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Il latte è uno dei pochi
prodotti alimentari che esiste naturalmente come emulsione.
Nel suo stato nativo, il latte è un’emulsione olio-in-acqua che consiste in globuli di grasso del latte sospesi in una fase acquosa che contiene proteine, carboidrati e minerali. Il latte è un fluido biologico complesso secreto dalle femmine di tutte le specie di mammiferi. Viene prodotto per soddisfare le esigenze nutrizionali del neonato come fornire energia, aminoacidi essenziali (AA) e micronutrienti necessari per un’adeguata crescita e sviluppo. A seconda della specie di mammifero, il neonato avrà esigenze nutrizionali molto diverse che porteranno a grandi differenze interspecie nella composizione lorda e nella resa del latte.
Il latte bovino (in particolare della specie Bos taurus) rappresenta l’84% della produzione totale globale di latte ed è stata oggetto di un’ampia caratterizzazione. Nelle società moderne, il latte viene raramente consumato nel suo stato naturale e di solito subisce una qualche forma di lavorazione prima del consumo, ad esempio separazione, omogeneizzazione, pastorizzazione e/o sterilizzazione. Il latte viene lavorato per creare numerosi altri prodotti alimentari popolari, come panna, gelato, yogurt, formaggio e burro.
La composizione del latte varia a seconda delle specie di mammiferi, delle variazioni genetiche, dell’età, dello stadio di allattamento, della dieta, dell’habitat, del clima, delle condizioni di conservazione, ecc. Tuttavia, le concentrazioni dei principali componenti del latte bovino tendono a rientrare in intervalli ben definiti. La composizione media del latte bovino proveniente dai bovini occidentali è:
Acqua 86,6 %
Lattosio 5%
Grassi 4.1%
Proteine 3.6%
Ceneri 0.7%
Acqua
Lattosio
Grassi
Proteine
Ceneri
86.6
5.0
4.1
3.6
0.7
%
%
%
%
%
La fase dispersa del latte bovino crudo costituisce tipicamente circa il 4,1% in peso della massa totale ed è costituita prevalentemente da lipidi. La frazione lipidica complessiva del latte bovino è costituita da circa il 96% -98% di triacilgliceroli, mentre il resto è costituito da diacilgliceroli, fosfolipidi, steroli, acidi grassi liberi e monoacilgliceroli. Questi componenti sono presenti all’interno delle goccioline o all’interfaccia olio-acqua a seconda della loro concentrazione e polarità.
Il grasso del latte ha una composizione di triacilglicerolo estremamente complessa, con centinaia di tipi diversi identificati. Gli acidi grassi più comunemente presenti nella frazione triacilglicerolo hanno catene idrocarburiche sature (ad esempio, 14: 0, 16: 0 e 18: 0) o monoinsaturi (ad esempio, 18: 1). Il grasso del latte contiene anche una percentuale significativa di acidi grassi saturi a catena corta (ad esempio, 4: 0-12: 0).
L’ampia gamma di punti di fusione esibiti dai diversi triacilgliceroli presenti nel latte significa che il grasso del latte si scioglie in un ampio intervallo di temperature, tipicamente da – 40 °C a + 40 °C.
Il comportamento di fusione e cristallizzazione del grasso del latte è fortemente influenzato dall’emulsione. Il grasso del latte emulsionato può essere raffreddato a una temperatura molto più bassa rispetto al grasso del latte sfuso, perché i nuclei eterogenei normalmente responsabili dell’avvio della nucleazione sono distribuiti su un numero molto più elevato di goccioline isolate. La cristallizzazione del grasso del latte emulsionato favorisce l’instabilità dell’emulsione in alcuni prodotti a causa della coalescenza parziale, ad esempio le creme, mentre in altri prodotti è un passaggio essenziale nella loro produzione, ad esempio il gelato o la panna montata. I globuli di grasso servono anche come veicoli per le vitamine solubili in olio presenti nel latte, quali le vitamine A, D ed E.
