1.1 INTRODUCCIÓN

Podemos afirmar, sin exagerar, que la leche es un suprasistema biológico muy complejo, intrínsecamente inestable, con sistemas dentro de otros sistemas, siendo todos ellos importantes para optimizar los rendimientos y la calidad en quesería. Por ejemplo, dentro del sistema leche se encuentra el subsistema proteínas; dentro de éste se encuentra el subsistema caseínas y dentro de éste último se encuentran las distintas caseínas.

Desde un punto de vista macroscópico, la leche se puede describir como un sistema polifásico que contiene agua, grasa emulsificada, micelas de caseína en estado coloidal y proteínas, lactosa, sales y micronutrimentos en solución. Desde una perspectiva mucho más detallada, es común, por ejemplo, que algunas de sus proteínas se encuentren en distintas variantes genéticas, con propiedades funcionales ligeramente diferentes.

Pero, más allá de estas complejidades, como comentan Klostermeyer y Reimerdes (1977), hay algunas características químicas básicas que se deben considerar primero para comprender mejor el comportamiento y la reactividad de las caseínas y de las proteínas lactoséricas durante la elaboración de un queso o un requesón. En este libro solamente mencionaremos en forma un tanto sencilla algunos aspectos importantes para una mejor comprensión de las contribuciones de estas proteínas a los rendimientos en quesería.

Un aspecto de gran importancia para los industriales es el valor monetario de los componentes de la leche, en particular de aquellos que más contribuyen a los rendimientos en quesería. Actualmente, el valor monetario de la leche cruda en la mayoría de nuestros países es aproximadamente equivalente a U.S.$ 0.25 por litro. Si usamos kilogramos en lugar de litros para medir la cantidad de leche, la cifra es de U.S.$ 0.24 por kilogramo de leche. Para convertir el precio, de dinero por litro a dinero por kilogramo, se divide entre la densidad de la leche, que es del orden de 1.03 kilogramos por litro.

Entonces, una de las preguntas críticas para los queseros y para los productores es: ¿Cómo están distribuidos los 24 centavos de dólar en los diversos componentes presentes en un kilogramo de leche cruda? La respuesta es muy importante porque, como veremos más adelante, lo que más contribuye al rendimiento de un queso son las proteínas y las grasas.

Aunque hay variaciones de varios tipos de país a país, creemos que la respuesta que se da enseguida es razonable para los propósitos de este libro y está avalada por tendencias crecientes internacionales y por los precios relativos de los componentes separados de la leche en el mercado internacional. Debido a las variaciones, las cifras que aquí se consideran no se deben tomar como cifras exactas; son cifras aproximadas, pero su propósito es resaltar la importancia de los cuidados necesarios para prevenir las pérdidas innecesarias de rendimiento y, por consiguiente, de utilidades. Cada empresario y productor de leche podrá ajustar las cifras y cálculos a sus condiciones locales.

Consideraremos, para empezar, que el total del valor monetario de la leche se debe a los sólidos de la leche y que el agua, que constituye cerca del 88 % de la masa de la leche, tiene un valor monetario esencialmente despreciable. Para casi todos los fines prácticos, esta es una suposición razonable cuando se trata de la industria de quesería. De hecho, ésta es la base para los sistemas de pago de leche en muchos países avanzados en lechería.

Para tener una respuesta a la pregunta hecha arriba, necesitamos además conocer la composición de la leche cruda o bronca con cierto detalle. Los argumentos para ésto se dan más adelante pero, para los fines de este libro, consideraremos que la leche típica de vaca en la mayoría de los países latinoamericanos tiene la composición que se muestra en la Tabla 1, sabiendo de antemano que siempre hay variaciones estacionales y de muchos otros tipos.

Todos los ejemplos se harán sobre esta base y, desde luego, el análisis de la composición de la leche ayudará a los industriales queseros y a los productores de leche a efectuar los ajustes correspondientes.

*Ver detalles en el Apéndice A.

La lactosa es un azúcar con poca funcionalidad y baja demanda comercial, por lo que su valor monetario es alrededor del 50 % del valor de la sacarosa o azúcar de mesa. La sacarosa tiene un precio de cerca de U.S.$ 0.50 por kilogramo, por lo que la lactosa tiene un valor cercano a 0.50 x 0.5 = 0.25 centavos de dólar por kilogramo. Las sales y minerales tienen un valor semejante.

La grasa de leche tiene un valor monetario cercano a U.S.$ 2.00 por kilogramo y las proteínas de la leche, en su conjunto, tienen un valor comercial que oscila entre dos y tres veces el valor de la grasa, dependiendo del país que se analice. En otras palabras, las proteínas de la leche en su conjunto tienen un valor monetario que oscila entre U.S.$ 4.00 y U.S.$ 6.00 por kilogramo. Como veremos más adelante, el conjunto de las caseínas tiene un valor monetario, por kilogramo, significativamente mayor que el del conjunto de las proteínas del lactosuero.

Tomemos entonces como base de cálculo 100 kilogramos de leche. Su valor monetario es cercano a 24 dólares. De esos 24 dólares, la lactosa y las sales y minerales representan (4.7 + 0.9) kg x U.S. $ 0.25/kg = U.S.$ 1.40 dólares. En otras palabras, el conjunto de lactosa y sales y minerales contribuye con el (1.40/24) x 100 = 5.8 % del valor monetario de la leche, aunque representan el 46.3 % de los sólidos de la leche. Claramente, son los componentes menos valiosos en términos de dinero.

