Mecanismos endógenos para mantener la calidad de la leche: Sistema lactoperoxidasa

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RESUMEN

El trabajo aborda la definición de leche, así como sus componentes principales. Por otra parte se refiere a la importancia de la calidad de la misma tanto para el productor, la industria láctea y el consumidor. Se detallan los principales factores que afectan el crecimiento de microorganismos tanto intrínsecos como extrínsecos. Se destacan los mecanismos de defensa de la glándula mamaria con una atención principal en el sistema lactoperoxidasa sus componentes.

PALABRAS CLAVES: calidad, leche, sistema lactoperoxidasa, mecanismos endógenos

INTRODUCCIÓN

La leche tiene algunas desventajas: es, por un lado, fácilmente alterable, por lo que en muchas ocasiones se encuentra adulterada, y es, por otro lado, vehículo frecuente de gérmenes y su consumo es a veces causa de enfermedades endémicas.

Los gérmenes de la leche son de cuatro tipos: bacterias no patógenas; bacterias formadas de ácido láctico, causantes de la fermentación; bacterias de putrefacción, y bacterias patógenas, siendo estas últimas las únicas peligrosas para la salud porque provocan serias enfermedades e infecciones. Las bacterias patógenas más comunes en la leche son: el bacilo de Koch (que causa la tuberculosis de tipo alimenticio), bacilos tíficos y paratíficos, germen de la escarlatina, entre otros.

El presente trabajo aborda las características de la leche, factores relacionados con la calidad y mecanismos endógenos de defensa de la glándula mamaria contra microorganismos, con énfasis en el Sistema Lactoperoxidasa.

1. Composición de la leche

La leche es un líquido segregado por las glándulas mamarias de las hembras de los mamíferos, cuya finalidad principal es alimentar a la cría durante su crecimiento, compuesta por agua, grasas, proteínas, azúcares (lactosa), minerales, vitaminas y algunas sustancias presentes en menor concentración, como son: enzimas, nucleótidos, lecitinas y gases disueltos, así como otros elementos sin valor nutritivo de color blanco-amarillento y de apariencia opaca, su olor es poco característico, pero si la ración contiene compuestos aromáticos puede adquirir olores anormales. Desde el punto de vista nutricional, se define como un alimento completo cuyos componentes se encuentran en una proporción adecuada y contiene de forma balanceada la mayoría de los nutrientes esenciales, además de ser muy digestible. Su peso específico oscila entre 1.028-1.034 y disminuye cuando es rica en grasa (Ruvalcaba, 1994).

La leche es el más completo y equilibrado de los alimentos, exclusivo del hombre en sus primeros meses de vida y excelente en cualquier edad.

La leche de vaca, que es la que con más frecuencia consumimos, contiene lo siguiente:

87.5 % de agua
35 % de proteínas animales ( caseína, lactalbúmina y lactaglobulina )
45 % de lactosa
6% de minerales (fosfatos y cloruro de sodio)
grandes cantidades de vitaminas A, B y D, además de pocas cantidades de vitamina C.

Otras características secundarias de la leche son una débil reacción alcalina y una reacción ácida. Esta última indica alteración por fermentación.

Las principales variaciones en cuanto a la composición de la leche se relacionan con la genética (raza), etapa de la lactación, alimentación (tipo, calidad y cantidad del mismo, así como frecuencia del suministro), clima (época del año), manejo del ordeño (método y hora) y estado de salud del animal (O'Brien, 2002).

2. Calidad

La calidad de la leche es uno de los pilares fundamentales de una industria lechera desarrollada y comprende ganado sano bien alimentado y criado, leche con una capacidad de conservación adecuada para su transporte a la industria, y composición óptima. Las citadas cualidades redundarán en beneficio de todos:

• Al productor, ya que recibirá mayores ingresos económicos por una mayor producción de leche, evitando pérdidas de todo orden y en los casos en que exista un pago de leche en base a la calidad, mayores ingresos por este concepto,

• Para la industria lechera, debido a que la calidad de la leche resultará de un nivel tal que no será necesario el desvío de suministros insatisfactorios a otros usos, mayor valor de utilización y mejor calidad de los productos terminados,

• Para el consumidor porque recibirá un producto de alto valor nutricional y sin riesgo para la salud (Roye, 1999).