La membrana nativa del globulo di grasso del latte crudo è costituita prevalentemente da fosfolipidi e proteine, sebbene siano presenti anche vari altri tipi di lipidi polari e glicoproteine, ad esempio diacilgliceroli, monoacilgliceroli e acidi grassi liberi. La membrana del globulo di grasso ha uno spessore tipicamente compreso tra 8 e 10 nm. La composizione e la struttura di questa membrana possono essere modificate significativamente durante la lavorazione o lo stoccaggio a causa di riarrangiamenti fisici o reazioni chimiche dei vari componenti proteici e lipidici presenti. Quando il latte viene omogeneizzato, c’è un aumento di circa 5-10 volte della superficie specifica dell’olio esposto alla fase acquosa. Questa interfaccia aggiuntiva è coperta prevalentemente da proteine adsorbite dalla fase acquosa, cioè caseina e proteine del siero di latte. Tipicamente, ci sono circa 10 mg di proteine m-² adsorbite sulle superfici delle goccioline dopo l’omogeneizzazione, con la stragrande maggioranza (∼95%) costituita da caseine.
Studi di microscopia elettronica indicano che questo carico proteico relativamente elevato è dovuto all’adsorbimento di micelle di caseina sulle superfici delle goccioline. La ragione di questo fenomeno è stata attribuita al fatto che particelle relativamente grandi (come le micelle di caseina) sono adsorbite alle superfici delle goccioline piuttosto che alle particelle più piccole (come le singole proteine del siero di latte o le molecole di caseina) nelle condizioni di flusso turbolento prevalenti durante l’omogeneizzazione. Questo fenomeno può essere chiaramente visto quando emulsioni omogeneizzate olio-in-acqua contenenti micelle di caseina sono osservate al microscopio elettronico . Le regioni della superficie delle goccioline che sono coperte prevalentemente da micelle di caseina tendono ad avere un aspetto granuloso, mentre quelle coperte da singole molecole di caseina o proteine del siero di latte tendono ad avere un aspetto più liscio. La composizione e la struttura dello strato interfacciale nel latte omogeneizzato possono cambiare considerevolmente durante lo stoccaggio e la lavorazione, e questo a causa di riarrangiamenti molecolari o di reazioni chimiche delle proteine adsorbite, e a causa dell’adsorbimento competitivo tra diverse frazioni proteiche nella fase acquosa e nell’interfaccia. Le proprietà interfacciali possono anche essere alterate a causa dell’aggiunta di sostanze tensioattive che possono adsorbire sulla membrana e spostare le proteine; un esempio sono gli emulsionanti a piccole molecole spesso aggiunti al gelato e ai prodotti lattiero-caseari montati. La figura sotto mostra il cambiamento nella microstruttura interfacciale quando un tensioattivo a piccola molecola viene aggiunto a un’emulsione O/W che originariamente aveva micelle di caseina adsorbite sulle superfici delle goccioline di olio.
Esempio di spostamento di micelle di caseina dalle superfici delle goccioline di grasso mediante l’aggiunta di un tensioattivo a piccola molecola: (a) nessun tensioattivo (caseina adsorbita) e (b) con tensioattivo (caseina desorbita).
Micrografia TEM della miscela di gelato omogeneizzato (da Food emulsions principles_David Julian McClements
La fase continua del latte crudo dal punto di vista della composizione, è complessa ed è costituita principalmente da una miscela di proteine, zuccheri, minerali e vitamine idrosolubili. Tipicamente, la fase acquosa è leggermente sotto la neutralità, con un valore di pH compreso tra 6,5 e 6,7 a temperatura ambiente. Le proteine possono essere suddivise in due frazioni principali a seconda della loro struttura molecolare e delle caratteristiche di solubilità del pH: le caseine (∼80%) e le proteine del siero di latte (∼20%). Le caseine hanno strutture casuali prevalentemente flessibili e sono relativamente insolubili nei loro punti isoelettrici (pI ≈ 4.6). Le proteine del siero di latte hanno strutture globulari compatte e sono relativamente solubili nei loro punti isoelettrici (pI ≈ 5.2). Le proteine del siero di latte tendono a dispiegarsi quando riscaldate al di sopra di circa 60-80°C, il che può portare a un’estesa aggregazione proteica attraverso l’attrazione idrofobica e la formazione di legami disolfuro.