Si los queremos ver por separado, la lactosa representa 4.7 kg x U.S.$ 0.25/kg » U.S.$ 1.18 dólares, que equivale al (1.18/24) x 100 » 4.9 % del valor monetario de la leche aunque, en términos de masa, representa el (4.7/12.1) x 100 » 38.8 % de los sólidos de la leche. Por su parte, las sales y minerales representan 0.9 kg x U.S.$ 0.25/kg » U.S.$ 0.23 que equivale al (0.23/24) x 100 » 1.0% del valor monetario de la leche aunque, en términos de masa, representan el (0.9/12.1) x 100 » 7.4 % de los sólidos de la leche.

La grasa representa 3.4 kg x U.S.$ 2.00/kg = U.S.$6.80 dólares. Esto equivale al (6.80/24) x 100 » 28.3 % del valor monetario de la leche aunque, en términos de masa, la grasa constituye solamente el (3.4/12.1) x 100 » 28.1 % de los sólidos de la leche. Es el único componente de la leche cuya participación en el valor monetario es similar a su participación en términos de contenido.

Por consiguiente, los 3.1 kg de proteínas presentes en los 100 kg de leche representan el dinero que falta para completar los 24 dólares que cuesta esta cantidad de leche cruda:

24.00 - 1.18 - 0.23 - 6.80 » U.S.$ 15.80 dólares.

Entonces, cada kilogramo del conjunto de proteínas tiene un valor monetario de 15.80/3.1 » U.S.$ 5.10 dólares. Esto es equivalente al (15.80/24) x 100 » 65.8 % del valor monetario de la leche aunque, en términos de masa, el conjunto de proteínas constituye solamente el (3.1/12.1) x 100 » 25.6 % de los sólidos de la leche.

Si queremos ver las caseínas y las proteínas del lactosuero por separado, algo que siempre es recomendable hacer, las primeras tienen un valor monetario cercano al doble del de las segundas y la razón es sencilla: son las caseínas las que contribuyen a casi la totalidad del rendimiento de queso en lo concerniente a proteínas.

Un cálculo sencillo muestra que, para la leche tipo que estamos considerando aquí, el valor monetario de las caseínas es de cerca de U.S.$ 5.70/kg y el de las proteínas del lactosuero es cercano a U.S.$ 2.80/kg. La Tabla 2 muestra un resumen de estos cálculos.

Como podemos apreciar, los componentes realmente importantes para los queseros, las proteínas y la grasa, representan cerca del 94 % del valor monetario de la leche, aunque solamente representen el 54 % de los sólidos totales de la leche y el 6.5 % de la masa de la leche cruda. Claramente, para optimizar los rendimientos, el énfasis debe estar siempre en minimizar las pérdidas de estos dos componentes, desde el ordeño de la vaca en la finca hasta el final de la fabricación del queso.

Examinemos brevemente la cuestión de la compraventa de leche fluida cruda, que tiene un impacto en la cantidad y calidad de la leche y, por lo tanto, en el rendimiento y costo de los quesos de ella obtenidos. Los sistemas de compraventa de leche entre la industria de quesería y los productores de leche fluida han evolucionado durante las últimas décadas de distinta manera en distintos países. Sin embargo, la característica de esta evolución es que se ha ido pasando de un esquema muy sencillo, generalmente un precio por litro o kilogramo de leche, a esquemas más precisos en los que juegan un papel no solamente la cantidad sino también la composición y la calidad de los componentes de la leche.

De hecho, en los países más avanzados en lechería, los sistemas de pago están basados en el contenido de los distintos componentes de la leche, con esquemas de sobreprecio por alta calidad y de penalización por baja calidad. Desde luego, distintos países acostumbran distintas variantes del sistema de compraventa por componentes y calidad; ninguna de estas variantes es necesariamente mejor que cualquier otra y su importancia principal reside en que son esquemas negociados y acordados entre productores y compradores con la intención de que todos ganen. Generalmente se cuenta con la participación de agencias gubernamentales, particularmente en lo concerniente a aspectos de salud pública. Estos esquemas de compraventa de leche no debieran ser rígidos, sino diseñados para poder ser modificados con el fin de adecuarlos, entre todas las partes involucradas, a las condiciones cambiantes del entorno.

Por otro lado, un sistema de pago exitoso para todos los grupos de interés sí debe satisfacer algunos requisitos generales: ser co-diseñado entre productores y empresas compradoras y estar basado en una intención genuina de optimizar las utilidades de ambas partes en el mediano y largo plazo. A final de cuentas, el criterio de éxito de una propuesta de sistema de pago de leche es la respuesta de los productores. Por otro lado, los acuerdos entre las partes deben ser traducibles a cambios factibles en las prácticas de producción de la leche.

Este es un tema muy dinámico y de interés permanente. La información que se da enseguida como ejemplo en esta sección está basada principalmente en la sesión que sobre el tema se realizó durante el XXIII Congreso Internacional de Lechería, en Montreal, en 1990 (International Dairy Federation, 1991a).

Existen dos tipos principales de esquemas: a) un pago base o pago de referencia, para leche de composición y calidad definidas, con bonificaciones y penalizaciones según ciertas diferencias respecto a la leche de referencia y b) pago por contenido de componentes específicos, particularmente proteínas y materia grasa, complementado por pago según calidad y volumen, incluyendo bonificaciones y penalizaciones que reflejen las diferencias correspondientes.

Así, por ejemplo, para 1990, países como Holanda, Inglaterra, Gales, Escocia, Irlanda del Norte, Dinamarca, Suecia, Finlandia, Noruega, Francia, Bélgica y Alemania ya usaban tipos de sistemas de pago que incluían el pago por el contenido de componentes específicos. Sin embargo, como es de esperarse, los criterios no son uniformes. Así, para la industria de leche fluida y crema, se considera que el mejor sistema es uno basado en un precio fijo más un sobreprecio por diferencial en el contenido de materia grasa por separado. Por otro lado, para la industria de quesería, prevalecen los esquemas en los que se asigna valor monetario a las cantidades de proteína y materia grasa, por separado. Esto tiene sentido, pues el rendimiento en quesería depende en gran medida del contenido de estos dos componentes en la leche.