3. Factores que afectan el crecimiento de microorganismos en la leche

Una vez que los microorganismos han alcanzado la leche, comienza un periodo de adaptación de estos al medio circundante, la duración de este periodo así como la capacidad para multiplicarse esta condicionada al efecto de varios factores intrínsecos, extrínsecos e implícitos (Jay, 2000).

Los factores intrínsecos son aquellos que tienen que ver con la leche en sí, su composición y características. Dentro de este grupo esta el pH, actividad de agua, potencial de óxido reducción, cantidad de nutrientes y sistemas antimicrobianos. Los diferentes microorganismos alcanzan la leche por dos elementos principales: la vía mamaria y los factores extrínsecos (Larrañaga et al, 1999; Jay, 2000).

Estos microorganismos pueden alcanzar la leche por vía mamaria ascendente o mamaria descendente. Por vía ascendente lo hacen bacterias que se adhieren a la piel de la ubre y posterior al ordeño entran a través del esfínter del pezón (Staphilococcus aureus, Streptococcus, Coliformes). La vía descendente o hematógena la utilizan los microorganismos que pueden causar enfermedad sistémica o tienen la propiedad de movilizarse por la sangre y a través de los capilares mamarios llegar a infectar la ubre (Salmonellas, Brucellas, Mycobacterium tuberculosos). Entre los factores extrínsecos se pueden citar el aire, el agua, el suelo, el ordeñador, el estiércol, los utensilios y el transporte (Larrañaga et al, 1999; Jay, 2000).

4. Mecanismos endógenos para mantener la calidad de la leche

Mecanismos de defensa de la glándula mamaria

La capacidad de resistencia de la glándula mamaria es muy compleja y está asociada con los propios mecanismos de defensa de la ubre (Philpot y Nickerson, 1992), los cuales se agrupan en:

Defensa estructural del pezón: Los tejidos que se encuentran alrededor del canal del pezón conforman la primera barrera en contra de los microorganismos causantes de la mastitis. El músculo del esfínter alrededor del canal del pezón se mantiene cerrado herméticamente entre los ordeños, lo que limita el paso hacia su interior.

La queratina es una sustancia gomosa que se produce en la piel del interior del canal del pezón y bloquea la apertura de este, sirviendo como barrera física.

Defensa específica: Está regida a través de la fagocitosis de las células leucocitarias, macrófagos y polimorfonucleares (PMN), es reconocido como el mecanismo de defensa contra las infecciones bacterianas.

Defensa inespecífica: En la leche de vacas, cabras, búfalas y otros mamíferos se han identificado diversos agentes con acción antimicrobiana y que están asociados a los mecanismos de defensa inespecíficos de la glándula mamaria. Entre las principales sustancias que conforman la actividad bactericida o bacteriostática, se encuentran varias proteínas como la lisozima, lactoferrina, lactoperoxidasa (LP), inmunoglobulinas, sistemas enzimáticos generadores de superóxidos, sustancias de origen lipídico, etc., que se originan en el tejido epitelial mamario y/o proceden directamente de la sangre o de los propios leucocitos, básicamente de macrófagos y neutrófilos (Philpot y Nickerson, 1992). Este conjunto de sustancias que se encuentran comúnmente en la leche cruda, intervienen en la conocida estabilidad natural que ocurre en las primeras horas después de obtenida la misma.

4.2. Componentes del Sistema lactoperoxidasa (LP)

En la leche se han identificado diferentes sustancias naturales, complejos enzimáticos y células que tienen probada capacidad antibacteriana (Wong et al., 1997):

Actividad antibacteriana de la queratina
Mecanismos celulares: Macrófagos, leucocitos y PMN (polimorfonucleares)
Capacidad de opsonización de la inmunoglobulina
Producción de diversos inmunomoduladores
Sistemas inespecíficos: Sistema lactoperoxidasa, lisozima, lactoferrina y otras sustancias

Uno de los sistemas más estudiados en los últimos 20 años lo constituye el sistema lactoperoxidasa, debido a sus potencialidades para evitar el desarrollo de microorganismos indeseables, tanto en la leche cruda como en la glándula mamaria, como en el tracto intestinal de los animales jóvenes (Reiter et al., 1964; Kamau et al, 1990; Benkerroum et al. 2004).