Le caseine sono stabili all’aggregazione durante il trattamento termico quando riscaldate isolatamente, ma possono formare complessi insolubili quando riscaldate in presenza di proteine del siero di latte. Nel latte crudo, le proteine del siero di latte tendono ad esistere come monomeri o dimeri, mentre le caseine si raggruppano in aggregati molecolari denominati “micelle di caseina“. Queste micelle variano in raggio da decine a centinaia di nanometri, e sono responsabili dell’aspetto torbido del latte scremato a causa della loro capacità di disperdere la luce. Le micelle di caseina sono tenute insieme da una combinazione di attrazione idrofobica e ponti salini che coinvolgono ioni multivalenti, tra cui calcio, magnesio, fosfato e citrato. La fase acquosa contiene anche una varietà di minerali organici e inorganici, come cloruri, fosfati, citrati e bicarbonati di sodio, potassio, cloruro e magnesio. Questi minerali possono essere presenti come ioni liberi o complessi ionici. In particolare, molti dei minerali polivalenti sono incorporati all’interno delle micelle di caseina, se fossero nel loro stato di ioni liberi, promuoverebbero la flocculazione delle goccioline. Il carboidrato predominante nel latte è il lattosio, che è un disaccaride composto di glucosio e galattosio. Il lattosio ha una solubilità in acqua relativamente bassa e può formare cristalli nei prodotti lattiero-caseari, conferendo una consistenza granulosa. Nel latte ci sono anche un certo numero di altri carboidrati, come glucosio, galattosio e oligosaccaridi.
Il latte bovino è un’emulsione olio-in-acqua costituita da goccioline di grasso del latte disperse in fase acquosa continua. Le goccioline di grasso nel latte crudo variano tipicamente tra 0,1 e 10 μm di raggio e in genere hanno un raggio medio tra 1 e 2 μm. Dopo l’omogeneizzazione, le goccioline di grasso variano tipicamente tra 0,05 e 0,5 μm di raggio e hanno un raggio medio di circa 0,25 μm. Come accennato in precedenza, le membrane interfacciali che circondano le goccioline di grasso nel latte omogeneizzato hanno in genere uno spessore compreso tra 8 e 10 nm, contenenti circa 10 mg di proteine m-², con la stragrande maggioranza (∼95%) di caseine. Questo carico proteico relativamente elevato è dovuto all’adsorbimento di quantità significative di micelle di caseina sulle superfici delle goccioline durante l’omogeneizzazione. Come accennato in precedenza, le regioni della superficie delle goccioline coperte da micelle di caseina tendono ad avere un aspetto granuloso se viste al microscopio elettronico, mentre quelle coperte da singole molecole di caseina o proteine del siero del latte tendono ad avere un aspetto liscio.
La tendenza delle goccioline ad aggregarsi nei prodotti lattiero-caseari dipende dalla loro composizione, dalla storia termica e dalla storia meccanica. La flocculazione delle goccioline può essere indotta regolando il pH, aggiungendo minerali, riscaldando, raffreddando o agitando.
Il latte bovino crudo è prodotto naturalmente dalle mucche. La fase lipidica, la fase acquosa e la membrana del globulo di grasso del latte sono sintetizzate in diverse regioni della ghiandola mammaria prima di essere riunito e rilasciato attraverso la mammella. Il latte viene raramente consumato allo stato grezzo a causa di processi di deterioramento fisico, chimico, biochimico e microbiologico. Il latte crudo contiene batteri ed enzimi che tendono a portare a un deterioramento abbastanza rapido della qualità e della sicurezza del prodotto. I prodotti lattiero-caseari ricevono quindi una varietà di trattamenti di lavorazione prima della distribuzione commerciale per garantire che siano sicuri da consumare e mantenere un elevato standard di qualità.
La dimensione relativamente grande delle goccioline di grasso nel latte crudo, significa che è il latte è altamente suscettibile all’affioramento. La stabilità nei riguardi di questo fenomeno del latte crudo è notevolmente migliorata riducendo la dimensione media delle goccioline tramite l’omogeneizzazione. Il dispositivo meccanico più comunemente usato per la produzione di latte omogeneizzato è l’omogeneizzatore a valvola ad alta pressione, sebbene possano essere utilizzati anche altri dispositivi, ad esempio omogeneizzatori ad ultrasuoni o microfluidizzatori. Con l’omogenizzazione, il raggio medio delle goccioline viene normalmente ridotto di circa 10 volte (da circa 2 a 0,2 μm), il che dovrebbe portare a una diminuzione della velocità di affioramento di circa 100 volte.
