Química básica de la Leche

Los principales constituyentes de la leche son agua, grasa, proteínas, lactosa (azúcar de la leche) y sales minerales. La leche también contiene trazas de otras sustancias tales como pigmentos, enzimas, vitaminas, fosfolípidos (sustancias con propiedades lipídicas), y gases.

El residuo que queda cuando el agua y los gases son eliminados se llama extracto seco (ES, o materia seca) o contenido de sólidos totales de la leche.

La leche es un producto muy completo. Con objeto de describir sus distintos constituyentes y cómo se ven afectados por las diferentes etapas de procesado en la industria láctea es necesario recurrir a la terminología química. Por lo tanto, este capítulo sobre la química de la leche comienza con una breve revisión de algunos conceptos básicos de química.

Átomos

El átomo es el más pequeño constituyente de toda la materia en la naturaleza y no puede ser dividido químicamente. Una sustancia en la que todos sus átomos son del mismo tipo se le llama elemento.

En la actualidad se conocen más de 100 elementos. Como ejemplos se tienen el oxígeno, el carbono, el cobre, el hidrogeno y el hierro. Sin embargo, la mayor parte de las sustancias naturales están compuestas de varios elementos diferentes. El aire, por ejemplo, es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, anhídrido carbónico y otros gases, mientras que el agua es un compuesto químico de los elementos hidrógeno y oxígeno.

El núcleo del átomo consta de protones y neutrones. Los protones son de carga positiva, mientras que los neutrones son eclécticamente neutros. Los electrones, que giran alrededor del núcleo, llevan una carga negativa igual y opuesta a la carga unidad de los protones. Un átomo contiene el mismo número de protones que de electrones, con lo cual las cargas positivas y negativas son también iguales. El átomo es, por lo tanto, eclécticamente neutro.

Un átomo es muy pequeño. Hay tantos átomos en una pequeña moneda de cobre como segundos en mil billones de años. Incluso así, un átomo está compuesto principalmente de espacio vacío. Si consideramos que el diámetro del núcleo es 1, el diámetro del átomo entero es de alrededor de 10.000.

Iones

Un átomo puede perder o ganar uno o más electrones. Un alomo en esas condiciones ya no es eléctricamente neutro. Se le llama ión. Si el ión contiene más electrones que protones su carga es negativa, pero si ha perdido uno o más electrones su carga es positiva. Los iones positivos y negativos se encuentran siempre presentes al mismo tiempo; por ejemplo, en soluciones como cationes (carga positiva) y como aniones (carga negativa) o en forma sólida como sales. La sal común está formada por iones de sodio (Na) y de cloro (Cl) y su fórmula es NaCI (cloruro sódico).

Moléculas

Los átomos de un mismo elemento o de diferentes elementos pueden combinarse formando unidades más grandes que se llaman moléculas. Las moléculas pueden entonces formar sustancias sólidas, por ejemplo hierro (Fe) o arena de silíceo (SiO2). También se pueden formar líquidos, como por ejemplo el agua (H2O), o gases tales como el hidrógeno (H2). Si la molécula está constituida principalmente de átomos de carbono, hidrógeno y nitrógeno, entonces el compuesto formado se dice que es orgánico. Un ejemplo es el ácido láctico (C3H3O3). Esta fórmula quiere decir que la molécula está compuesta de tres átomos de carbono, seis átomos de hidrógeno y tres átomos de oxígeno. El número de átomos en una molécula puede variar mucho. Hay moléculas compuestas de dos átomos unidos y otras compuestas de cientos de átomos.

Fisicoquímica de la leche de vaca

La leche de vaca está compuesta en un 87% de agua y el resto es materia seca. La materia seca está suspendida o disuelta en el agua. Dependiendo del tipo de sólido de que se trate existen diferentes sistemas de distribución del mismo en la fase acuosa.

Definiciones

Emulsión: es una suspensión de gotitas de un líquido en otro. La leche es una emulsión de grasa en agua, la mantequilla es una emulsión de agua en grasa. El líquido finamente dividido se correspondería con la fase dispersa y el otro constituiría la fase continua.