Este sistema está formado por la enzima LP, Tiocianato (SCN-) y Peróxido de hidrógeno (H2O2) (Naidu, 2000). En presencia de estos dos últimos, el sistema genera los iones hipotiocianitos (OSCN-) como principal producto antimicrobiano (pH=2.35). Los iones hipotiocianitos existen en equilibrio con el ácido hipotiocianoso (HOSCN) con pKa de 5.3 (Aune y Thomas, 1978). El mecanismo de acción de este sistema se asocia al efecto de los iones OSCN- y HOSCN, quienes son agentes fuertemente oxidantes de los grupos sulfidrilos constituyentes de la membrana citoplasmática de bacterias; inhibiendo con ellos varias enzimas claves del metabolismo celular e infiriendo en el transporte de nutrientes como la glucosa, la síntesis de ADN y ARN; la captación de oxigeno, y la cadena respiratoria. Además provocan un debilitamiento de los iones potasio, aminoácidos y péptidos (Reiter, 1985).

La LP es una glicoproteína básica compuesta por una simple cadena de péptidos, tiene una estructura hemo con una molécula de hierro por mol de LP y tiene un peso molecular de 78, 431 daltons. Tiene un punto isoeléctrico superior (pH: 9.2) al resto de las proteínas. El contenido de carbohidratos es de alrededor de un 10% estructurado dentro de 4 a 5 sitios de enlace potenciales. La pérdida de alguno de sus componentes glicosídicos durante su aislamiento puede ser atribuida a su heterogeneidad electroforética. La conformación de la estructura se estabiliza por un ión calcio fuertemente quelado (Kussendrager y van Hooijdonk, 2000).

Aunque ella por sí misma no tiene actividad antibacteriana, su efecto se pone de manifiesto al catalizar la oxidación parcial de tiocianato a partir del peróxido de hidrógeno como donador de oxígeno (Thomas, 1981). La leche de vaca contiene alrededor de 30 mg/mL de esta enzima; aunque varía de acuerdo al animal de 2 a 59 mg/mL (Reiter, 1985), dependiendo fundamentalmente del estado fisiológico y el período de lactancia. La cantidad necesaria para activar el sistema LP se considera mucho menor que la reportada en la leche (Harnuulv y Kandasamy, 1982), por lo cual no constituye un elemento limitante en la actividad general del sistema.

El peróxido de hidrógeno se encuentra en muy bajas concentraciones, por lo cual; no tiene capacidad suficiente de activar el sistema LP. Sin embargo, algunos microorganismos lactofermentadores son capaces de producir peróxido bajo condiciones anaeróbicas, lo que explica, cierta autoinhibición existente sobre algunas cepas de lactobacillus helveticus, bulgaricus y lactis (Bjorck, 1991). Los organismos clasificados como catalasa positivos descomponen rápidamente el peróxido, y para ser destruidos necesitan de una fuente exógena del mismo. La adición de peróxido tiene un fuerte efecto oxidante, eliminando con ello una parte considerable de microorganismos, lo que a su vez inhibe la actividad de la enzima (Bjorck et al., 1979).

La concentración de LP necesaria para la activación del sistema está entre 1 -2 ml/L (Björck, 1978), se considera que en la leche existe la cantidad necesaria para activar el sistema. El principal factor que limita este sistema en leche es la cantidad de tiocianato y peróxido de hidrógeno (Björck, 1978) y se necesita una proporción balanceada de H2O2 por SCN- para la actividad óptima del sistema LP (Björck, 1977). Estudios realizados por Björck et al. (1975) mostraron que el efecto antibacteriano del sistema LP es proporcional a la concentración de SCN- presente y que el efecto máximo se obtiene a concentraciones equimolares: 0.2 -0.25 mM (11.6-14.5 mg/L) de SCN- o 10 – 15 ppm de H2O2 (Reiter, 1985 y Björck, 1977). Posteriormente se demostró que para el óptimo funcionamiento del sistema LP en leche, se consideran necesarias concentraciones mínimas entre 10-15 mg/L (0.17-0.26 mmol/L) de tiocianato (Björck et al., 1979).

BIBLIOGRAFÍA

Aune, T. M. & Thomas, E. L. (1978). Oxidation of protein sulphydryls by products of peroxidase-catalized oxidation of thiocyanate ion. Biochemistry. 17:1005-1019.