Estos son algunos ejemplos de políticas de compraventa en algunos países, en 1990:

1. En Holanda, el factor más importante para la determinación del precio de la leche es el valor monetario de la materia grasa y la proteína.

2. En Noruega, la leche contiene, en promedio 3.9% de grasa y 3.2% de proteína. Se paga una bonificación por contenido de proteína mayor de 3.2% y se penaliza el contenido de grasa menor de 3.2%, pero no hay sobreprecio para contenido de grasa mayor de 3.2%.

3. En Francia, el pago se basa en los contenidos de materia grasa y proteínas. El contenido de referencia para materia grasa es 3.4 % y el de proteína es 3.2 %. Hay bonificaciones y penalizaciones para cantidades mayores y menores, respectivamente, de estos componentes. En ese país, la leche contiene, en promedio, 3.9 % de materia grasa.

En todos los países mencionados, el pago depende también de la calidad de la leche (bacteriológica, organoléptica, contenido o ausencia de inhibidores, conteo de células somáticas, etc.). Así, por ejemplo, en Francia hay dos etapas de penalización para cuentas aerobias totales (de 100,000 UFC/ml a 300,000 UFC/ml y mayores de 300,000 UFC/ml), tres etapas de penalización para el conteo de células somáticas (de 250,000 células/ml a 300,000; de 300,000 a 500,000 y mayor de 500,000) y una etapa para lipólisis (mayor de 0.25 de índice de acidez oléica).

En el Reino Unido, se da una bonificación para cuentas aerobias totales menores de 20,000 UFC/ml, no se bonifica ni se penaliza el rango entre 20,000 y 100,000 y hay penalizaciones severas para conteos mayores de 100,000 UFC/ml. También hay penalizaciones severas para conteos de células somáticas mayores de 700,000/ml. En el Reino Unido, el 80% de la leche está dentro de la banda de bonificaciones y menos del 2% está en la banda de penalizaciones.

Como ejemplo de un país latinoamericano, en Argentina la "Leche Base de Pago" es una leche con 3.3% de grasa, 3.1% de proteína, temperatura en-tre 5°C (leche enfriada) y 24°C (leche refrescada), con conteo de células somáticas entre 500,000 y 750,000 células/ml y con certificación que el hato está libre de brucelosis y tuberculosis. En caso de presencia de pesticidas e inhibidores, se da aviso y seguimiento al productor y, si no se resuelve el problema, la leche se rechaza. Hay bonificaciones para contenido de materia grasa mayor de 3.3%, para temperatura menor de 5°C y para conteo de células somáticas menor de 500,000/ml. Hay penalizaciones para temperatura mayor de 27°C, para conteo de células somáticas mayor de 750,000/ml y para recuento bacteriano, en varias etapas, según la prueba de reductasa.

Como se puede apreciar, hay una cantidad apreciable de variación entre los sistemas de pago de los distintos países. Esto depende, en general, de la situación actual en que se encuentran, del aspectos de composición y calidad de la leche que desean mejorar y de la percepción del valor monetario de los componentes de la leche en el mercado, según los tipos de productos lácteos que predominan en cada país.

Todos estos aspectos son cambiantes a través del tiempo pero, desde la perspectiva de la industria de quesería, el sistema de pago que tiene más sentido es el que se basa en el pago de los componentes de la leche por separado y en bonificaciones y penalizaciones por atributos de calidad.

Hay otras consideraciones que tienen efectos importantes sobre los sistemas de pago de leche. Dos de las más importantes son normatividad e infraestructura de laboratorios acreditados de análisis. Como señalan Harasic y Marbán (1999), "cuando las mediciones no son confiables, no pueden haber investigación, comercio, ni comunicación confiables". Entonces, mejorar la calidad y la cantidad de la leche es claramente un trabajo que se lleva años y que, para ser eficaz, requiere de la concurrencia de empresarios, productores de leche, universidades, centros de investigación y desarrollo y agencias gubernamentales. Ante un reto de esta magnitud, la premisa fundamental para el trabajo conjunto de diseño de los esquemas de compra-venta de leche es que es posible construir un sistema mediante el cual todos los grupos de interés ganen más de lo que ganan con el sistema actual.

Vale la pena hacer una aclaración importante: en la medida en que la calidad de la leche cruda aumente y en que aumente también la calidad de los quesos y la eficiencia de los procesos de quesería, es natural que aumente también el valor monetario del queso y, como consecuencia natural, el de la leche fluida usada para fabricarlo. Al suceder ésto, es muy probable que aumente en forma correspondiente el valor monetario de los componentes individuales de la leche, aunque dichos aumentos no serán directamente proporcionales y prácticamente todo el aumento del valor monetario se concentrará en las proteínas y en la grasa. En algunos países con leche de alta calidad y queserías altamente eficientes, el valor de las proteínas llega a más de U.S.$ 6/kg y el de la grasa a un poco más de U.S.$2/kg. Desde luego, aquí también juegan un papel importante otros factores tales como las variaciones en la demanda de grasas de origen animal por parte de los consumidores, el comportamiento del clima, los tratados comerciales etc.

En otras palabras, al aumentar la calidad del queso y los rendimientos, la leche fluida llegará a tener mejor precio para los productores y el queso llegará a tener mayor margen de utilidad para los queseros. Puesto que ambas partes están estrechamente relacionadas, lo más inteligente es que los queseros y los productores trabajen juntos para mejorar la calidad y la cantidad, tanto de la leche como del queso.

