Anna Maria Caroli AgriFood Lab Dipartimento di Medicina Molecolare e Traslazionale Università degli Studi di Brescia. Il Latte

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1 Anna Maria Caroli AgriFood Lab Dipartimento di Medicina Molecolare e Traslazionale Università degli Studi di Brescia Il Latte

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3 Latte e proprietà nutrizionali Il latte è un alimento completo ed equilibrato dal punto di vista della sua composizione E un importante fonte di macro e microelementi e di sostanze nutritive. Verranno messe in evidenza le principali proprietà composizionali e nutritive del latte e dei suoi derivati. Verranno affrontati in modo semplice ma essenziale i principali aspetti della sua produzione e della sua trasformazione tecnologica, con particolare attenzione a semplici esperimenti in laboratorio. 3

4 Latte e biodiversità animale La biodiversità animale è un patrimonio di grande importanza che l uomo deve salvaguardare con attenzione. In particolare, per quanto riguarda la produzione di latte, le specie e le razze rappresentano un ampia fonte di variabilità biologica che la zootecnia è chiamata a preservare per ottenere una gamma di prodotti con differenti caratteristiche organolettiche e nutrizionali. Verranno fornite le informazioni di base riguardo al miglioramento genetico della produzione di latte. 4

5 Premessa Lombardia: motore agricolo d'italia. Produzione: 41% riso nazionale, 23% delle carni bovine, 40% carne suina, 40% latte. Produzione agro-industriale lombarda: >15% totale nazionale (11 miliardi euro = 4% del PIL regionale). Produzione agricola e attività di trasformazione alimentare: strutture produttive Oltre lavoratori ( stabilmente occupati), ovvero il 3,6% delle forze di lavoro lombarde. 5

6 Cos è il latte Definizione biologica: secreto della ghiandola mammaria dei mammiferi - a spese del sangue (es. immunoglobuline) - elaborato da mammella (es. caseine) 6

7 Cos è il latte Termine latte senza nessuna altra specificazione: latte bovino Latte di altre specie animali: obbligatorio specificare provenienza ("latte di pecora", "latte di capra", ecc.) 7

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9 Cos è il colostro Colostro: primo liquido secreto dalla mammella subito dopo il parto Denso, colore giallognolo In circa 3 giorni modifica le sue caratteristiche fisiche e chimiche, assumendo quelle del latte. Indispensabile al vitello (funzioni immunitarie, nutritive per apporto di vitamine) 9

10 Prodotti lattei Prodotti primari e non trasformati = latte e colostro crudi (= non riscaldati > 40 C) Prodotti trasformati : formaggi, latti fermentati, latti trattati ad alte temperature Prodotti complessi = prodotti lattei trasformati + prodotti di origine vegetale 10

11 Filiera lattiero - casearia Dal campo alla tavola 1) Azienda di produzione del latte (produzione primaria) 2) Centro di raccolta (eventuale raccolta, refrigerazione e filtrazione del latte) 3) Centro di standardizzazione (eventuale scrematura o modifica componenti latte) 4) Stabilimento di trattamento (termico) 5) Stabilimento di trasformazione 6) Commercializzazione (detenzione, esposizione, vendita, consegna) 11

12 iroma.it/azienda/filieradel-latte/ 12

13 ricotta 13

14 Industria lattiero-casearia 14

15 Caratteristiche fisico-chimiche latte Il latte è uno dei pochi alimenti completi, perché contiene una quantità significativa di tutti i macronutrienti: carboidrati, proteine, grassi. Liquido biologico opalescente, sapore dolciastro e odore delicato, di composizione complessa. Colore bianco giallo (carotene, grasso) 15

16 Caratteristiche fisico-chimiche latte Dispersione acquosa di molte sostanze: in soluzione vera: lattosio, vitamine idrosolubili, sali minerali, sostanze azotate non proteiche in soluzione colloidale: proteine, fosfati in emulsione: grassi e vitamine liposolubili in sospensione: cellule e microrganismi 16