Dopo l’omogeneizzazione, il latte viene solitamente lavorato termicamente (pastorizzato) per distruggere i microrganismi che causano malattie e deterioramento e per inattivare gli enzimi indesiderati. L’entità della distruzione microbica e dell’inattivazione enzimatica dipende dalla temperatura e dal tempo di mantenimento utilizzati nel processo di pastorizzazione, con temperature più elevate e tempi più lunghi che distruggono più microrganismi ed enzimi. Tuttavia, l’eccessiva lavorazione termica riduce la qualità del latte poiché provoca: la denaturazione termica delle proteine del siero di latte, l’aggregazione proteica, la generazione di sapori e colori sgradevoli e la perdita di qualità nutrizionale. Le condizioni minime di trattamento termico necessarie per inattivare efficacemente i microrganismi nocivi dipendono dalla natura precisa del prodotto e sono altamente regolate da organizzazioni e governi nazionali e internazionali. Le combinazioni comunemente usate di temperatura e tempo di conservazione per il latte sono 72°C per 16 s (tempo breve ad alta temperatura, HTST) e 63°C per 30 minuti (tempo lungo a bassa temperatura, LTLF).
La durata di conservazione del latte può essere notevolmente estesa (a pochi mesi) utilizzando trattamenti termici più severi per uccidere tutti i batteri e le loro spore, ad esempio l’ultra-pastorizzazione o la lavorazione ad altissima temperatura (UHT). Le tipiche combinazioni temperatura-tempo utilizzate dall’industria lattiero-casearia per la sterilizzazione del latte sono 30 minuti a 110°C, 30 s a 130°C o 1 s a 145°C. Dopo la pastorizzazione, il prodotto viene rapidamente raffreddato a temperature di refrigerazione per ritardare la crescita dei microrganismi rimanenti.
La panna e il latte scremato vengono prodotti separando i globuli di grasso dalla fase acquosa mediante separazione gravitazionale o centrifugazione. I globuli di grasso hanno una densità inferiore rispetto alla fase acquosa circostante e quindi si muovono verso l’alto in presenza di gravità o di un campo centrifugo applicato. I prodotti lattiero-caseari possono quindi essere prodotti con tenori di grassi variabili miscelando diversi rapporti di latte scremato e panna.
La stabilità del latte è in gran parte determinata dalle proprietà dei suoi globuli di grasso. Il latte crudo è altamente instabile alla mantecatura a causa del diametro relativamente grande dei globuli di grasso del latte e della differenza di densità apprezzabile tra l’olio e le fasi acquose (∼80 kg m-³ a temperature di refrigerazione). Una quantità osservabile di affioramento, di solito può essere osservata nel latte crudo in poche ore o giorni. Nel latte crudo raffreddato, la velocità di affioramento può essere ulteriormente accelerata a causa della presenza di un complesso immunoglobulina-lipoproteina (crioglobulina) che può formare ponti tra i globuli di grasso del latte, promuovendo così la flocculazione delle goccioline. A temperature in cui il grasso del latte è parzialmente cristallino (0–10°C), le goccioline nel latte crudo sono suscettibili alla coalescenza parziale, specialmente quando il latte viene mescolato o aerato. L’entità dell’aggregazione delle goccioline dipende dal tipo, dalle dimensioni e dalla posizione dei cristalli di grasso all’interno dei globuli di grasso del latte, che è in gran parte determinata dalla composizione del grasso del latte e dalla storia termica del latte, ad esempio, dalla velocità di raffreddamento e dalle precedenti temperature di mantenimento. Il latte crudo è di solito abbastanza stabile al trattamento termico, anche se la membrana del globulo di grasso del latte subisce alcuni cambiamenti. Il latte omogeneizzato è suscettibile a molte delle stesse forme di instabilità del latte crudo, più alcuni fattori aggiuntivi. Il raggio medio delle goccioline nel latte omogeneizzato (∼0,2-0,3 μm ) è circa 5-10 volte inferiore a quello del latte crudo (∼1-2 μm). Di conseguenza, il latte omogeneizzato ha una stabilità molto migliorata all’affioramento (da ∼50 a 100 volte). Se la concentrazione di proteine presenti nella fase acquosa del latte crudo è insufficiente a coprire completamente tutta la superficie prodotta durante l’omogeneizzazione, le goccioline possono aggregarsi attraverso un meccanismo di flocculazione a ponte. Questo tipo di aggregazione di goccioline può