Processi delle industrie alimentari - industria lattiero casearia

Processi delle industrie alimentari

Industria lattiero-casearia

M. Grazia Felleca e Antonella De Marco

Industria lattiero-casearia

Lattogenesi

La secrezione del latte ha sede nella ghiandola mammaria. Questa è una ghiandola cutanea composta da una parte secernente ed una che funge da supporto. È costituita da quattro quarti indipendenti divisi tra loro da un solco intermammario; ciascun quarto è provvisto di un capezzolo e internamente accoglie una sola ghiandola.

Ogni quarto è costituito da:

• Parenchima: tessuto connettivo con funzione di sostegno.
• Sistema alveolare: è la parte secernente costituita da acini ghiandolari, chiamati alveoli (2). Ogni alveolo è costituito da:

Tessuto mioepiteliale sensibile all’azione dell’ossitocina, che permette la contrazione delle cellule mioepiteliali e la fuoriuscita del latte attraverso i dotti (4).

Cellule secernenti (lactociti) il cui reticolo endoplasmatico assorbe i precursori (acqua, aa, ac. grassi ecc.) dal sangue arterioso, li combina per mandarli nell’apparato del Golgi, che elabora la caseina, che fuoriesce dalla cellula e va a costituire le proteine del latte.

Lume, che può sopportare la pressione massima di 52 mmHg: se la bovina non viene munta, si accumula latte nel lume, la pressione impedisce al sangue di scaricare i precursori e non viene prodotto, così, altro latte.

• Cisterna del latte, dove è raccolto il latte proveniente dai dotti.
• Cisterna del capezzolo, che presenta una capacità di 20-50 ml.
• Capezzolo con sfintere.

Il latte viene prodotto quindi dagli alveoli, che, come i dotti intralobulari, sono circondati da cellule mioepiteliali contrattili, che si contraggono una volta raggiunte dall’ossitocina; in tal modo il latte passa dall’alveolo ai dotti intralobulari e da qui giunge ai dotti galattofori (5), che lo riversano nella cisterna del latte e poi alla cisterna del capezzolo; qui, per suzione o per pressione il latte può vincere la forza dello sfintere del capezzolo e fuoriuscire.

Lo sfintere è una formazione muscolare posta alla base del capezzolo e ne determina l’apertura o la chiusura.

L’attività secretoria della mammella dipende da un complesso ormonale elaborato dall’ipofisi; gli ormoni che ritroviamo sono:

• La prolattina, che stimola la sintesi dei componenti del latte.
• L’ormone della crescita.
• L’ormone placentario.

L’ossitocina è, invece, un ormone postipofisario che, come già detto, provoca la contrazione delle cellule mioepiteliali e l’espulsione del latte. L’allontanamento del latte dalla mammella può avvenire:

• Tramite suzione naturale: il latte viene sollecitato ad uscire grazie alla differenza di pressione provocata dalla suzione del lattante.
• Tramite mungitura a mano: il latte esce grazie al massaggio operato dal mungitore che con la pressione della mano vince la contrazione dello sfintere capezzolare.
• Tramite mungitura meccanica: l’allontanamento del latte rispecchia più fedelmente le caratteristiche della suzione naturale, anche se, per diversi stimoli portati sul capezzolo, la produzione di latte si complica ulteriormente.

La maggior parte dei costituenti organici del latte è prodotta dalla ghiandola mammaria: il lattosio, i trigliceridi, la caseina, la β-lattoglobulina, l’α-lattoalbumina e l’acido citrico, che complessivamente costituiscono il 92% della sostanza secca del latte vaccino. Gli altri componenti, come albumina, globulina e cloruri, provengono direttamente dal sangue.

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Il latte come alimento

Il latte è uno degli alimenti più nutritivi e completi: nella prima fase della vita di un mammifero, oltre a ricoprire un importante ruolo nutrizionale, ha la funzione di trasmettere anticorpi ed elementi di difesa dalla madre al piccolo e di favorire la moltiplicazione della microflora intestinale simbiotica.

Il latte è un’ottima fonte di proteine ad elevato valore biologico: sono presenti tutti gli aa essenziali in equilibrio tra loro, soprattutto triptofano, metionina e cisteina.

