1.9: Producción de Queso
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Producción de Queso (Universidad de Guelph, Producción de Queso)
La elaboración del queso es esencialmente un proceso de deshidratación en el que la caseína de la leche, la grasa y los minerales se concentran de 6 a 12 veces, dependiendo de la variedad. Los pasos básicos comunes a la mayoría de las variedades son la acidificación, la coagulación, la deshidratación y la salazón.
Proceso de producción de queso:
Componentes Químicos de la Leche
La leche está compuesta principalmente por agua con cuatro macromoléculas biológicas; carbohidratos (lactosa), grasas, fosfoproteínas de caseína y proteína de suero de leche.
Caseína
Las caseínas son fosfoproteínas. Estas proteínas son en su mayoría bobinas aleatorias que tendrán poca estructura secundaria o terciaria. Son altamente estables al calor.
- Definir la estructura primaria, secundaria y terciaria en las proteínas.
- Circular las cadenas laterales de serina fosforiladas en una unidad repetitiva típica en\(\beta\) -caseína.
- Las caseínas tienen una carga relativamente alta [negativa/positiva] de fosfatos.
La caseína existe en la leche como micelas que consisten en cientos de moléculas de caseína coordinadas con iones Ca +2.
- Dibuja una caricatura de varias proteínas globulares de caseína formando una micela con un centro hidrofóbico y una superficie externa hidrófila. Añadir los iones de calcio.
Agregación de caseína (formación de cuajada)
Aunque la micela de caseína es bastante estable, aquí hay dos formas principales en las que se puede inducir la agregación. La agregación es un paso clave en la producción de queso.
- Enzimático - quimosina (cuajo) u otras enzimas (importantes para cheddaras y gouda)
Durante la etapa primaria, el cuajo escinde el enlace Phe (105) -Met (106) de kappa-caseína formando una proteína soluble que se difunde lejos de la micela y la para-kappa-caseína.
Durante la etapa secundaria, las micelas se agregan. Esto se debe a la pérdida de repulsión estérica de la kappa-caseína. El calcio ayuda a la coagulación actuando como puente entre micelas.
Durante la etapa terciaria de coagulación, se forma un gel, la cuajada de leche se reafirma y el líquido se separa.
- Dibuja una caricatura de varias micelas aglutinándose. Mostrar los iones de calcio que actúan como puentes.
2. Ácido. La acidificación provoca que las micelas de caseína se desestabilicen o se agreguen. Los quesos frescos coagulados con ácido pueden incluir requesón, Quark y queso crema.
- Considerando el número de grupos fosfato presentes, sugerir lo que sucederá con los fosfatos a medida que el pH descienda por debajo de 4.6.
- Dibuja la reacción ácido-base que se produce.
- ¿Qué pasa con los iones Ca +2?
La coagulación ácida se puede lograr de forma natural con el cultivo iniciador de lactobacillus.
- Estas bacterias convierten la lactosa a _________________.
La cuajada ácida es más frágil que la cuajada de cuajo debido a la pérdida de calcio.
- Explique por qué la pérdida de calcio hace que una cuajada sea más frágil.
Suero
Las proteínas de suero incluyen\(\beta\) -lactoglobulina, alfa-lactalbúmina, albúmina sérica bovina (BSA) e inmunoglobulinas (Ig). Estas proteínas tienen estructuras terciarias y cuaternarias bien definidas. Son solubles en agua a pH más bajo pero no coagulan después de proteólisis o tratamiento ácido. Cuando la caseína se coagula con enzimas o tratamiento ácido, generalmente hay una etapa de colado mediante la cual el agua se separa de la cuajada.
- ¿El suero se queda con la cuajada o el agua?
Existe un tercer proceso para la coagulación de la caseína, el ácido térmico.
En este proceso, el calor provoca la desnaturalización de las proteínas del suero que pueden interactuar con las caseínas. Con la adición de ácido, las caseínas precipitan con las proteínas del suero.