1.2 LAS PROTEÍNAS DE LA LECHE

De las dos familias de proteínas que tiene la leche, las caseínas y las proteínas lactoséricas, las primeras tienen una nivel muy bajo de estructura terciaria y por consiguiente no son susceptibles de ser desnaturalizadas, por lo menos en el sentido usual del término (Klostermeyer y Reimerdes, 1977).

La leche de vaca contiene cuatro tipos de caseínas y su concentración es de cerca de 25 g/l de leche. La proporción entre ellas es aproximadamente la siguiente: a_s1 : a_s2 : ß :k : 4:1:4:1. En su estado natural, existen en forma de micelas, que son partículas con diámetro dentro del rango entre 50 nm y 250 nm, consistentes en un complejo de las caseínas con fosfato de calcio.

Las caracteristicas altamente particulares de estas proteínas se deben a su composición o estructura primaria (Dalgleish,1997):

1. Son fosfoproteínas, en las que algunas unidades del aminoácido serina están substituidas con un grupo fosfato para formar fosfato de serina.

2. Las caseínas más importantes en cuanto a cantidad, a _s1 y  ß :, no contienen los aminoácidos cistina ni cisteína, por lo que no tienen la capacidad de formar enlaces de azufre (-S-S-) intermoleculares o intramoleculares.

3. Las caseínas presentes en menor concentración, y , contienen a _s1   y  k ambas un puente -S-S- intracadena, formado entre dos unidades de cisteína, que no son muy reactivas. Además de formar enlaces -S-S-intracadena, las cisteínas en estas proteínas son capaces de participar en eslabonamientos -S-S- intercadena.

4. Las cuatro caseínas son proteínas hidrofóbicas; es decir, contienen muchos aminoácidos con cadenas laterales no polares. Sin embargo, en el caso de las caseínas b y k, la distribución de estos aminoácidos no es aleatoria. En el caso de la caseína k, la región que termina en nitrógeno (componentes 1 a 105) es altamente hidrofóbica y el resto, la región que termina en carbono (residuos 106 a 169), es hidrofílica.

5. Las caseínas contienen cantidades relativamente altas de prolina, un aminoácido que dificulta la formación de estructuras secundarias (tales como hélices u hojas plegadas). Son proteínas esencialmente desordenadas, sin estructura específica, por lo que pueden adoptar muchos estados conformacionales en solución para adaptarse a la presencia de fuerzas cambiantes.

6. No tienen actividad biológica, no se pueden cristalizar y no son susceptibles de ser desnaturalizadas térmicamente en la región de temperaturas usuales en la industria de quesería.

Aunque uno de los aspectos funcionales de la k-caseína es estabilizar las micelas, los posibles enlaces -S-S- intercadena no juegan ningún papel en este sentido (Rasmussen et al.,1994). Esto se debe a que la k-caseína está localizada principalmente en la superficie de las micelas, formando una "capa peluda" que es la que imparte estabilidad.

Lo que les imparte a las micelas de caseína algunos de sus comportamientos característicos es el fosfato de calcio inorgánico que está combinado con las caseínas. En lo que hay acuerdo general es que las micelas son estructuras casi esféricas y que están compuestas de dominios de menor tamaño, de forma tal que la estructura global se asemeja a una frambuesa. Lo que no ha sido establecido es la estructura precisa de estos dominios más pequeños (Dalgleish, 1997).

En algunos modelos, se muestra a las caseínas interactuando hidrofóbicamente para formar "submicelas", que a su vez interactúan con fosfato de calcio para formar las micelas. En otros, las caseínas están enlazadas al fosfato de calcio a través de sus residuos de fosfoserina para formar las submicelas, que interactúan entre sí hidrofóbicamente para formar las micelas. En ambos tipos de modelos, la k-caseína interactúa con las submicelas a través de su región hidrofóbica, mientras que la región hidrofílica cubre parcialmente la superficie de las micelas (Dalgleish, 1997).

Esta región hidrofílica o "capa peluda" tiene un espesor entre 5 nm y 10 nm. Debido a la presencia de esta capa de macropéptido, las micelas de caseína están altamente hidratadas, llegando a tener hasta 3 - 4 gramos de agua por gramo de proteína. Esto se debe en parte a la naturaleza porosa de la estructura micelar y en parte a que los "pelos" de k-caseína ocupan mucho volumen en proporción a su masa (Dalgleish, 1997). El tamaño de las micelas varía entre 20 nm y 600 nm (Schmidt, 1986).

Como se mencionará en detalle más adelante, el fosfato de calcio micelar se disuelve progresivamente a medida que baja el pH del gel formado mediante la acción del cuajo. Los cambios correspondientes en la estructura micelar ante este aumento de acidez no son conocidos con exactitud. Durante la formación del gel enzimático, las micelas retienen casi en su totalidad su identidad estructural. Sin embargo, una vez que se corta la cuajada e inicia la expulsión de lactosuero, las micelas están mucho más juntas entre sí, hasta que se fusionan durante el prensado y la maduración del queso.

En contraste con las caseínas, las principales proteínas lactoséricas son proteínas altamente estructuradas y, por lo tanto, son susceptibles de ser desnaturalizadas. Por ejemplo, en su estructura terciaria, la b-lactoglobulina tiene una proporción considerable de hojas tipo b (43 % a 50 % de los componentes aminoácidos), 10 % a 15 % de hélice tipo a y 15 % a 20 % de dobleces tipo b. Al pH de la leche fresca, entre 6.6 y 6.7, esta proteína existe en forma de dímero. El monómero está formado por 162 componentes aminoácidos y contiene dos puentes de disulfuro (-S-S-) y un grupo tiol (-SH) por molécula. Aunque es la más hidrofóbica de las proteínas lactoséricas, la b-lactoglobulina es muy soluble en agua debido a que la mayoría de los componentes no polares están en el interior de la proteína y a que la mayoría de los componentes polares están en la superficie. En su estructura nativa, su capacidad de retención de agua es muy moderada, del orden de 0.04 g/g de proteína (Cayot y Lorient, 1997).

