidase Devido à desorganização da membrana do glóbulo de gordura que contem, aproximadamente, a metade da atividade enzimática presente no leite

Lipólise Observa-se um aumento da superfície total de gordura exposta à ação das lípases. A destruição da membrana do glóbulo lipídico pode aumentar o grau de hidrólise pelas culturas starters

Coloração mais branca O aumento do número de glóbulos de gordura aumenta a reflexão e dispersão da luz

Conteúdo de fosfolipídios no leite desnatado

Devido ao efeito físico se estima um maior grau de transferência de material de membrana para o leite desnatado

Formação de espuma Devido a maior concentração de fosfolipídios na fase não gordurosa do leite, o bombeamento da mistura pode dar lugar à formação de espuma nos tanques de incubação

DIMINUIÇÃO DEGlóbulos de gordura Evitar formação de gordura na superfície,

especialmente durante incubação Sabor oxidado Devido a migração de fosfolipídios à fase não

lipídica e formação de compostos sulfidrilo, que atuam com antioxidantes.

Estabilidade das proteínas Observa-se mudanças nas interações proteína-proteína devido, em parte, ao certo grau de desnaturação e às modificações do equilíbrio salino

Sinerese Aumenta a hidrofobicidade e a capacidade de retenção de água devida as caseínas que formam parte da membrana do glóbulo de gordura e outras interações proteína-proteína

4.2 Tratamento térmico

Os efeitos do tratamento térmico no leite podem-se resumir fundamentalmente

nas modificações de suas propriedades físicas e químicas. O leite é um sistema muito

complexo, sendo seus principais constituintes água, carboidratos, gordura, proteínas e

minerais. Estes compostos se encontram dispersos em 2 sistemas coloidais, os glóbulos

graxos e suas membranas e as micelas de caseína.

O efeito sobre as proteínas pode ser de 2 etapas.Em primeiro lugar, se produz

alteração na estrutura, causando a desnaturação e, em segundo lugar, uma associação

seguida de coagulação, dependendo da intensidade e duração do aquecimento. Os

grupos sulfeto da β-lactoglobulina se ativam. Os aglomerados formados podem ser de

tamanhos menores, com –SH livres, ou maiores, com pontes dissulfeto, e interagir com

outras proteínas, como a kappa caseína e alfa lactoalbumina. Há formação de gel à

medida que a caseína aumenta de tamanho e forma uma matriz reticular, com

distribuição de homogênea de proteína no iogurte e retendo a fase aquosa e diminuindo

a susceptibilidade à sinerese.

O aquecimento do leite pode afetar o estado dos sais, especialmente cálcio,

fosfato, citrato e magnésio. Estes sais se encontram no leite em forma solúvel ou

coloidal, formando parte das micelas de caseína. O aquecimento do leite a 85 °C/30

minutos pode fazer com que 16% do cálcio solúvel se torne coloidal.

O tratamento térmico favorece a eliminação de alguns flavor indesejáveis,

porém, determinados tratamentos podem dar origem a flavors anômalos, por exemplo, o

caramelo, como resultado da reação de Maillard entre a lactose e grupos amino das

proteínas.

Há uma melhora na viscosidade do leite, o que contribui para produção de um

iogurte mais viscoso. Porém, há perda de algumas vitaminas.

4.3 Fermentação

Durante a fermentação, as bactérias do iogurte, Streptococcus termophilus e

Lactobacillus bulgaricus, crescem simbioticamente, produzindo acido lático e

compostos aromáticos, além de formar o coágulo. No inicio da fermentação, a acidez do

leite (menor que 20º D) favorece o crescimento do S. termophilus, estimulado por

alguns aminoácidos livres (especialmente a valina) produzidos pelo L. bulgaricus, o que

provoca um aumento de acidez. Nesta fase, o S. termophilus libera acido fórmico

estimulante do desenvolvimento do L. bulgaricus.

Ao se atingir aproximadamente 46º D, o meio se torna pouco propício ao S.

termophilus, favorecendo o rápido desenvolvimento do L. bulgaricus, com produção de

acetaldeído, o principal responsável pelo aroma característico do iogurte. Com o

aumento de acidez, o pH se aproxima de 4,6, ponto isoelétrico da proteína do leite, e

tem-se a coagulação.

Em resumo, a formação do gel que constitui o iogurte é resultado das seguintes

modificações físicas e químicas do leite:

Os starters do iogurte metabolizam a lactose presente no leite para cobrir suas

necessidades energéticas, dando lugar a formação de ácido lático, a partir do

pirivato. Para tal, estas bactérias produzem a enzima láctico-hidrogenase (LDH)

Outros componentes importantes para o flavor são formados, tais como ácidos

voláteis (fórmico, acético, propiônico) e não voláteis (pirúvico, oxálico ou

succínico), acetaldaído, acetona, diacetil

A produção parcial de ácido lático começa a desestabilizar os complexos de

caseína-proteínas do lactosoro, por solubilização do fosfato de cálcio e dos

citratos dos mesmos

Os agregados de micelas de caseína e/ou as micelas isoladas se associam e se

ligam parcialmente, à medida que o pH aproxima de seu ponto isoelétrico (4,6-

4,7), até se precipitarem e formarem o gel característico.