- Dibuja una caricatura de este proceso.
En la coagulación ácido-calor, el 90% de la proteína puede ser recuperada. Ejemplos de quesos elaborados por este método incluyen Paneer, Ricotta y Queso Blanco.
Metabolismo de la Lactosa en Lactobacilos Homofermentativos
Visión general
Cuando se agregan lactobacilos a la leche, la bacteria utiliza enzimas para producir energía (ATP) a partir de la lactosa.
- El subproducto de la producción de ATP es __________.
El ácido láctico cuaja la leche que luego se separa para formar cuajadas, las cuales se utilizan para producir queso y suero de leche.
Anteriormente cubrimos la vía para que las bacterias conviertan la glucosa en ácido láctico.
- Recapitular esta vía y la razón por la que estas bacterias utilizan este proceso en lugar del ciclo de TCA y la fosforilación oxidativa.
Sin embargo, no hemos hablado de cómo esta bacteria puede convertir la lactosa en glucosa.
- La lactosa es un [monosacárido/disacárido/polisacárido]. Círculo uno.
La lactosa se hidroliza a glucosa y\(\beta\) galactosa.
- Dibuja los dos monosacáridos.
Metabolismo de galactosa
La glucosa se puede convertir en ácido láctico como se discutió anteriormente. La galactosa se convierte en glucosa 6-fosfato en cuatro etapas en la vía de Leloir.
Camino de Leloir paso a paso
1. La primera reacción es la fosforilación de galactosa a galactosa 1-fosfato.
- Dibuja la reacción y predice el producto para esta reacción.
2. La galactosa 1-fosfato reacciona con uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) para formar UDP-galactosa y se forman glucosa-1-fosfato.
- Dibuja la reacción y predice los productos para esta reacción.
3. El resto galactosa de UDP-galactosa se epimeriza a glucosa-1-fosfato. La configuración del grupo hidroxilo en el carbono 4 es invertida por UDP-galactosa 4-epimerasa.
Esta enzima utiliza NAD + en la primera etapa. Y luego regenera el NAD + en el segundo paso.
- Dibuja las flechas para esta reacción. Añadir en el NAD +.
4. La glucosa 1-fosfato, formada a partir de galactosa, es isomerizada a glucosa 6-fosfato por la fosfoglucomutasa.
En esta vía, UDP-glucosa y UDP-galactosa cumplen funciones catalíticas pero no están sujetas a ningún recambio neto. Por lo tanto, podría decirse que forman un pequeño ciclo metabólico entre los dos.
- Explique esta observación sobre el Camino de Leloir.
Maduración de Queso
Preparación y Maduración
Después de retirar el suero de leche la cuajada, existe una gran variedad de manejo de cuajada dependiendo del tipo de queso que se esté preparando. Algunas variedades de queso, como Colby o Gouda, requieren un lavado de cuajada para aumentar el contenido de humedad y reducir la acidez. La sal se agrega a algunos quesos a través de diferentes métodos: el Gouda se empapa en salmuera, mientras que al Feta se le agrega sal superficial.
Luego se madura la cuajada hasta que se producen los sabores y texturas deseados. Este proceso de maduración incluye fermentación adicional por bacterias, levaduras o mohos añadidos, y reacciones enzimáticas a partir de lipasas o cuajo añadidos. Estos procesos desarrollan características distintivas para cada queso.
En la siguiente tabla se muestra una muestra de moléculas de sabor derivadas de la descomposición de los
componentes de la leche.
| Proteína de Caseína | Grasas lácteas | Lactosa |
|---|---|---|
| Ácido etanoico | Ácidos Carboxílicos | Diacetilo |
| Aldehídos | Lactonas | Acetaldehído |
| Aminas | Ésteres | Ácido acético |
| Cetonas |
Más ejemplos: Simon Cotton, Educación en Química, Royal Society of Chemistry, Really Cheesy Chemistry
Maduración de Queso
Lipólisis
La lipólisis es un paso crítico es la lipólisis de triglicéridos a ésteres y ácidos que producen muchas moléculas sabrosas.
