Appunti di chimica e tecnologia del latte

Dispensa di chimica e tecnologia del latte anno 2021-2022

Professoressa Luisa Maria Pellegrini e dott. Paolo D’Incecco

Qualità

Pagamento latte in base alla qualità

Per riconoscere un prezzo più alto agli allevatori che offrono latte di maggior qualità

• Parametri presi in considerazione per la definizione del prezzo
• Compositivi:
  • Contenuto di grasso
  • Contenuto di proteine
• Valori che determinano resa di trasformazione (es. nella produzione di formaggi)
• Igienici:
  • Carica batterica (previsto nei reg. del pacchetto igiene)
  • Sporigeni (genere Clostridium, spore termoresistenti che rimangono all'interno della cagliata e causano gonfiore tardivo)
• Sanitario:
  • Cellule somatiche: cellule del tessuto interno della ghiandola mammaria

Nelle bovine con mastite: mammella si infiamma ed il tessuto interno che riveste le pareti della ghiandola mammaria si sfalda e finisce nel latte. Correlato alla mastite, si presenta il problema degli antibiotici: l'allevatore, accortosi della mastite, somministra antibiotici che possono finire nel latte. Dunque, per un certo tempo, il latte da vacca sotto terapia antibiotica non può essere commercializzato (per evitare insorgenza di forme di resistenza).

Per ogni parametro viene fissato un valore neutro al quale corrisponde il prezzo base del latte: 38,16 cent/L. Al di sotto o al di sopra del valore neutro, il latte viene o premiato o penalizzato. Valori e prezzi derivano dalla contrattazione tra le parti coinvolte: domanda (cooperative, associazioni di industrie di trasformazione) e offerta (allevatori).

Critiche a come il sistema è applicato in Italia

• Premiata molto la quantità di latte prodotto (elevato prezzo al litro) e poco la qualità (basso valore del punto premio e punto penale)

Dunque l'allevatore è incentivato a produrre più latte (quanto più latte la vacca produce, tanto più la qualità compositiva diminuisce) piuttosto che puntare sul miglioramento qualitativo.

Conseguenze

• Sistema tende ad invogliare alla frode di annacquamento del latte
• Il latte italiano è fra i più scadenti in UE per contenuto di grasso e proteine

Valutare qualità del latte - Composizione sommaria centesimale

• Sommaria: considerati solo i macrocomponenti (quelli ponderalmente più importanti)
• Centesimale: somma è circa pari a 100
• Espressa in peso per volume di latte (g/100ml)

Latte vaccino

Esistono notevoli differenze tra le specie: qualitativamente (natura dei costituenti) e quantitativamente.

Specie

Fattori di variabilità endogeni

• Specie: vaccino (di vacca/mucca), pecora, bufala, capra
• Fattori genetici: razza e individuo
• Stadio della lattazione: fase fisiologica di produzione di latte, compresa tra parto e asciutta

Ciclo parto-lattazione-asciutta

Parto -> inizio lattazione -> fecondazione + declino lattazione -> fine lattazione + fine gravidanza -> messa in asciutta -> parto

Il colostro (secrezione mammaria dopo 7-10gg dal parto) rossastro e viscoso, contiene molte più proteine (a causa di alti livelli di immunoglobuline) -> da dare al vitello

• Stato di salute: es. mastite

Fattori di variabilità esogeni (ambientali)

• Alimentazione: varia dalla stagione
• Clima invernale: foraggio affienato e mangime -> acidi grassi saturi a corta catena
• Clima estivo: prati inverdiscono -> uso di erba fresca -> acidi grassi insaturi
• Stabulazione: se pascolano o se rimangono ferme nella stalla (impegno nel migliorare benessere animale)
• In stalla, ambiente scarsamente luminoso, sintetizzano meno vit D che è molecola calcio-fissatrice, ciò porta a squilibrio nel rapporto calcio-fosforo e quindi una scarsa attitudine del latte a coagulare
• Metodo e frequenza di mungitura:
• Box di mungitura automatico in cui animale sceglie quando farsi mungere
• Si può attuare identificando le vacche e cercando di bloccare la sovra-mungitura di esse oppure lasciando la munta libera (con vacche che possono arrivare a 4 o più munte giornaliere)
• Mungitura interrotta o incompleta determina latte meno grasso, in quanto i globuli nella mammella tendono a separarsi
• Clima: ottimale è ambiente secco e freddo
• Stress di calore