Benkerroum, N.; Mekkaoui, M.; Bennani

, N. & Hidane, K. (2004). Antimicrobial activity of camel's milk against pathogenic strains of Escherichia coli and Listeria monocytogenes. Int. J. Dairy Technol. Volume 57 Issue 1 Page 39 - February.

Björck, L.; Rosen, C. G.; Marshall, V. & Reiter, B. (1975). The Antibacterial Activity of Lectoperoxidase system in milk against Pseudomonads and other gram negative Bacteria. Applied Microbiol. 30: 195.

Björck, L. (1977). Studies of the effect of lactoperoxidase system on some gram-negative bacteria. PhD- thesis, Univ.Agric.Sci., Uppsala.

Björck, L. (1978). Antibacterial Effect of lactoperoxidase system of sychrotrophic Bacteria in milk, J.Dairy Res. 45: 109.

Björck, K. E. L.; Claesson, O. & Schulthes, J. (1979). The Lactoperoxidase /Thiocyanate/hydrogen peroxide system on a temporary preservative in raw milk in diveloping country. Milchwiss. 34,12-19.

Björck, L. (1991). Significance of endogenous antimicrobial agents of milk to the dairy industry. Bulletin IDF 264, chap. 1-7. Group F19 IDF.p. 2-19.

Harnulv, B. G. & Kandasamy, V. C. (1982). Increasing the keeping quality of milk by activation of its lactoperoxidase system. Milchwiss. 37 pp. 8-15.

Jay, J. M. (2000). Modern Food Microbiology. Sixth Edition. Aspen Publication, Inc. Gaithersburg, Maryland.

Kamau, D. N.; Dooresy, S. & Pruitt, K. M. (1990). Antiibacterial activity of the lactoperoxidase system against Listeria monocyytogenes and Staphylococcus aureus in milk. J. Foood Prot. 53, 1010-1014.

Kussendrager, K.D. & van Hooijdonk, A.C.M. (2000). Lactoperoxidase: physico-chemical properties, occurrence, mechanism of action and applications. British Journal of Nutrition . Nov;84 Suppl 1:S19-25.

Larrañaga, I.; Carballo, J.; Rodríguez, M.; Fernández, J. (1999). Control e Higiene de los Alimentos. Grado Superior. McGraw Hill / Interamericana de España, S. A.

Naidu, A.S. (2000). Natural food antimicrobial systems, CRC Press, Boca Raton, Naidu, A.S. (Editor).

O'Brien B. (2002). Effect of frequency of milking on yield, composition and processing quality of milk. Journal of Dairy Research. 69:367-374.

Philpot, W. & Nickerson, C. (1992). MASTITIS: El contra ataque. Babson BROS Co. Pp 43-46.

Reiter, B.; Pickering, A.; Oran, J. D. & Pope, G. S. (1964). An inhibitory system lactoperoxidasa-thiocyanate- hydrogen peroxide in raw milk. In Microbial inhibitors in food. Fourth International Symposium of food microbiology. pp. 297-305.

Reiter, B. (1985). The Lactoperoxidase system. In Developments of dairy chemistry. Vol. 3, Chap.10.

Roye R. (1999). Producción Higiénica de la Leche Cruda. Una guía para la pequeña y mediana empresa. Extraído el 21 octubre 2004 de http://www.redhucyt.oas.org/ocyt/OEA_GTZ/LIBROS/LA_LECHE/leche.htm

Ruvalcaba, S. (1994). Bioquímica de la leche. Libro resumen del 1er Curso-Taller "Higiene y tecnología de la leche". Universidad de Guadalajara. México.

Thomas, E. L. (1981). Lactoperoxidase ion catalized oxidation of thiocyanate: the equilibrium between oxidized forms of thiocyanate. Biochemistry. 20,3237-3280.

Wong, C. W.; Liu, A. H.; Regester, G. O.; Francis, G. L. & Watson, D. L. (1997). Influence of whey proteins on neutrophil functions in sheep. J. Dairy Res. May, 64(2): 281-288.

Lic. Dulce María Soler Roger, MSc, PhD.

Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria (CENSA) San José de las Lajas – La Habana. Cuba