Tra le vitamine più abbondanti ritroviamo la A, B₁, B₂ mentre la vitamina C e la vitamina D sono presenti in minore quantità. Le vitamine nel latte diminuiscono se il latte è sottoposto a trattamenti termici come la pastorizzazione e la sterilizzazione; invece, quando si ha la scrematura si assiste solo ad una diminuzione di vitamine liposolubili.

I sali minerali maggiormente presenti sono fosforo e calcio, entrambi essenziali per l’accrescimento dello scheletro del nascituro e durante tutta la sua vita. Il ferro, invece, è quello meno abbondante.

Il valore energetico del latte è fornito essenzialmente dai grassi e dal lattosio.

Il latte è un’emulsione di grasso in una dispersione di proteine e in una soluzione vera e propria di altre proteine. Queste tre fasi sono instabili e si separano facilmente lasciando a riposo il latte: dapprima si separa il grasso che affiora (emulsione), nel liquido sottostante, le particelle di caseina (dispersione) interagiscono tra loro creando un gel, la cui contrazione determina la formazione di coagulo che si deposita sul fondo separandosi dal siero (soluzione vera e propria) che va a trovarsi al centro. 10 14 17

Ogni millilitro di latte contiene, in media, 10 globuli di grasso, 10 micelle caseiniche e 10 sieroproteine.

Il latte è per definizione il prodotto della mungitura regolare e ininterrotta di animali in buono stato di salute, di alimentazione e in corretta lattazione. Quando si tratta di latte bisogna quindi specificare da quale specie animale è stato prodotto; se non viene specificato, ci si riferisce, allora, a quello di vacca. Ogni specie lattifera fornisce del latte diverso dalle altre per composizione.

Innanzitutto si va a distinguere il latte caseinoso (ricco di caseina) dal latte albumoso (in cui prevalgono le sieroproteine). Il latte caseinoso coagula in seguito all’azione del caglio o in ambiente acido, mentre quello albumoso coagula in seguito ad ebollizione. Il contenuto di proteine all’interno del latte dipende dalla velocità di accrescimento dell’animale che lo produce: se ha un lento sviluppo corporeo la quantità di proteine è bassa, così come il contenuto di lattosio; inoltre il contenuto di lattosio è inversamente proporzionale al contenuto di grasso.

Il latte più utilizzato per l’alimentazione umana, sia come alimento diretto sia come derivato, proviene da poche specie animali (vacca, capra, bufala, pecora). Il latte di bovina è quello maggiormente consumato.

Il latte di capra è di facile digeribilità, ha poca vitamina B₁₂ ed è utilizzato essenzialmente per la caseificazione. È più grasso rispetto al latte vaccino.

Il latte di pecora, dopo quello di vacca, è il più utilizzato per la produzione di prodotti lattiero-caseari; ha un colore leggermente giallognolo e un odore e un sapore caratteristici. Ha un contenuto di grasso circa il doppio rispetto al latte vaccino e anche il contenuto proteico è più elevato: queste caratteristiche lo rendono più adatto alla caseificazione.

Il latte di bufala, di colore bianco neve, è privo di odore caratteristico e ha un sapore delicato; ha un contenuto proteico e lipidico maggiore di quello del latte vaccino; per questo è utilizzato esclusivamente nell’industria casearia per la produzione delle caratteristiche mozzarelle.

Differenza tra latte umano e latte vaccino

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Il latte vaccino è caseinoso (80%).

Il latte umano contiene maggior contenuto di grassi insaturi a lunga catena (più digeribili) e contiene una maggiore quantità di lattosio.

Nel latte umano ritroviamo un contenuto minore di sali, ma in compenso ha ferro, rame e iodio in quantità maggiori. Questo spiega la motivazione per cui i lattanti che assumono latte vaccino sono maggiormente a rischio di anemia. Per questo, il latte destinato ai bambini viene dapprima umanizzato, ovvero reso più simile possibile al latte umano.

Latte bovino – costituenti principali

Acqua

L’acqua è il principale componente del latte, presente in una percentuale compresa tra l’86 e il 90%. Essa funge da solvente delle varie sostanze e favorisce lo sviluppo di microrganismi, anche di quelli che provocano la putrefazione e la decomposizione dell’alimento: infatti, tra i metodi di conservazione del latte abbiamo l’essiccamento. Inoltre la presenza di acqua nel latte garantisce anche le attività enzimatiche e l’equilibrio tra i vari componenti del latte.