En términos de masa, la b-lactoglobulina constituye cerca del 50 % de las proteínas lactoséricas.

Por su parte, la a-lactalbúmina es una molécula formada por 123 componentes aminoácidos, contiene cuatro puentes disulfuro y es una glicoproteína que tiene cantidades variables de carbohidrato. Su estructura tiene menor grado de organización que la b-lactoglobulina: 30 % de hélice tipo a y 9 % de hojas tipo b. Por consiguiente es mucho más flexible, aunque sus puentes de azufre la mantienen en forma de un elipsoide compacto. La a-lactalbúmina tiene mayor capacidad de retención de agua (0.06g/g de proteína) que la b-lactoglobulina. Esta proteína constituye cerca del 20 % de la masa de las proteínas lactoséricas.

En las proteínas de la leche no hay entrecruzamientos intermoleculares. La fuente potencial más importante para reacciones de entrecruzamiento inducidas térmicamente es el contenido de los aminoácidos cisteína y cistina en las proteínas lactoséricas. Sin embargo, debido a que la leche para quesería se procesa a valores de pH ligeramente ácidos y a temperaturas no mayores de 72^oC, se espera que estas reacciones de intercambio (-SH/-S-S-) procedan a un nivel moderado; las reacciones de intercambio -SH/-S-S- proceden con mucha mayor rapidez a valores alcalinos de pH y a temperaturas más altas.

La b-lactoglobulina, en sus variantes genéticas A y B, es la proteína de la leche que contiene mayor concentración de aminoácidos con grupos tiol y disulfuro. Los grupos -SH de la b-lactoglobulina están normalmente en la parte interna del dímero y por consiguiente su reactividad es baja. Sin embargo, bajo la influencia de tratamientos térmicos suficientemente severos, hay disociación creciente del dímero, lo que acarrea desnaturalización del monómero y la creación de condiciones propicias para la formación de polímeros. Esta es la base de la tecnología para la elaboración de requesón.

Es importante recordar que, debido a los altos pesos moleculares y a la gran variedad de componentes aminoácidos que ocurren generalmente en secuencias que no se repiten, una molécula de proteína es capaz de adoptar una gran variedad de conformaciones tridimensionales. Estas son el resultado de un número potencialmente enorme de interacciones de varios tipos, covalentes y no covalentes, que ocurren entre los componentes aminoácidos, los componentes en el medio ambiente en que se encuentra la proteína y las características de dicho medio ambiente.

Por consiguiente, la estructura de una proteína no se debe considerar como algo fijo o estático. En el caso general, la estructura es dinámica, con la capacidad de responder de distintas maneras ante todo tipo de cambios en su medio ambiente: pH, temperatura, velocidad de calentamiento, concentración de ciertos iones, presencia de otras proteínas, grasas, carbohidratos, etc. Como las propiedades funcionales son un reflejo de la estructura, las debemos considerar también como un campo dinámico de potencialidades que podemos manipular para nuestros propósitos.

Tan importante como lo anterior, es muy importante reconocer y distinguir que las fuerzas para interacciones en las proteínas existen en varios niveles de organización (Haschemeyer y Haschemeyer, 1973): entre aminoácidos adyacentes, entre regiones, entre subunidades en estructuras de cadenas múltiples, entre moléculas y entre superestructuras moleculares. Por consiguiente, estos sistemas son capaces no solamente de cambios conformacionales dentro de un nivel, sino de cambios conformacionales acoplados que resultan de interacciones entre regiones, subunidades y moléculas. Desde luego, además, a cada nivel también hay posibilidades para interacciones con moléculas pequeñas, que pueden tener efectos a los demás niveles. Hay, entonces, una gran espacio para la complejidad, que podemos ver también como un gran espacio de oportunidades.

Por ejemplo, la solubilidad de una proteína depende de su capacidad de retención de agua y de su estado físico. El agua se puede retener por asociaciones débiles no covalentes (hidratación iónica, enlaces de hidrógeno, hidratación hidrofóbica), por restricciones entrópicas, o por fuerzas capilares. La desnaturalización térmica generalmente aumenta la retención de agua, debido al desdoblamiento parcial que causa, a su vez, la exposición de grupos hidrofílicos adicionales ante el agua (Cayot y Lorient, 1997). Las proteínas en solución se encuentran normalmente hidratadas y por ello su volumen hidrodinámico es mayor que el que predice su volumen específico parcial.

Puesto que las proteínas son iones poliméricos, claramente hay interacciones electrostáticas que generan atracción o repulsión entre varias partes de las cadenas de polipéptidos. Hay una repulsión neta por debajo y por encima del punto isoeléctrico de la proteína; en el primer caso debido a un exceso de cargas positivas y en el segundo debido a un exceso de cargas negativas. La magnitud de estas fuerzas depende de la constante dieléctrica del medio y del grado de protección que imparta la atmósfera de contraiones y el solvente. De cualquier forma, la estabilidad o inestabilidad debidas a las cargas eléctricas dependen de la distribución de las cargas en la superficie de la molécula (Haschemeyer y Haschemeyer, 1973).