spesso essere evitato utilizzando un omogeneizzatore valvolare ad alta pressione a due stadi, in cui il primo stadio è responsabile della riduzione delle dimensioni dei globuli di grasso e il secondo stadio è progettato per interrompere eventuali fiocchi formati attraverso il meccanismo di ponte. Una razionalizzazione dell’influenza delle condizioni ambientali sulla stabilità del latte omogeneizzato può essere ottenuta considerando che esso consiste principalmente di goccioline stabilizzate con caseina circondate da una fase acquosa contenente caseina e proteine del siero di latte. Ad esempio, la flocculazione delle goccioline può essere indotta diminuendo il pH verso il punto isoelettrico della caseina (pH 4,6), aggiungendo ioni minerali per schermare le interazioni elettrostatiche tra le goccioline (ad esempio, ioni sodio, potassio o calcio), riscaldando a una temperatura in cui la β-lattoglobulina si dispiega e forma complessi con le caseine che possono reticolare le goccioline, o aggiunta di caglio per scindere la parte idrofila della caseina adsorbita e ridurre lo spessore e la carica della membrana interfacciale.
Il latte ha una bassa viscosità; tuttavia, la viscosità del latte può aumentare sensibilmente se le goccioline e/o le molecole proteiche non adsorbite si aggregano per formare fiocchi perché questo aumenta la frazione volumetrica effettiva delle particelle. L’aggregazione può essere indotta regolando il pH al punto isoelettrico delle proteine, aggiungendo alte concentrazioni di ioni minerali per schermare le interazioni elettrostatiche, riscaldando per promuovere la flocculazione a ponte o raffreddando e tagliando per promuovere la coalescenza parziale. La viscosità dei latti e delle creme aumenta all’aumentare del loro tenore di grassi, come ci si aspetterebbe per le tipiche emulsioni olio-in-acqua. L’aumento più drammatico si verifica tra il 30% e il 40% di grasso del latte perché le goccioline iniziano a diventare vicine al loro impacchettamento. Ciò spiega l’elevata viscosità delle creme pesanti che hanno un contenuto di grassi superiore al 40%.
L’aspetto torbido del latte scremato è il risultato della diffusione della luce da parte delle micelle colloidali della caseina. Le micelle di caseina diffondono la luce più fortemente nella regione blu dello spettro visibile rispetto alla regione rossa, in modo che il latte scremato appaia diverso se visto in modalità di riflessione o di trasmissione. Il latte scremato appare bluastro se visto in modalità riflessione perché una frazione maggiore di luce blu viene dispersa verso l’occhio e rossastro se visto in modalità di trasmissione perché la luce blu viene filtrata selettivamente dalla luce trasmessa. La leggerezza del latte aumenta all’aumentare del tenore di grassi, in particolare nell’intervallo di concentrazione da 0 a 4 wt%, a causa della dispersione della luce da parte dei globuli di grasso. Il latte contiene anche un certo numero di cromofori che assorbono la luce, come i carotenoidi e la riboflavina, che contribuiscono al suo colore.
Il sapore del latte è piuttosto neutro, quindi qualsiasi lieve cambiamento è facilmente rilevabile all’assaggio. Un profilo aromatico dannoso può verificarsi nel latte a seguito del consumo di alimenti contenenti sapori sgradevoli da parte della mucca. In alternativa, i sapori sgradevoli possono essere generati all’interno del latte a causa di reazioni chimiche o biochimiche promosse da luce, ossigeno, calore, enzimi o attività microbica. Per evitare la formazione di sapori sgradevoli, i produttori di latte devono quindi controllare attentamente le condizioni di alimentazione, raccolta, conservazione, lavorazione e distribuzione. La complessa composizione chimica del latte significa che il suo sapore complessivo è il risultato di contributi di molti componenti diversi. I principali contributi al sapore del latte sono il sapore leggermente dolce del lattosio, il sapore leggermente salato dai minerali e i caratteristici odori lattiginosi prodotti dagli acidi grassi volatili a catena corta e dai composti dello zolfo. Questi odori sono spesso prodotti attraverso l’autoossidazione di lipidi o proteine. Il latte intero e la panna hanno una sensazione in bocca ricca e liscia, che viene in gran parte persa quando le goccioline di grasso vengono rimosse per creare latte scremato.
