Mecanismos endógenos para mantener la calidad de la leche: Sistema lactoperoxidasa
- Resumen
- Composición de la
leche - Calidad
- Factores que afectan el
crecimiento de microorganismos en la leche - Mecanismos endógenos para
mantener la calidad de la leche - Componentes del sistema
lactoperoxidasa
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
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.
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).
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.,
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