Desde otra perspectiva, la estructura y la conformación de las proteínas dependen también del medio en que se encuentran. Los enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos y el agua, las interacciones ión-dipolo y dipolo-dipolo son importantes en las interacciones entre el agua y las proteínas. Aparte de esas interacciones moleculares, hay fuerzas fisicoquímicas, tales como la adsorción, que pueden también causar interacciones agua-proteína importantes desde el punto de vista tecnológico, tales como la capacidad de retención de humedad en los quesos y requesones.

En este sentido, el estudio de las investigaciones hechas con sistemas modelos es importante porque nos permite aprender acerca del comportamiento fisicoquímico fundamental de las proteínas aunque, desde luego, no pueden reflejar con exactitud su desempeño en un queso o en cualquier otro producto real derivado de la leche. Esto se debe a que los alimentos, a diferencia de los sistemas modelos, tienen otros componentes, aditivos y procedimientos de procesamiento que pueden inducir complejidades en las interacciones entre las proteínas y todo lo que les acompaña.

Por consiguiente, al estudiar la literatura técnica, es importante enfocar la atención a los aspectos fundamentales y no tanto a los métodos particulares empleados ni a las cifras exactas obtenidas. El reto consiste más bien en integrar los fragmentos de conocimiento fundamental proveniente de estos estudios con el conocimiento adquirido de otros estudios realizados con leche, algunos de ellos enfocados a procesos de quesería, y con el cúmulo de experiencia práctica que tiene la gente de la empresa con sus procesos y productos particulares.

1.3 EL POTENCIAL DE LA LECHE PARA LA FABRICACIÓN DE QUESOS

El potencial de la leche para la fabricación de quesos está determinado principalmente por tres factores:

1. El contenido de proteínas coagulables (caseínas)

2. El contenido de materia grasa

3. La calidad sanitaria y microbiológica de la leche

El principal factor es el contenido de caseínas, las proteínas coagulables mediante la acción del cuajo y la acidez, ya que la proteína presente en el queso es la que retiene prácticamente toda la humedad del queso. Por ejemplo, en un queso blanco pasteurizado con 18 % de proteína y 52 % de humedad, cada gramo de proteína retiene cerca de 52/18 » 2.9 gramos de agua. Entonces, esto significa que la pérdida de un gramo de caseína en el proceso representa la pérdida de cerca de 1 + 2.9 » ¡3.9 gramos de queso! Por otro lado, debido a estas pérdidas, el queso no tendrá la composición deseada. De ahí la gran importancia de tomar todas las medidas necesarias para minimizar las pérdidas de proteína, desde el ordeño de la vaca hasta el prensado del queso.

La leche de vaca contiene entre 3.0 % y 3.4 % de proteínas, dependiendo de muchos factores tales como raza, genética, alimentación, manejo, estado de salud y estacionalidad climática. Siendo más bien conservadores, hemos tomado la cifra de 3.1 % como típica para la mayoría de la leche que compran los queseros en casi todos los países de América Latina.

Del contenido de proteínas de la leche, definido como la cantidad de nitrógeno multiplicada por el factor 6.38, las caseínas (o proteínas coagulables por la acción del cuajo o por la acción de ácidos, a pH 4.7) constituyen cerca del 79%. Usando esquemas clásicos de quesería, éstas son prácticamente las únicas proteínas que contribuyen al rendimiento. Sin embargo, cuando la leche se cuaja usando renina (cuajo), las caseínas pierden en forma natural e inevitable un fragmento (llamado glicomacropéptido) que constituye el 4% de su masa. Este fragmento se transfiere en forma soluble al lactosuero. Esto significa que un proceso ideal de quesería sería capaz de recuperar el 96 % de las caseínas; o sea, cerca del 79 x 0.96 » 76 % de la proteína total presente en la leche.

En la práctica industrial en países como Holanda, EUA, Irlanda, Canadá, Alemania, Argentina y Uruguay se recupera entre el 70 % y el 77 % de la proteína, usando los métodos clásicos de quesería (Callanan, 1991). Este porcentaje incluye la proteína de lactosuero presente en la humedad del queso. Para fines de comparación entre fabricantes de distintas plantas y países, se ha adoptado la convención de que 100% de eficiencia industrial significa recuperar el 75.0% de las proteínas (International Dairy Federation, 1991b). Lo que esto significa es que, en un proceso 100 % eficiente, el queso retiene el 75 % de las proteínas de la leche y el suero o lactosuero contiene el 25 % restante. En otras palabras, se recupera entre el 94 % y el 95 % de la caseína y entre el 1% y el 2 % de las proteínas lactoséricas, esta útlima cifra dependiendo del contenido de humedad en el queso.

La otra fracción, llamada proteínas no coagulables o proteínas del lactosuero, es la que no coagula por acción del cuajo y de la acidez y por eso forma parte de la composición del suero de quesería. Representa el 21% de la proteína total de la leche y no contribuye significativamente al rendimiento, dentro de los esquemas clásicos de la quesería.

Por otro lado, la leche de vaca contiene entre 3.2 % y algo más de 4.0 % de materia grasa dependiendo, de nuevo, de los factores mencionados antes al referirnos al contenido de proteínas. Aquí hemos tomado la cifra de 3.4 % como típica para la mayoría de la leche que compran los queseros en casi todos los países de América Latina. En la práctica, usando métodos clásicos de quesería, es factible recuperar entre el 88 % y el 92 % (Callanan, 1991) y, con atención cuidadosa, lo más que se puede recuperar es el 93 %. Entonces, es razonable considerar este nivel de recuperación como correspondiente a un proceso 100 % eficiente, en cuanto a recuperación de grasa. De nuevo, esto significa que, en un proceso industrial 100 % eficiente, el queso retiene el 93 % de la grasa de la leche y el lactosuero contiene el 7 % restante. Estas definiciones operacionales de eficiencia son resultado del estudio de la composición y propiedades de la leche, por un lado, y por otro de estudios con validez estadística acerca de lo que es lograble en la industria, bajo condiciones óptimas (International Dairy Federation, 1991b).