Come in tutti gli alimenti, l’acqua nel latte si trova sotto due forme:

• Acqua libera, che favorisce lo sviluppo microbico; qui, si trovano tutti i componenti solubili.
• Acqua legata, che è impegnata con legami covalenti ad altri componenti e che quindi non può essere utilizzata dai microrganismi. La troviamo legata in parte ai fosfolipidi, alle proteine con funzione d’idratazione delle stesse.

La proteina lega con l’acqua tramite legami idrogeno. Il primo strato di molecole di acqua che ritroviamo attorno ad una proteina, è l’acqua legata propriamente detta; non possiede proprietà solventi e non congela a -18°C. Tra l’acqua legata propriamente detta e l’acqua libera esiste uno strato intermedio di molecole d’acqua legate tra loro tramite 1, 2 o 3 legami idrogeno. L’acqua legata e quest’altro strato di molecole d’acqua intermedio vanno nell’insieme a costituire l’acqua di idratazione delle proteine.

Nel latte la quantità di acqua libera e quella dell’acqua legata sono in equilibrio tra loro; questo equilibrio è influenzato da diversi fattori, quali: pH, T, concentrazione salina, ecc.

Tra i diversi componenti del latte le proteine trattengono un maggiore quantitativo di acqua: la caseina trattiene circa il 55% e le proteine solubili il 30%. I fosfolipidi anche hanno un’elevata capacità di trattenere l’acqua ma, dato che sono contenuti in piccole quantità, ne trattengono circa il 10%.

L’affinità dei vari costituenti del latte con l’acqua è importante da un punto di vista tecnologico, per la produzione di formaggi e latti in polvere.

Durante il processo di caseificazione, il tenore di acqua nella cagliata varia in funzione di parametri quali: pH, T, dell’azione del caglio e del sale; tali parametri devono essere considerati a seconda del tipo di formaggio che si vuole produrre: se si desidera produrre un formaggio a pasta dura, è importante che venga rapidamente allontanata l’acqua dalla cagliata durante la caseificazione.

Nelle cagliate magre è più difficile lo spurgo (l’allontanamento) rispetto alle cagliate grasse.

L’attività dell’acqua è quel parametro che ci indica quanta disponibilità di acqua libera c’è all’interno di un alimento, e permette di stabilire dei valori al di sotto dei quali lo sviluppo microbico diventa impossibile. L'attività dell'acqua (a_w) è il rapporto fra la pressione di vapore dell'acqua nell'alimento (o in una qualsiasi soluzione) e la pressione di vapore dell'acqua pura. Il suo valore dev’essere inferiore a 1. Man mano che si avvicina a tale valore, l’acqua è più disponibile per le fermentazioni microbiche.

Valori di a_w inferiori a 0,65 non permettono lo sviluppo microbico. L’attività dell’acqua è influenzata da diversi fattori:

• Concentrazione dei soluti.
• Presenza di colloidi idrofili.
• Cristallizzazione.
• Umidità dell’aria nell’ambiente in cui è conservato l’alimento: se l’umidità ambientale è più elevata di quella dell’alimento, l’acqua sarà assorbita da questo e la sua a_w aumenterà; viceversa, se l’umidità ambientale è minore di quella dell’alimento, l’acqua libera dell’alimento sarà ceduta all’ambiente, con una diminuzione, quindi, delle a_w nell’alimento.

Il latte e i suoi derivati hanno un valore di a_w elevato, il quale può essere abbassato con l’aggiunta di sostanze solubili come sali, zuccheri, glicerolo, ecc.

Il contenuto di acqua nel latte si determina per essiccamento con il calore, calcolando la perdita di peso che il latte subisce dopo essere stato sottoposto a riscaldamento a 105°C; è preferibile che l’essiccamento avvenga sotto vuoto e ad una T minore in modo da non comportare la degradazione del lattosio e la produzione di sostanze volatili.

Glucidi

Gli zuccheri presenti nel latte si possono suddividere in dializzabili e non dializzabili. La dialisi è un procedimento chimico-fisico con cui si separano una o più sostanze disciolte in un liquido, utilizzando una membrana semipermeabile che permette il passaggio di tali sostanze in una sola direzione. Quindi gli zuccheri dializzabili sono quegli zuccheri che possono essere separati da altre sostanze utilizzando una membrana semipermeabile che permette il loro passaggio. Quelli non dializzabili sono quelli che non possono essere separati dalle altre sostanze disciolte nella soluzione.