Solución coloidal: cuando una sustancia existe en un estado de división intermedio al de una verdadera solución (por ejemplo, de azúcar en agua) y una suspensión (por ejemplo, yeso en agua) se dice que se trata de una solución coloidal o suspensión coloidal. Las características típicas de un coloide son:

• Pequeño tamaño de partícula

• Carga eléctrica y

• Afinidad de las partículas con las moléculas de agua.

En la leche las seroproteinas están en solución coloidal y la caseína en suspensión coloidal.

Las sales desestabilizan los Sistemas coloidales ya que producen el cambio de las uniones con el agua, reduciendo la solubilidad de las proteínas. También pueden provocar la desestabilización de esta solución coloidal otros factores como el calor, que da lugar al desplegado de las seroproteinas e incrementan la interacción entre las proteínas, o el alcohol que puede actuar deshidratando también las partículas.

Soluciones verdaderas: Las sustancias que cuando se mezclan con el agua u otros líquidos forman verdaderas soluciones, se dividen en:

• Soluciones no iónicas. Como cuando la lactosa está disuelta en agua, donde no tienen lugar cambios importantes en la estructura molecular de la lactosa.

• Soluciones iónicas. Como cuando la sal común se disuelve en agua, los cationes (Na+) y aniones (Cl) están dispersos en el agua formando un electrolito.

Acidez de las soluciones

Cuando un ácido (ácido clorhídrico, por ejemplo) se mezcla con agua desprende iones de hidrógeno (protones) con carga positiva (H+). Estos iones rápidamente atacan las moléculas de agua formando iones hidronio (H3O+). Cuando se añade una base (un óxido metálico o hidróxido) al agua, se forma una solución básica o alcalina. Cuando la base se disuelve desprende iones hidroxido (OH¨).

• Una solución que contiene igual numero de iones OH' y de iones hidrónio

H3O+ es neutra.

• Si la solución contiene más iones OH' que iones H3O+ es alcalina.

• Una solución que contiene más iones H3O+ que iones OH' es ácida.

La acidez gde una solución se determina como la concentración de iones H3Q+. Sin embargo, esto varía mucho de una solución a otra. El simbolo pH es utilizado para representar la concentración de iones hidronio. Matemáticamente, el pH es definido como el logaritmo negativo en base diez de la concentración de iones hidronio expresada como molaridad, es decir, pH = -log [H+].

Según esto, se tendría la siguiente escala a 25"C:

pH > 7 Solución alcalina

pH < 7 Solución ácida

pH = 7 Solución neutra

Neutralización

Cuando un ácido se mezcla con una base los iones hidronio e hidróxido reaccionan entre sí para formar agua. Si el ácido y la base se mezclan en unas determinadas proporciones, la mezcla resultante será neutra, sin exceso de iones de ningún tipo y con un pH de 7. Esta operación se llama neutralización.

La neutralización da como resultado la formación de una sal. Cuando se mezcla ácido clorhídrico (HCI) con hidróxido sódico (NaOH), reaccionan formando cloruro sódico (NaCI) y agua (H2O). Las sales de ácido clorhídrico se llaman cloruros y las sales de otros ácidos se nombran siguiendo la misma nomenclatura: el ácido cítrico forma citratos, el ácido nítrico forma nitratos, y así sucesivamente.

Difusión

Las partículas presentes en una solución (iones, moléculas o coloides) se ven influenciadas por fuerzas que las obligan a migrar (difundirse) desde áreas de alta concentración hacia áreas de baja concentración. El proceso de difusión continúa hasta que la solución entera es homogénea, con la misma concentración en todos sus puntos. El azúcar disuelto en una copa de café, es un ejemplo de difusión. El azúcar se disuelve rápidamente en la bebida caliente y las moléculas de azúcar se difunden hasta que están uniformemente distribuidas por toda la bebida.

La velocidad de difusión depende de la velocidad de las partículas, que a su vez depende de la temperatura, del tamaño de las partículas y de la diferencia de concentraciones entre los distintos puntos de la solución.

Referencias

Tetra Pak Processing Systems AB, Manual de Industrias Lácteas. Lund, Suecia. 1996. 436p.