La calidad sanitaria y microbiológica de la leche es muy importante porque, como veremos más adelante, la falta de calidad en estos aspectos tiene como consecuencia la degradación parcial de grasas y proteínas, que termina manifestándose también como una disminución en el rendimiento de queso.

Los minerales de la leche, principalmente calcio, potasio y fósforo, constituyen, en forma prácticamente constante, muy cerca del 0.9% de la masa de la leche. El porcentaje que se retiene en el queso depende de la acidez o pH durante el proceso de quesería. En quesos elaborados solamente con cuajo, sin el uso de fermentos o cultivos lácticos, a partir de leche fresca, se retiene cerca del 60 % de las sales y minerales. En quesos elaborados con leche ácida, ya sea que se trate de acidez natural o de acidez inducida mediante cultivos o fermentos lácticos, se retiene entre el 40 % y el 50 %.

Finalmente, la leche de vaca contiene en forma casi constante alrededor de 4.7 % de lactosa. Junto con las proteínas no coagulables y los minerales que no se retienen en el queso, casi la totalidad de la lactosa permanece disuelta en el lactosuero.

Todos los componentes de la leche que no se retienen en el queso, forman el lactosuero. Como veremos en la Tabla 3 (página 27), en términos de masa, el lactosuero contiene cerca del 50% de los sólidos de la leche. Contiene cerca del 25% de las proteínas, cerca del 7% de la grasa, cerca del 95% de la lactosa, dependiendo del contenido de humedad en el queso, y cerca del 50% de los minerales. De ahí la importancia de que las empresas intenten seriamente darle valor agregado al lactosuero. No solamente ya se le pagaron al productor de leche todos estos nutrimentos, sino que el valor biológico o calidad nutrimental de las proteínas del lactosuero es superior al de las proteínas de la leche en su conjunto. Como veremos en detalle más adelante, en términos monetarios, el valor intrínseco de un kilogramo de lactosuero, estimado a partir de su composición, es de cerca del 25% del valor monetario de un kilogramo de leche.

Desde la perspectiva del rendimiento en quesería, el indicador inmediato de baja recuperación es la composición anormal del lactosuero; es decir, un mayor contenido de proteínas y materia grasa de lo que señala el diseño del proceso. El seguimiento cuidadoso, en tiempo real, de la composición del lactosuero es la principal fuente de realimentación para averiguar las causas más probables de las desviaciones en el rendimiento y tomar las medidas pertinentes.

Afortunadamente, las pérdidas de rendimiento por baja eficiencia no son necesariamente definitivas, ya que hay distintos esquemas de recuperación del valor de los sólidos en el lactosuero: centrifugación del lactosuero y procesamiento subsiguiente para recuperar la mayoría de la materia grasa en forma de crema o mantequilla, y uso del lactosuero como materia prima para elaborar otros productos tales como requesón, bebidas refrescantes saborizadas, bebidas nutricionales análogas de leche, quesos tipo mysost, quesos análogos procesados, lactosuero en polvo, dulces de leche, bases para helados, etc.

Claramente, es mejor para las empresas no ver estos procesos opcionales estrictamente como una solución al problema de rendimientos sub-óptimos. La competitividad de la industria de quesería reside en optimizar los rendimientos en quesería y, además, en darle el mayor valor agregado posible al lactosuero resultante. Además, es importante considerar que todos estos esquemas requieren, adicionalmente a la operación de quesería, algunas inversiones, capital de trabajo, esfuerzo de diseño y mercadeo, labor de ventas, etc.

1.4 DEFINICIÓN OPERACIONAL DE RENDIMIENTO ÓPTIMO

Para el fabricante de quesos, optimizar el rendimiento no debería significar solamente recuperar la máxima cantidad posible de los componentes de la leche, sino también poner en práctica estrategias eficaces y eficientes para satisfacer sus propósitos, los de sus clientes y los de sus proveedores, principalmente los productores de leche. Dicho de otra forma, la optimización del rendimiento no se debiera considerar como un tópico aislado y eminentemente tecnológico, sino que adquiere su sentido más amplio y profundo cuando se le considera como un asunto interrelacionado integralmente con los atributos de calidad del queso y con la visión de un negocio sustentable a mediano y largo plazo.

De otra manera, la tarea de optimizar el rendimiento podría reducirse simplemente a la búsqueda de esquemas tecnológicos para aumentar la relación humedad/proteína en los quesos. Entonces, optimizar el rendimiento en quesería es un reto que consiste esencialmente en maximizar la cantidad y la calidad, a la vez, como un todo.

Una vez que el lenguaje o voz de los clientes ha sido traducido al lenguaje técnico de la empresa, a través de especificaciones, normas y definiciones operacionales, la tarea principal es que los productos y servicios por lo menos se ajusten a los deseos y expectativas de los clientes. En este sentido, se trata ante todo de reducir la variación; es decir, de mantener una calidad estable.

En toda empresa siempre habrá variación, entre la gente y su forma de trabajar, en las materias primas, en el funcionamiento de los equipos, en el medio ambiente físico y psicológico, en las mediciones de costos, de laboratorio y de rendimientos; en la calidad de los productos y los servicios. Entonces, la pregunta crítica es: ¿Qué nos está tratando de decir la variación acerca de un proceso y de la gente que trabaja en él?