Composizione ed indici chimico-fisici

Definizione latte

Il latte è il prodotto della mungitura regolare e ininterrotta di animali in:

• Buono stato di salute
• Corretta lattazione
• Corretta alimentazione

Il latte si considera crudo se non ha mai raggiunto una temperatura superiore a 40°C (T corporea vacca). Sistema chimicamente e fisicamente eterogeneo, cioè caratterizzato dalla presenza di fasi diverse:

• Emulsione di grasso
• Dispersione colloidale di caseine
• Soluzione colloidale di sieroproteine (molecole più piccole)
• Soluzione di acqua con componenti solubili (lattosio, sali)

Caratteristiche chimico-fisiche delle fasi

Globuli di grasso di 1-2 micron immersi tra le micelle di caseina

Indici chimico-fisici

• Parametri analitici di facile e rapida determinazione (il trasportatore non può attendere ore di analisi) che forniscono indicazioni su eventuali anomalie del latte, attitudine alla trasformazione, possibili sofisticazioni

Ricevimento dell'autobotte

• Peso l'autobotte piena (e poi da vuota) -> peso lordo - tara = peso netto e procedo alle analisi

Densità a 20°

• Latte intero: 1,029-1,032
• Latte magro (no grasso): 1,035
• Grasso: 0,95 (la d varia in funzione del contenuto di grasso)
• Proteine: 1,2-1,3

Utilizzato per conversione peso/volume (per calcolare l'effettivo quantitativo di latte acquistato in litri ed il prezzo). 1 kg di latte intero=0,971L -> se acquisto autobotte da 10.000 kg di latte a 0,40 euro/L -> 3,884 euro

Calcolo del residuo secco (metodo in disuso)

Ottenuto con termo-lattodensimetro di Quevenne misura anche la T -> bisogna correlare T e densità.

pH

• Valore normale: 6,5-6,7 (per latte vaccino)
• Inversamente correlato al contenuto in caseina
• Latte umano: caseina 0,5% -> pH= 7
• Latte di pecora: caseina 4,5% -> pH= 6
• È sistema fortemente tamponato (grazie alla presenza di caseina) quindi il pH è molto stabile
• Valori anormali
• pH>6,7 -> latte povero in caseina
• latte mastitico: cellule lattogene non riescono a sintetizzare caseine (+ cellule somatiche ed eventuali antibiotici)
• latte di fine lattazione: dispendio E dirottato per la fase di asciutta e fecondazione
• latte povero in caseina a causa di forzatura della produttiva della vacca
• pH<6,5 -> diminuzione del pH è causato da saturazione del potere tampone della caseina
• latte acidificato: problematico perché il pH tende ancora di più a scendere durante la lavorazione ed un latte acidificato è fortemente instabile al calore
• latte colostrale: in cui cambia contenuto di proteine
• Latte alterato da cambio alimentazione (situazioni temporanee e risolvibili)

Acidità di titolazione

• Definizione: concentrazione totale di ioni H e degli acidi indissociati presenti in una soluzione

Titolazione: trovo la [] incognita di soluzione, usando soluzione basica/acida a [] nota fino al punto finale di titolazione (monitorando pH o viraggio fenolftaleina)

Titolazione latte

• Il punto finale di titolazione è pH 8,6 (monitoro con elettrodo o con indicatore colorimetro fenolftaleina)
• Scopo: trovare la [] di funzioni acide o basiche che hanno pK (pH al quale la funzione è dissociata al 50%, pH attorno al quale c'è l'effetto tampone) nell'intervallo di pH 6,5-6,7-8,6
• Acido fosforico: 3 funzioni acide (H3), la seconda funzione ha pK 7,1; dunque con la titolazione posso quantificarla (necessito di tanto NaOH a [] nota per salificare tutta la funzione acida)
• Fosfato è componente salino che tiene insieme micelle di caseine -> Latte ricco di fosfato = tanta caseina con struttura compatta
• Esteri fosforici della caseina: fosfato è legato con legame estere (covalente) alla caseina
• Nella caseina è presente la serina che ha un gruppo fosfato legato con legame estere
• Titolo questa funzione, che è proporzionale al contenuto di caseina
• Acido carbonico: quantitativamente poco rispetto ai fosfati
• Alfa-ammino gruppi terminali delle proteine:
• Titolo questi gruppi -> quantifico proteine
• l'80% delle proteine è caseina -> metodo per quantificare funzione legata alla caseina

Unità di misura: SH: gradi Soklet-Henkel su 100mL di latte. Sono i mL di una soluzione 0,25M di NaOH necessari per portare al viraggio con fenolftaleina 100mL di latte (ovvero i ml di soluzione necessari a spostare il pH). Valore normale: 6-8 SH / 100mL.