17 Caratteristiche fisico-chimiche latte Il latte possiede una lieve acidità naturale dovuta ai fosfati, citrati, CO 2 e proteine ph 6,5-6,7 A partire dal momento della mungitura, l acidità aumenta in quanto il lattosio del latte si trasforma parzialmente in acido lattico

18 Composizione del latte Bovino Capra Pecora Acqua % Residuo % Macrocomponenti Grasso % 3,4-3,6 4,3-4,4 5,0-7,0 Lattosio % 4,6-4,7 4,3-4,7 4,5-5,0 Proteina % 2,8-3,3 3,1-4,5 4,6-6,0 18

19 Composizione del latte COMPOSIZIONE DI DIFFERENTI TIPI DI LATTE (espresse in %) umano asina vacca bufala renna Estratto Secco Totale Materia Grassa Lattosio Sali Proteine Totali Caseina Sieroproteine Azoto non-proteico

20 Composizione del latte Fattori Endogeni Genetici Specie Razza Individuo Fisiologici Stato di salute Stadio di lattazione Fattori Esogeni Zootecnici Alimentazione Clima Management Stabulazione Tecnica e tempi di mungitura 20

21 Composizione percentuale del latte intero bovino 21

22 Composizione percentuale del latte intero bovino 22

23 Lipidi La percentuale di lipidi del latte vaccino varia dal 3.5% al 5.5% a seconda delle razze: quelle comunemente allevate per produrre latte contengono il 3.5-4% di lipidi. Il grasso è presente in emulsione (piccole particelle che "navigano" in un liquido) sotto forma di globuli che hanno un peso specifico inferiore all'acqua e che quindi tendono a risalire in superficie come palline di polistirolo in acqua, formando uno strato di crema. 23

24 Lipidi Il grasso del latte è il più complesso presente in natura: è composto da centinaia di grassi diversi. Gli acidi grassi tipici del latte di tutti i ruminanti sono l'acido butirrico, capronico, caprilico e caprinico: questi composti volatili conferiscono l'aroma particolare ai formaggi, in seguito ai processi di lipolisi che avvengono durante la maturazione. Il grasso del latte è prevalentemente saturo, a causa dei batteri presenti nel rumine che idrogenano i grassi alimentari trasformandoli in grassi saturi. 24

25 Lipidi Gliceridi (98-99%; specie trigliceridi), fosfolipidi (1%), steroli esterificati, frazione insaponificabile (compreso vitamine liposolubili A, E, D, K) Grasso presente in emulsione sotto forma di globuli di diametro medio di 3 µm (range: 1-15 µm) Globulo: pellicola di natura lipoproteica spessa 0,02 nm (membrana) che racchiude i trigliceridi (core) Globuli nel latte appena munto: tendono a portarsi in superficie e affiorano (strato di crema) 25

26 Lipidi Milk Fat globule. (A) Diagram of the phosopholipid layer surrounding a fat globule. (B) Cryo-electron microscopy image of a fat globule. The scale bars are 0.1 μm. 26

27 Lipidi Numerosi acidi grassi di vario tipo: a catena corta, media, lunga, ramificata, a numero pari e dispari di C, saturi e insaturi, cis e trans, ciclici, ossiacidi, chetoacidi. Poco più di una decina presenti in percentuale superiore all 1% Più rappresentati: miristico, palmitico, stearico, oleico 27

28 Lipidi Latte di asina crudo al microscopio a contrasto di fase. Si osservano bene, a diverso ingrandimento, i globuli di grasso al naturale. Latte di vacca fresco pastorizzato, parzialmente scremato. Si può osservare allo stesso ingrandimento del precedente, un maggior numero ed una minore dimensione delle particelle di grasso. Latte di vacca a lunga conservazione, parzialmente scremato. Si può osservare allo stesso ingrandimento del precedente, una ulteriore frammentazione delle particelle di grasso. 28

29 Lipidi Globulo Evoluzione della struttura della membrana del globulo di grasso Cellula mammaria 29

30 Lipidi Acido butirrico, capronico, caprilico e caprinico: caratteristici del latte dei ruminanti Acidi grassi: provengono da sangue e ghiandola mammaria Tasso di materia grassa: varia in funzione del regime alimentare Rapporto acetato/propionato rumine: proporzionale a % grasso 30