4.4 Agitação

O processo de agitação, ou quebra do gel, em iogurtes batidos, modifica a

estrutura coloidal da massa, liberando soro que deverá ser completamente redistribuído

no colóide, de maneira uniforme.

O gel só deverá ser quebrado após a massa ter sido resfriada em torno de 10 °C.

Quando se adiciona aroma, sabores e pedaços de frutas, este é o momento ideal para

adição. O produto final deverá ter uma aparência lisa, sem grumos, e a quebra da massa

a frio permite que as micelas de caseína reabsorvam o soro, evitando a sinérese. Quando

se deseja um produto com consistência mais líquida, pode-se iniciar a quebra tão logo,

durante o resfriamento, a massa atingir 35ºC. Esta temperatura facilita o bombeamento

para um trocador de calor, onde o produto continuará sendo resfriado e, posteriormente,

será adicionado de aroma, sabores e pedaços de frutas

5. ALTERAÇÕES QUÍMICAS E BIOQUIMICAS EM DOCE DE LEITE

Doce de leite é o produto resultante da concentração ao ambiente (sem vácuo) de

uma mistura constituída leite e açúcar de cana ou beterraba (sacarose). O doce de leite

poderá ser adicionado de glicose (açúcar de milho), aromatizante (baunilha), frutas

(coco, ameixa, cacau, amendoim) e bicarbonato de sódio, para redução da acidez.

Deve-se utilizar leite de boa qualidade, acidez no máximo de 19 ºD (Dornic),

padronizado para 1,5% de gordura. A porcentagem de gordura no leite tem influência

sobre a quantidade de açúcar a ser usada, sendo que quanto mais gordo for o leite, maior

é a quantidade açúcar usada.

A acidez do leite deverá ser reduzida para 13 ºD, utilizando como

neutralizante o bicarbonato de sódio (NaHCO3). O uso do leite com acidez elevada

produzirá um doce de textura esfarinhada ou talhada por inativação protéica. Entretanto,

nunca devemos usar um excesso de alcalino para reduzir a acidez, pois isto contribuirá

para o doce de coloração escura.

O escurecimento do doce ocorre devido a reação de compostos de amino

(proteína, amino-ácidos, etc.) com o açúcar, denominado reação de Maillard, ou por

desidratação de açúcares, ocorrendo a caramelização. No doce de leite os principais

reagentes são a caseína e a lactose, sendo este escurecimento afetado pelos seguintes

fatores:

Tratamento pelo calor: tão intenso será o escurecimento quanto mais alta for a

temperatura.

Concentração de sólidos: quanto maior mais intensa será o escurecimento.

Teor de lipídios no leite: quanto maior o teor, mais açúcar deverá ser

acrescentado, ocasionando maior escurecimento por caramelização e reação de

Maillard.

O pH, pois à medida que o pH se eleva dos limites de 5,7 a 7,5 a caramelização

se intensifica.

Presença de O2, maior quantidade - maior caramelização.

À medida que a caramelização ocorre, dois produtos são formados,

acreditando-se que eles sejam responsáveis pelo escurecimento da cor. São eles:

hidroximetilfurfural e o gliceraldeído.

A cristalização do doce de leite torna-se aparente após 45 dias de estocagem

do produto. A conversão da alfa lactose para beta lactose, responsável pela formação de

cristais problemáticos, é um processo moroso, dificultado pela viscosidade do doce.

Estudos realizados com leite condensado nos revelam que à temperatura de 55ºC, o

doce representa uma solução saturada de lactose. Durante o início do resfriamento a

quantidade lactose em excesso sobre a saturação é pequena e a formação de cristais é

vagarosa. À medida que a temperatura abaixa, a supersaturação da lactose aumenta, a

rapidez da cristalização também aumenta, atingindo o seu ponto máximo a 30ºC. Se a

temperatura do doce continuar a abaixar, a viscosidade do produto aumentará e a

formação de cristais será retardada. A temperatura máxima de cristalização varia de

acordo com a proporção da lactose x água, a qual depende do total de sólidos e sacarose.

Para evitar a formação de cristais problemáticos, devemos apressar a cristalização

durante o resfriamento para reduzir o estado de supersaturação, passando a saturado.

Para forçar a cristalização o doce deve ser resfriado para 30ºC e a esta temperatura deve

ser rigorosamente agitado por 45 minutos. Durante o período de resfriamento e agitação

o doce deve ser semeado com lactose em pó ou produto de véspera.