• <6 SH: latte povero di caseina e fosfati -> latte mastitico o di fine lattazione
• >8 SH: latte ricco di caseina e fosfati -> latte acidificato (quindi latte di partenza a pH basso) o colostrale

Punto di congelamento (anche dopo scarico del latte, in un secondo tempo)

• Serve per riconoscere eventuale annacquamento
• Latte può essere assimilato ad una soluzione acquosa
• Ogni mole di soluto abbassa il punto di congelamento di -1,85°C -> si possono calcolare quanti moli di soluto ci sono in 1 litro di latte e trovare il suo punto di congelamento

-1,85X0,31 = -0,57°C --> punto congelamento latte di massa (circa): -0,55°C. Con l'1% di acqua aggiunta, il punto di congelamento aumenta di circa 0,0055°C -> -0,515°C.

• Acidificazione: batteri trasformano di 1 mole di lattosio in 4 moli di acido lattico -> [molare] aumenta ed il punto di congelamento si abbassa

Un latte può essere annacquato e per ripristinare il valore di congelamento corretto può essere acidificato -> non ha senso analizzare il punto di congelamento di un latte acidificato.

Legislazione

• Reg CE 2597/97: latte alimentare deve avere p.c. che si avvicini a quello medio del latte crudo della stessa zona
• Olanda: tutto il latte viene campionato e mandato ad un unico centro di analisi -> tutte le stalle vengono analizzate con frequenza e facilmente
• Nord Italia: le stalle soprattutto danno latte per formaggi DOP, quelle che danno latte agli stabilimenti di produzione di latte alimentare sono poche -> il latte alimentare arriva dall'estero --> come si può sapere il p.c. del latte della zona del paese di provenienza del latte estero? (inoltre c'è pure miscelazione) sistema complesso di difficile analisi e controllo. Con questo regolamento tutelo il consumatore dalla frode degli stabilimenti, ma gli stabilimenti di lavorazione non sono tutelati rispetto alle frodi dei produttori di latte -> soluzione:

Il p.c. non è tra i parametri sottoposti a controllo dai reg comunitari, ma si aggiunge il valore di p.c. nei capitolati d'acquisto: nel contratto produttore - stabilimento di lavorazione si inserisce un accordo riguardo al p.c. Nel caso in cui ci sia un contenzioso per i valori del latte tra produttore e lavoratore -> Prova alla stalla: autorità veterinaria fa prelievo diretto nella stalla e analizza latte.

Come varia punto di congelamento in funzione della dimensione del campione

• Campioni di singole vacche (10-20L): il latte del singolo animale ha enorme variabilità del p.c. (come di tutta la composizione) ma la media della gaussiana (centro) ricade sul valore atteso
• Campioni di singoli produttori (10 quintali): ampiezza gaussiana ristretta, con media nel valore atteso
• Campioni da tank o autobotti (100 quintali): curva gaussiana molto stretta

La frode di annacquamento è aggirabile: anziché aggiungere solo acqua, aggiungere una soluzione isotonica con 0,3 moli/l, il p.c. non cambia perché non cambia la [molare] -> l'aggiunta fino al 5% di soluzione di NaCl isotonica al latte non è rilevabile sulla base del p.c., e neanche osservando la variazione di Na e Cl in quanto l'aggiunta non porta alla fuoriuscita dall'ampio range di variabilità nel latte di questi due ioni (Na: 0,36 - 0,52g/L e Cl: 0,98-1,13 g/L).

Instabilità

Instabilità latte crudo

Latte crudo: emulsione di olio in acqua altamente instabile. La stabilità corrisponde alla capacità di resistere ai fenomeni di separazione, aggregazione e coalescenza dei globuli.