31 Lipidi Studi recenti hanno messo in luce gli effetti benefici sulla salute dell uomo del latte ed i suoi derivati, soprattutto in virtù della presenza di alcuni acidi grassi. Tra questi vengono annoverati l acido butirrico (C4:0) presente nel latte nella misura del 3% e ritenuto un agente antitumorale (Sengupya 2006), l acido oleico (C18:1, cis 9) in quantità variabile tra il 15 ed il 25% con azione positiva sul rapporto LDL/HDL favorendo la diminuzione del colesterolo totale; gli acidi grassi omega 3 proteggono dalle patologie coronariche; gli isomeri coniugati dell acido linoleico (CLA) con innumerevoli azioni benefiche. 31

32 Glucidi Il lattosio è uno zucchero esclusivo della ghiandola mammaria Disaccaride costituito da glucosio e galattosio Concentrazione del lattosio nel latte: 4,7-5,2 % Presenti in quantità minore altri zuccheri: glucosio, galattosio, N-acetilglucosammina, zuccheri fosforilati, oligosaccaridi 32

33 Glucidi Ruolo del lattosio: fornire energia; fornire a neonato galattosio per sintesi strutture nervose; pabulum per batteri lattici intestinali Regola la pressione osmotica del latte (isotonico con il sangue: la quantità d acqua che viene richiamata dal sangue è proporzionale al lattosio in soluzione) 33

34 Glucidi intolleranza umana al lattosio soprattutto in adulti causa: diminuita o nulla produzione a livello intestinale di LATTASI (enzima che scinde il lattosio) a volte congenita prodotti latti DELATTOSATI 34

35 Vitamine Tutte presenti nel latte crudo Tra le liposolubili hanno importanza significativa vitamina A e il carotene (soprattutto in estate autunno). Presenti nel globulo di grasso. Tra le idrosolubili la B1, la B2, la B12 e l acido pantotenico. Presenti nel siero. A seguito dei trattamenti di risanamento e di conservazione subiscono notevoli riduzione. 35

36 Sali minerali Ioni metallici, inorganici e organici Circa 1% In soluzione nel siero o legati a caseine Fosfati, citrati, potassio, calcio, sodio, cloruri, ferro, rame, zinco, magnesio latte mastitico e colostro: aumenta cloruro di sodio (sapore salino latte) 36

37 Altri costituenti La ghiandola mammaria sintetizza acidi organici: - acido orotico (precursore delle pirimidine) - acido citrico (con i citrati, contribuisce al potere tampone del latte) Il latte contiene anche ormoni (tiroidei, ipofisari, surrenalici) e cellule (provenienti dal sangue e dall epitelio mammario) 37

38 Altri costituenti Nel latte sono presenti cellule somatiche: cellule epiteliali, di desquamazione della mucosa che riveste mammella (~ 20%) globuli bianchi, normalmente in quantità inferiore a cellule/ml (~ 80%) Conta delle cellule somatiche (CCS o SCC): accettata a livello internazionale come indice della qualità del latte (condizioni igieniche, stato sanitario delle bovine) 38

39 Cellule somatiche Globuli bianchi o leucociti (80% circa delle cellule totali in latte di mammelle sane): Presenti nel latte proveniente da mammelle sane in concentrazioni < a cellule/ml Aumentano considerevolmente in situazioni patologiche (es. mastiti) Suddivisi in: macrofagi, linfociti e neutrofili 39

40 Cellule somatiche a) macrofagi (55-65%): sono il tipo cellulare predominante nel latte normale In caso di infezioni mammarie: fagocitano batteri e favoriscono la migrazione di neutrofili da sangue a latte Aumentano nel processo di involuzione della messa in asciutta. 40

41 Cellule somatiche b) linfociti (8-9%): organizzano e coordinano attività cellule coinvolte nel sistema immunitario di difesa esprimono livello di immunità c) neutrofili (10-15%) Maggioranza dei leucociti nel latte mastitico Riconoscono e inglobano batteri (fagocitosi) Aumentano nel latte nel processo infiammatorio (12-24h dopo inizio infezione batterica). 41