- Dibuja los productos de esta reacción de lipólisis.
El metabolismo de los ácidos grasos (b-oxidación) elimina a los carbonos a la vez a cada uno de estos ácidos grasos.
- Dibuja un par de ácidos grasos de cadena más corta.
A menudo están presentes esterasas que pueden convertir estos ácidos grasos de cadena más corta en ésteres metílicos.
- Dibuja un par de posibles ésteres metílicos de cadena corta.
Estos son malolientes y sabrosos
Maduración de Queso
Fermentación de ácido propiónico: Sabores
Las especies de Propionibacterium son anaerobios facultativos que pueden fermentar azúcares (glucosa o lactosa) en ácido propiónico. Este proceso crea aroma y sabores que se encuentran en los quesos suizos.
Un anaerobio facultativo es un organismo que: (elija la definición correcta)
- produce ATP por respiración aeróbica si hay oxígeno presente pero es capaz de cambiar a fermentación o respiración anaeróbica si falta oxígeno.
- no puede producir ATP en ausencia de oxígeno y morirá en ausencia de oxígeno.
Este proceso secuestra una parte del Ciclo de TCA.
- En el diagrama anterior, circule o resalte las estructuras que se utilizan en el ciclo de TCA.
- Esta vía funcionará cuando el ciclo de TCA esté [encendido/apagado] debido a ____________.
- Cómo ayuda esta vía a la bacteria a regenerar NAD +
Fermentación de ácido propiónico: Sabores
Un paso clave en la vía Wood-Werkman es transferir un grupo carboxilo de metilmalonil CoA a piruvato para formar propionil CoA y oxaloacetato.
Este mecanismo utiliza vitamina B12 (biotina).
Dibuje las flechas para la descarboxilación de metilmalonil CoA:
El proceso continúa con la biotina carboxilada y el enolato de piruvato.
Dibujar el anión enolato del piruvato. ¿Es esto un nucleófilo o un electrófilo?
A medida que esta etapa continúa con la biotina carboxilada y el enolato de piruvato para formar oxaloacetato.
Dibuja las flechas para esta conversión.
Ahora que has hecho propionil CoA. ¿Cómo se convierte en ácido propiónico?
Dibuje flechas para este proceso de trans-tioesterificación. Asegúrese de incluir un intermedio tetraédrico.
Preguntas Extra
- La cuajada de la leche no es el único papel de la bacteria en la producción de queso. El ácido láctico producido por la bacteria baja el pH del producto y lo preserva del crecimiento por bacterias y mohos no deseados mientras que otros productos metabólicos y enzimas producidas por Lactococcus lactis contribuyen a los sutiles aromas y sabores que distinguen a los diferentes quesos.
- Busca otros productos secundarios químicos creados por esta bacteria y qué “sabores” se imparten. (¡Más cubierto en la Sección de Yogurt!)
- Una deficiencia de la enzima lactasa en el intestino delgado da lugar a intolerancia a la lactosa, la cual se encuentra frecuentemente en la mayoría de las poblaciones fuera del norte de Europa que han pasado la edad infantil.
Si la lactosa no se escinde, no puede ser absorbida, por lo que viaja al intestino grueso. Muchas de las bacterias que allí se encuentran tienen la capacidad de metabolizar la lactosa, que felizmente convertirán en ácidos y gas.- ¿Alguien que sea intolerante a la lactosa podría comer queso? ¿Por qué o por qué no?
Fuentes
D. H. Hettinga y G. W. Reinbold, LAS BACTERIAS DE ACIDOS PROPIÓNICOS — UNA REVISIÓN Revista de Tecnología de la Leche y los Alimentos, 1972, 35 (6), 358-372.