Inoltre gli zuccheri presenti nel latte si dividono in:

• Glucidi neutri: lattosio e derivati.
• Glucidi azotati: N-acetilglucosammina, N-acetilgalattosammina.
• Glucidi lattici: acido sialico.

Il lattosio è lo zucchero che si trova in quantità apprezzabili nel latte.

Il lattosio è un disaccaride costituito da galattosio e glucosio legati tra loro tramite un legame β-1,4-glucosidico.

Il metodo principale per preparare industrialmente il lattosio dal siero consiste nell’allontanare le sieroproteine e il fosfato di calcio per ebollizione e successivamente concentrare sottovuoto il siero limpido.

Per quanto riguarda le caratteristiche chimiche del lattosio, la presenza di una funzione aldeidica lo rende uno zucchero riducente, con un potere riducente minore di quello del glucosio (uno zucchero riducente è un composto che subisce facilmente l’ossidazione da parte di agenti ossidanti blandi).

Quando il lattosio è riscaldato in una soluzione acida, si idrolizza in glucosio e galattosio, ciascuno dei quali può perdere tre molecole d’acqua e produrre l’idrossimetilfurfurolo. Quest’ultimo, essendo instabile, si decompone in acido levulico, che conferisce al latte un sapore anomalo, e acido formico, che gli impartisce un odore pungente.

• 130°C → perdita dell’acqua di cristallizzazione.
• 150°C → formazione di cristalli vetrosi giallognoli.
• 175°C → caramellizzazione con conseguente formazione di prodotti solubili, insolubili e volatili.
• 180°C → il glucosio isomerizza a fruttosio e di conseguenza il lattosio si trasforma in lattulosio (galattosio + fruttosio). Proprio il tenore di lattulosio ci suggerisce a che tipo di trattamento termico è stato sottoposto il latte.

Questo zucchero, dializzabile e neutro, è il principale responsabile del sapore dolciastro del latte (anche se ha uno scarso potere dolcificante, per di più mascherato dalla caseina). Nella vacca circa il 90% del lattosio è sintetizzato dalla mammella a partire dal suo precursore, il glucosio,

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proveniente dal sangue; il restante 10% è prodotto sempre dalla mammella ma a partire dagli acidi grassi volatili.

Innanzitutto il tessuto mammario isomerizza il glucosio in UDP-galattosio, che, successivamente, grazie all’enzima lattosio-sintetasi, viene legato ad una molecola di glucosio per formare una molecola di lattosio.

La concentrazione del lattosio nel latte è influenzata anche dal tenore lipidico: man mano che aumenta la concentrazione in lipidi nel latte, decresce quella del lattosio.

Glucosio
↓
Glucosio-6-fosfato
↓
Glucosio-1-fosfato
↓
Galattosio-1-fosfato ← galattosio
↓ ↓
UDP-galattosio glucosio
lattosio

Il lattosio è il fattore limitante della produzione del latte, per cui gli animali che producono poco latte sintetizzano anche poco lattosio. Il tenore di tale zucchero diminuisce nei latti mastitici.

Questo zucchero, inoltre, rappresenta l’unica fonte di galattosio, utile per la sintesi dei costituenti dei tessuti nervosi.

Tra i costituenti del latte, il lattosio è quello che viene maggiormente attaccato dai microrganismi: infatti, costituisce un ottimo substrato per lo sviluppo di batteri nella produzione dei formaggi e risulta anche il maggior responsabile di fenomeni di alterazione del colore, dell’odore e del sapore del latte.

Il lattosio può essere assorbito come tale dall’organismo, in cui si trova un enzima, la lattasi, appartenente al gruppo delle β-galattosidasi, in grado di scinderlo nei suoi componenti idrolizzando il legame β-1-4 del disaccaride in questione. L’attività di quest’enzima, che normalmente è sempre presente nei lattanti, decresce, decresce negli adulti. Esso è prodotto in piccole quantità a livello delle ghiandole intestinali; negli individui privi di tale enzima si presenta l’intolleranza al lattosio, ciò porta a diarrea e co