42 Cellule somatiche Cellule epiteliali (20% circa delle cellule totali in latte di mammelle sane) Cellule di sfaldamento provenienti dalla mucosa interna della mammella, sono di risconto abbastanza normale Non rivestono particolare significato patologico Aumentano verso il periodo di fine lattazione 42

43 Cellule somatiche In latte normale: cellule/ml Aumentano in colostro, latte fine lattazione, latte MASTITICO Risposta a processi infiammatori varia in funzione specie: es bovini reagiscono a Staphylococcus aureus e Streptococcus agalactiae, meno a Stafilococchi coagulasi negativi (SCN), incontrario in ovini e caprini 43

44 Elementi biologici Il latte, anche se ottenuto da individui sani, contiene vari microrganismi: batteri (lattici, enterici, propionici, butirrici, proteolitici), lieviti, muffe, virus (occasionalmente) Carica microbica del latte: dipende dalle condizioni igieniche dell ambiente di mungitura e, per alcuni germi patogeni, dallo stato di salute degli animali 44

45 Elementi biologici Latte alla mungitura: attività battericida (si esaurisce in poche ore). Successiva moltiplicazione della flora lattica: in progressione logaritmica (se non refrigerato a 4 C). 45

46 Elementi biologici Germi patogeni (es. mastiti subcliniche) Contaminazioni germi da ambiente (v. igiene mungitura e refrigerazione latte): maggior parte delle contaminazioni Attenzione a coliformi (gonfiore precoce) e spore clostridi (gonfiore tardivo) per formaggi a pasta dura Parmigiano-Reggiano: divieto alimentazione con insilati Altri formaggi a pasta dura: consentito uso di additivi (lisozima e nitrati) 46

47 Vitamine Il latte contiene quantità significative di vitamina A, B1, B2, B5 e B12, che vengono in parte distrutte nei trattamenti termici che subisce prima di essere commercializzato. Sali minerali L'elemento più importante del latte è il calcio: il latte e soprattutto i suoi derivati rappresentano una fonte indispensabile per coprire il fabbisogno giornaliero di questo minerale. 47

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50 &nutriente=tutti&categoria=tutte&quant=100&submitted1=true&sendbutton=cerca 50

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52 Proteine La frazione proteica comprende: Caseina 80 % Sieroproteine 20 % β-lattoglobulina α-lattoalbumina altre proteine 52

53 Proteine Proteine sintetizzate dalla mammella caseine, β-lattoglobulina e α-lattoalbumina Caseine: fosfoproteine precipitabili per azione del caglio e per acidificazione del latte a ph 4,6 Le caseine formano aggregati = micelle caseiniche 53

54 Proteine b-lattoglobulina Sieroproteine a-lattoalbumina Lattoproteine proteine minori a s1 -cn Calcio-sensibili b-cn Caseine a s2 -cn Non sensibile k-cn 54

55 Proteine non sintetizzate dalla mammella Alcune sieroproteine derivano dal sangue Significato biologico e, a volte, tecnologico Esempi: Proteine minori Immunoglobuline: (IgG, IgA e IgM). Azione aggregante dei globuli di grasso (affioramento della crema). BSA (bovine serum albumin) 55

56 Proteine minori Proteine non sintetizzate dalla mammella Proteine che fissano ferro (lattoferrina e transferrina) e rame (ceruloplasmina) Presenti in piccole quantità Trasporto dei microelementi verso i diversi recettori (nei diversi tessuti) 56

57 Enzimi Proteine minori Catalizzano trasformazioni che influenzano la qualità organolettica e tecnologica del latte Oltre 60, con varie funzioni: degradazione (lipasi, proteasi); effetti su proprietà tecnologiche e organolettiche ; azione battericida o batteriostatica (lattoperossidasi, lisozima); alcuni usati per il controllo dell efficacia o dell entità dei trattamenti termici sui latti alimentari e sui prodotti derivati. 57