Dal Latte……………….
Il latte in polvere è senza dubbio il prodotto derivato dal latte più largamente impiegato nel campo alimentare. Generalmente si utilizza latte magro con un contenuto di grassi inferiore allo 0,5% perché più stabile organoletticamente (i grassi del latte trattati con il calore vanno facilmente incontro a fenomeni ossidativi che ne alterano gusto e conservabilità). Il latte in polvere viene preparato partendo quasi sempre dal latte scremato a cui viene eliminata quasi totalmente la parte acquosa. Vari sono i procedimenti in uso per la sua produzione, ma fondamentalmente essi possono essere raggruppati in due tipi: con il primo tipo si ottiene un prodotto costituito da piccole scagliette derivanti da essiccazione del liquido in pellicole sottili su cilindri rotanti sottoposti a temperature elevate: in questo caso si parla di latte tipo roller; nel secondo tipo invece, l’essiccazione avviene mediante atomizzatori a spruzzo sotto pressione o ad aria compressa o a disco, e il prodotto finale è costituito da particelle sferiche: si parlerà allora di latte spray-dried. Da 100 kg di latte liquido si possono ottenere all’incirca 8,5/9,5 Kg di latte in polvere scremato.
Tipo di latte | Grassi % | Zuccheri % | Proteine % | Sali minerali, vitamine % | Acqua % |
LATTE INTERO | 3.5-3.6 | 4.5-4.9 | 3.3-3.5 | 9.0 | 87.5 |
LATTE INTERO in POLVERE | 25-27 | 38-42 | 26-28 | 6.0 | 3.0-3.2 |
LATTE MAGRO in POLVERE | 0.7-0.9 | 51.5-56.2 | 33-37 | 8.3 | 3-5 |
LATTE CONDENSATO ZUCCHERATO | 9 | 56.5 | 9-11 | 8.7 | 26.5 |
Il latte condensato è un prodotto che si ottiene dal latte (intero o più o meno scremato) mediante sottrazione di una certa quantità d’acqua per evaporazione nel vuoto fino a ridurlo a circa 1/3 del volume iniziale. Se ad esso viene aggiunto dello zucchero si parlerà di “latte condensato zuccherato”. Per la fabbricazione di questi prodotti il latte viene prima pastorizzato e poi concentrato sotto vuoto a 45-60°C, quindi raffreddato e agitato per evitare la formazione di cristalli di lattosio ed infine confezionato in scatole metalliche previamente sterilizzate. La sua conservabilità è dovuta sia dai trattamenti termici subiti, sia all’azione antimicrobica esercitata dal saccarosio.
Latte scremato istantaneizzato può essere ottenuto mediante due diverse tecnologie fra di loro molto vicine:
⊃ La polvere ottenuta dalla spraizzazione, con umidità residua non > 4%, viene riumidificata fino al 15% circa (con o senza aggiunta di lecitina ) ed essiccata su letto fluido fino a 3,5% max di acqua;
⊃ Dopo la spraizzazione la polvere con un elevato tasso di acqua residua passa direttamente in un letto fluido per l’essiccazione finale.
In entrambi i casi si creano agglomerati a basso peso specifico che presentano la caratteristica di una eccezionale bagnabilità e disperdibilità in acqua, che accelerandone la idratazione ne accelera enormemente la solubilità. Si ha il massimo consumo nelle miscele in polvere anidra per la produzione di semilavorati da sciogliere a freddo.
Tipo di latte | Grassi % | Zuccheri % | Proteine % | Sali minerali, vitamine % | Acqua % |
Panna fresca | 35 | 2.3 | 2.4 | 0.3 | 60 |
Panna da cucina | 20 | 3.9 | 2.8 | 0.3 | 72 |
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