• Latte fresco appena munto: bianco omogeneo, non si distinguono le fasi
• Latte dopo qualche ora: in superficie si forma strato di crema di globuli affiorati e la parte di latte scremato è meno bianca
• Latte in sosta ancora per del tempo: la fase di latte scremato diventa gel: micelle di caseina si destabilizzano ed interagiscono tra di loro -> fase temporanea ->
• Col tempo le micelle si avvicinano e tutta la caseina si deposita sul fondo come una massa compatta (coagulo contratto), in superficie la crema, nel mezzo la fase acquosa con lattosio, sali e sieroproteine

Instabilità del latte UHT durante conservazione

• Fenomeni dipendono dalla qualità latte crudo di partenza
• La domanda dei mercati per latte UHT è aumentata -> obiettivi di aumentare la stabilità fino ad 1 anno

Fenomeni di instabilità

• Affioramento del grasso

I globuli, per diminuire l'area di contatto con l'acqua, tendono ad aggregarsi ed affiorare per minore densità. Soluzione: omogeneizzazione del latte.

• La velocità di affioramento dei globuli diminuisce
• Il tempo di affioramento diventa maggiore dei termini di conservazione del latte -> fino a scadenza non ho affioramento
• Dopo 4-6 mesi, superando i termini di conservazione del latte, il grasso affiora -> problema se si vuole estendere la conservabilità

Effetti omogeneizzazione

• Riduzione dimensione globuli di grasso
• Aumento densità: grazie all'intervento di riparazione delle micelle sulle membrane
• Stabilizzazione sterica: aumentano le repulsioni tra i globuli di grasso
• Aumento superficie di interfaccia olio-acqua
• Azioni di contrasto di omogeneizzazione più efficaci:
• Omogeneizzazione a P più elevate
• Doppia omogeneizzazione: singola omogeneizzazione + seconda omogeneizzazione a P più elevate, in condizioni asettiche (avviene dopo sterilizzazione UHT)
• Gelificazione della componente proteica

Passaggio di stato da soluzione a gel compatto

• Teorie alla base della gelificazione del latte:
• Arrangiamenti chimico-fisici della proteine per via non enzimatica -> gel lasso
• Modificazioni enzimatiche: proteasi native e proteasi batteriche extracellulario termoresistenti che destabilizzano caseine -> gel consistente
• Meccanismo gelificazione: "rennet like" (simile alla coagulazione presamica) dall'azione di aprX

Proteasi aprX: metalloproteasi alcalina e termoresistente (marker per contaminazione da batteri psicrotrofi) che induce gelificazione. Ha attività proteolitica specifica sul legame 105-106 della k-caseina -> produzione di pseudo-GMP e pseudo-parakcaseina (GMP vero e parakcaseina derivano da attività proteolitica del caglio).

1. Trattamento termico UHT: denaturazione e insolubilizzazione della componente proteica -> micelle di caseina con frazione k-caseina
2. Se è presente aprX: durante conservazione del latte, proteolizza la k-caseina e si accumula pseudo-GMP
3. Micelle non più solvatate dalla k-caseina: tendono ad interagire tra di loro per interazione idrofobica: la componente sierosa si separa ed il latte gelifica -> Se nella frazione solubile si trova lo pseudo-GMP (o CMP: casein macroglicopeptide), questo accumulo di pseudo-GMP è marker predittivo per individuare i latti suscettibili a gelificazione

• Attività proteolitica specifica aumenta all'aumentare della carica batterica -> aumenta produzione di aprX
• Maggiore è la conservazione del latte, maggiore è la possibilità che gli effetti dell'attività proteolitica si manifestino

Azioni di contrasto

• Destinare alla produzione di latte pastorizzato i latti che all'arrivo hanno elevata CBT, di psicrotrofi soprattutto
• Microfiltrazione del latte: per trattenere le cellule batteriche
• Conservare il latte crudo a basse temperature per periodi brevi: no sviluppo psicrotrofi

Accumulo di sedimento

Accumulo della frazione proteica sul fondo della confezione

Azioni di contrasto

• Microfiltrazione: allontanare enzimi e proteasi responsabili attività proteolitica
• Conservare latte crudo a basse T per periodi brevi per mantenere bassa CBT e quindi mantenere basso pool enzimatico batterico
• Conservare il latte a temperature più basse: temperature alte favoriscono attività proteolitica

Sostanze azotate

Richiamo alla chimica delle proteine

• Organizzazione strutturale proteine latte
• Struttura primaria: sequenza amminoacidi