58 Classificazione di alcuni tipi di latte in commercio in base al trattamento termico 58

59 Sieroproteine rimangono solubili per acidificazione del latte a ph 4,6 a differenza delle caseine, sono termolabili (causa: presenza di gruppi cisteinici) β-lattoglobulina e α-lattoalbumina contengono, rispettivamente, 5 e 8 residui cisteinici per la loro struttura secondaria e terziaria sono definite proteine globulari. 59

60 Sieroproteine Rimangono in soluzione nel siero in seguito a precipitazione delle caseine a ph 4,6 e 20 C Circa il 20% delle proteine del latte Non precipitano per azione enzimatica (caglio) Non formano aggregati in soluzione nel latte Ricche in aminoacidi solforati e di amminoacidi essenziali elevato valore biologico alfa-lattoalbumina e beta-lattoglobuline: eccezionale fonte di amminoacidi ramificati (L-isoleucina L-Valina L- Leucina) 60

61 Beta-lattoglobulina Principale proteina del siero di latte nei ruminanti Funzioni non ancora del tutto chiarite Probabile ruolo nel metabolismo dei fosfati a livello di ghiandola mammaria Implicata nel trasporto di piccole molecole idrofobiche (es retinolo, vitamina D) Prima lattoproteina di cui è stato identificato un polimorfismo genetico 61

62 Alfa-lattoalbumina Interagisce con l enzima β-1,4-galattosiltransferasi nell apparato di Golgi delle cellule epiteliali mammarie formando il complesso della lattosiosintetasi Formazione di lattosio da glucosio e galattosio Sequenza amminoacidica, struttura secondaria e sequenza del DNA molto simili a lisozima di tipo c 62

63 Le caseine In condizioni normali: principali proteine del latte 78-80% delle proteine totali del latte (oscillazione 55-86%) Importante causa di variazione: mastiti (abbassano drasticamente contenuto in caseine) Aggregati proteici fosforilati altamente nutritivi Contengono tutti gli aminoacidi essenziali 63

64 Amminoacidi essenziali Gli amminoacidi essenziali sono quelli che l organismo non è in grado di sintetizzare e che quindi devono essere introdotti con la dieta. Nell adulto gli amminoacidi essenziali sono 8: leucina, isoleucina, fenilalanina, lisina, metionina, treonina, triptofano e valina; nei bambini anche la cisteina. 64

65 Valore biologico Il valore biologico è un parametro di valutazione degli alimenti in base alla qualità delle proteine contenute in essi. Esso dipende dalla composizione in amminoacidi di un alimento e dalla sua digeribilità, ed é definito come il rapporto tra l'azoto (N) trattenuto e l'azoto assorbito. 65

66 Valore biologico Il valore biologico di una proteina dipende dalla sua composizione in amminoacidi: infatti una proteina è utilizzata meglio tanto più la sua composizione amminoacidica si avvicina a quella della proteina da sintetizzare da parte dell'organismo animale. Le proteine animali hanno una composizione amminoacidica molto più vicina a quella del corpo animale (e quindi anche umano) di quanto non abbiano le proteine vegetali. 66

67 Valore biologico La carenza di un solo aminoacido rispetto alla quantità richiesta (aminoacido limitante) è responsabile del basso valore biologico di una proteina alimentare, valore che può quindi essere migliorato integrando con l'aminoacido mancante. In generale il valore biologico è alto nelle proteine animali (il valori piú alti sono quelli dell'uovo e del latte crudo), minore in quelle batteriche e basso in quelle vegetali. 67

68 Valore biologico 68

69 Le caseine Presenti nel latte in soluzione colloidale in micelle Possono essere separate per: Ultracentrifugazione Acidificazione Coagulazione enzimatica (chimosina nel caglio) Si distingue pertanto: caseina nativa (ultracentrifugazione) caseina isoelettrica (demineralizzata = priva di calcio e fosforo a causa dell acidificazione) cagliata enzimatica (costituita da fosfocaseinato di calcio) 69

70 La micella caseinica 70

71 alfa s1 -caseina 40% delle caseine nel latte bovino, 10-13% di quello caprino e 34-40% di quello ovino beta-caseina 45% delle caseine latte bovino, 64% caprino e 42% ovino alfa s2 -caseina 10% caseine bovine, 14-20% caprine, 12-16% ovine 71