Este es esencialmente un asunto para ser atendido por la gerencia, con la ayuda de los demás. La variación descontrolada y las divergencias con respecto a los valores óptimos - tanto en cantidad como en calidad - causan grandes pérdidas económicas. Algunas de estas pérdidas se pueden conocer y otras permanecen por siempre sin poder ser conocidas. Para minimizarlas, es indispensable que la gerencia trabaje sobre los procesos, con la ayuda de todos, para mejorarlos; es decir, para reducir y controlar la variabilidad a niveles lo más cerca posible del valor óptimo.

Para tener éxito sostenido con este objetivo, se requiere trabajo simultáneo en tres áreas:

1. Desde el punto de vista de rendimientos vistos exclusivamente como cantidad, se requieren ciertos conocimientos y prácticas especiales de ciencia y tecnología de productos lácteos, para minimizar las pérdidas innecesarias.

2. Desde el punto de vista de rendimientos vistos desde la perspectiva de la uniformidad en los atributos de calidad, se requieren ciertos conocimientos sencillos de teoría estadística y la práctica diaria de algunas herramientas estadísticas sencillas, pero poderosas.

3. Desde el punto de vista de la producción vista desde la perspectiva de cumplimiento con normas sanitarias, con el fin de asegurar que los productos no representen un riesgo contra la salud pública, la mejor estrategia para la empresa es poner en práctica el sistema preventivo conocido como Análisis de Riesgos y Puntos Críticos de Control, o como HACCP, el acrónimo formado por sus siglas en inglés.

El propósito central de este libro es compartir conocimiento conceptual y operacional en las tres áreas. Sin embargo, cabe señalar que el sistema HACCP no es independiente de las estrategias para optimizar rendimientos y para minimizar la variabilidad; muchas de las acciones encaminadas a cumplir con estos dos propósitos contribuyen también a la prevención de riesgos contra la salud pública.

Distintas variedades de quesos tienen distintos diseños que reflejan las expectativas de los clientes en cuanto a composición, funcionalidad, atributos sensoriales y costo. En términos de composición, cada queso tiene un diseño en cuanto a contenidos de humedad, materia grasa,proteínas y sal añadida, principalmente. El otro atributo importante es la acidez o pH que, junto con la concentración de sal en la humedad del queso, tiene una gran influencia sobre los atributos sensoriales y sobre el potencial de vida de anaquel del queso.

De cualquier manera, una de las premisas fundamentales que se desprenden de lo anterior es que la composición deseada en el queso determina la composición requerida de la leche empleada como materia prima. De ahí que una forma de clasificar los quesos consista en expresar si fueron elaborados a partir de leche entera o completa, de leche semidescremada o de leche descremada. En términos técnicos, lo que se está variando aquí es la relación grasa/proteína en la leche. Entonces, podemos expresar esta premisa de la siguiente manera: "Para obtener la relación específica grasa/proteína que se desea en el queso, se requiere una relación específica grasa/proteína en la leche". Desde el punto de vista tecnológico, esto implica que la empresa deberá contar con los conocimientos y con el equipo e instrumentación para estandarizar la leche al valor deseado de esta relación.

Por otro lado, la composición de la leche estandarizada es solamente una medida del potencial de la leche para producir un cierto rendimiento y composición del queso, bajo un proceso determinado que, estrictamente hablando, comienza en la finca del productor de leche y termina con el consumo del producto por parte de los clientes. En este sentido, optimizar significa poner en práctica procedimientos que minimicen las pérdidas respecto al rendimiento expresado por el potencial de la leche. Esto tiene un impacto económico muy importante para la empresa. En la industria de productos lácteos se sabe bien que pequeñas desviaciones respecto al rendimiento y calidad óptimas pueden llegar a significar, al acumularse en el tiempo, diferencias importantes en la rentabilidad de la operación.

Debido a varias consideraciones, no existe en la industria latinoamericana de quesería una manera única de definir el significado de rendimiento óptimo. Tradicionalmente, en la mayoría de las empresas pequeñas y medianas, el rendimiento se expresa como la cantidad de queso, en kilogramos, que se obtiene a partir de una cierta cantidad de leche, en litros, y en algunos países el rendimiento se expresa a la inversa; es decir, como la cantidad de litros de leche que se requiere para producir un kilogramo de queso.

Si bien estas definiciones son sencillas, tienen la gran desventaja de ser incompletas pues no dicen mucho acerca del potencial de la leche ni de la calidad del queso. Además, al referirse a la leche en volumen (litros), en lugar de hacerlo en masa (kilogramos), no toman en cuenta que la leche se expande o se contrae al aumentar o disminuir la temperatura; es decir, que su densidad cambia con la temperatura. Estas definiciones tradicionales son un obstáculo para optimizar el proceso, pues no nos permiten saber con certeza por qué estamos obteniendo un cierto rendimiento. Saber por qué es esencial para poder intervenir en el proceso con eficacia, para mejorarlo.

Por lo anterior, una mejor definición es aquella que expresa el rendimiento en función del potencial de la leche y de la composición deseada en el queso, con todos los términos en unidades de masa, por ejemplo kilogramos o toneladas métricas. Si reflexionamos, realmente no tiene mucho sentido mezclar unidades de masa con unidades de volumen, pues la fabricación de queso es esencialmente una operación de concentración de los sólidos presentes en la leche.

Entonces, en la práctica, optimizar rendimientos significa disminuir las desviaciones entre la cantidad y la composición del queso obtenido y la cantidad y composición que se deberían obtener según el potencial de la leche y los deseos de los clientes. La diferencia entre ambos conjuntos de datos es una medida de la eficiencia de los procesos de quesería en la empresa. Pero eso no es todo; optimizar significa además darle al lactosuero el mayor valor agregado posible, idealmente usándolo totalmente como base para la elaboración de alimentos para el consumo humano.