72 kappa-caseina 10% caseine bovine, 18-22% caprine, 9-11% ovine FOSFOGLICOPROTEINA Glicosilazione Insensibile all azione degli ioni calcio a qualsiasi temperatura sempre solubile Stabilizza l intero sistema micellare del latte Funzione di colloide protettore nei riguardi della micella caseinica 72

73 AZIONE DEL CAGLIO SULLA k-caseina Idrolisi: suddivisione della catena in para-κ-caseina (amminoacidi 1-105) e caseinmacropeptide (CMP, amminoacidi ) Para-k-caseina: resta nella cagliata CMP è solubile siero NB: il caseinomacropeptide svolge importanti funzioni fisiologiche quali: - aumento dell efficienza digestiva - attività antibatterica 73

74 AZIONE DEL CAGLIO SULLA k-caseina La caseina è insolubile nell acqua per cui è presente nel latte sotto forma particelle insolubili chiamate micelle. Queste micelle sono tenute lontane dalla carica negativa presente sulla loro superficie e dovuta principalmente alla presenza di k-caseina. 74

75 AZIONE DEL CAGLIO SULLA k-caseina Quando la carica negativa viene neutralizzata a causa della presenza di acido oppure in seguito al taglio enzitico, le micelle formeranno un aggregato il cui effetto è la coagulazione e quindi la formazione della cagliata. La coagulazione enzimatica avviene in tre stadi. Durante il primo stadio la chimosina taglia un pezzetto della k-caseina trasformandola da fosfocaseinato di calcio in parafosfocaseinato di calcio. Il pezzetto tagliato (CMP) si allontana dalle micelle di caseina che a questo punto possono cominciare ad aggregarsi. 75

76 AZIONE DEL CAGLIO SULLA k-caseina cagliata siero 76

77 AZIONE DEL CAGLIO SULLA k-caseina Il secondo stadio è caratterizzato dall aggregazione delle micelle con incorporazione di acqua e dalla formazione del gel caratteristico della cagliata. Questa fase è facilitata dall abbassamento del ph fino a 4,6, dalla presenza di ioni di calcio e da una temperatura superiore ai 15 C. Il terzo stadio è caratterizzato dal riarrangiamento delle micelle dopo la formazione del gel e dall inizio dello spurgo del siero dalla cagliata (sineresi). 77

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79 I formaggi freschi fatti in casa 79

80 Caseificazione Durante il processo di caseificazione gran parte delle proteine e dei grassi presenti nel latte coagulano formando una massa gelatinosa solida (cagliata) che si separa dal siero. La coagulazione delle proteine del latte può avvenire: 1) per acidificazione 2) per azione enzimatica 3) per azione combinata di questi due fattori 80

81 Caseificazione 1) per acidificazione, abbassando il ph fino a 4.6. L abbassamento può essere o diretto aggiungendo aceto o succo di limone (mascarpone, panir) oppure mediante l aggiunta di batteri specifici (lattobacilli) che utilizzano il lattosio, uno zucchero presente nel latte, per formare acido lattico (quark/topfen, cream cheese, cottage cheese, Neufchatel). Questo tipo di coagulazione produce una cagliata più soffice rispetto alla cagliata enzimatica poichè l acido favorisce il distacco del fosfato di calcio dalle micelle di caseina. 81

82 Caseificazione 2) per azione enzimatica. Il caglio, chiamato anche presame, è un insieme di enzimi, in prevalenza chimosina, ricavati dall abomaso del vitello lattante. Il caglio agisce sulle molecole di caseina, la maggior componente proteica del latte, rimuovendo gli zuccheri e tagliando la proteina (ĸ caseina). Il caglio presente in commercio ha generalmente un titolo di 1:10000 il che significa che 1 ml di caglio è necessario per far cagliare 10 litri di latte in 40 minuti ad una temperatura di 35 C. 3) per azione combinata di questi due fattori. Questo tipo di coagulazione mista è il caso più comune 82