PROPRIETA’ E BIOCHIMICA DEL LATTE

COMPOSIZIONE MACROSCOPICA: SOSTANZA AZOTATA
LE CASEINE

Il 77-78% della materia azotata totale è composto da caseine, per buona parte aggregate tra loro in submicelle a loro volta formanti micelle. Per precipitazione a pH 4,6 si separano le proteine del latte in due costituenti: le caseine nel precipitato e la materia azotata solubile proteica nel surnatante. Le prime possono essere separate per centrifugazione a 30.000g x 90 min.

Le caseine, che determinano la struttura al formaggio, sono associate al calcio e fosforo sottoforma di aggregati eterogenei di piccole dimensioni chiamate micelle di fosfocaseinato di calcio (diametro medio da 150 a 200 nm).

Le micelle sono composte per il 70% da acqua e per il 30% da sostanza secca (di qiuesto l'8% è costituito da sali minerali e per il 92% da caseine). Solo 0,5 g di acqua è legata alla proteina, la restante parte è semplicemente intrappolata nel reticolo proteico.

Composizione media della micella di caseina (g/100g)

Esistono diversi tipi di caseina ben conosciute per struttura e composizione.

Caratteristiche chimico-fisiche delle caseine

(*n° per mole)

Secondo il modello proposto da Schmidt (1980) le micelle sono costituite da sottounità, le submicelle, di natura esclusivamente proteica e di composizione variabile, associate le une alle altre con elementi minerali (fosfato di calcio e magnesio). L’aggregazione è favorita dalla presenza di siti fosfoserinici e localizzati nella parte esterna delle submicelle. Questi aggregati di submicelle, che si chiamano micelle caseiniche, avranno un cuore idrofobico, formato dalla parte apolare delle caseine, e un involucro idrofilo di natura polare formato da segmenti di catena molto carichi aventi sia residui fosfoserinici di caseine s1 , s2  e e sia dalla parte COOH terminale della caseina .

L'amminoacido serina presente nelle catene proteiche può legare i gruppi del fosforo. Non tutte le caseine presentano gli stessi valori di serina, per esempio l' s2 possiede molti residui mentre la caseina pochissimi, questo determina che l' s2 sia ricca di gruppi fosforici mentre la risulta invece più povera.

I legami tra il calcio-fosfato di calcio e i gruppi fosfoserilici determinano la formazione di ponti fra le submicelle come illustrato nella figura che segue.

A seconda delle submicelle, la proporzione relativa delle caseine è differente soprattutto per quanto concerne la caseina. Le submicelle a basso tenore in caseina o prive di essa, sono localizzate all’interno delle micelle, quelle ricche sono invece presenti nella parte più esterna.

La caseina dispone, nella parte N terminale, di un glucide che ha l’importante effetto di conferire alla micella una zona ad alta idratazione. Inoltre questa proteina possiede un legame estremamente labile (legame 105-106), dove possono agire in maniera praticamente selettiva le proteasi di enterococchi, psicotrofi e del caglio. La caseina è dunque sensibile all'azione delle proteasi, che determinano il distacco del peptide 106-169 al quale è legato il gruppo glucidico. Questo peptide si chiama Caseino Macro Peptide (CMP) e lo si ritrova, con le sieroproteine, nel siero dopo coagulazione presamica. La caseina privata del CMP viene chiamata Paracaseinato di Ca.

La micella è dunque un assemblaggio di submicelle (20÷25%). Le singole submicelle sono costituite interamente da caseine. Nella parte centrale della micella caseinica si trovano quelle submicelle più ricche di serina (caseine s₂ ,soprattutto e s₁) capaci di formare ponti attraverso il Fosforo e il Ca, come già illustrato precedentemente. Questi minerali, situati nella parte centrale della micella, fungono da cemento e stabilizzano la micella caseinica.

Schema della struttura della micella di caseina

Tabella A : Principali caratteristiche dei costituenti maggiori delle caseine di vacca

Alcune considerazioni che riguardano le caseine (vedi tabella a ):

·    Tutte le caseine sono più ricche di aminoacidi con gruppi acidi (Asp., Glu.) che gruppi basici (Lys., Arg., His.): carattere acido delle caseine.

·    Soprattutto la caseina s2, essendo la più ricca in gruppi acidi secondari della serina, risulta maggiormente fosforilata: è infatti sul gruppo acido della serina che avviene la fosforilazione. Al contrario la caseina è poco fosforilata.

·    La caseina è l'unica che presenta un gruppo glucidico.

·    Le caseine s2, s1 e sono nell'ordine più sensibili al Ca (cioè precipitano in presenza di Ca), la non è invece minimamente sensibile.

·    La caseina è la più sensibile all'azione della chimosina e, insieme alla , è la più idrofila.

·    La caseina s1 è ricca di prolina che limita le possibilità di formare l' elica. Struttura di tipo aperiodico.

·    La caseina s2 presenta numerosi gruppi della serina fosforilati (non tutta la serina è fosforilata), ha anche due cisteine.

·    La caseina come la s1 è ricca di prolina che evita la conformazione ad elica; è dall'idrolisi di questa caseina che derivano le caseine .

·    La caseina ha diverse caratteristiche peculiari: la presenza di un gruppo glucidico ramificato (spiccata funzione idrofila), legame 105-106 (Phe-Met) estremamente debole con possibilità di attacco facilitato della chimosina ed altre proteasi. Il gruppo 106-169 che si separa in seguito all'attacco della chimosina (CMP) contiene la parte glucidica e possiede molti aminoacidi Ser e Thr che hanno gruppi acidi idrofili (carica netta negativa). La perdita di questo frammento determina conseguentemente la perdita delle caratteristiche idrofile della caseina sulla parte di proteina restante (Para k caseina) che presenterà quindi spiccate proprietà idrofobe, con molti gruppi basici che conferiscono una carica netta .

·    Le caseine precipitano nel latte se portate a pH=4,6 (pH isoelettrico) a 20°C.

La figura A illustra cosa avviene quando le micelle caseiniche si aggregano a formare le cosiddette micelle: le caseine e si dispongono nella parte interna, la ,  sfruttando le proprie proprietà idrofile, funge da colloide protettore e si dispone nella parte esterna. Ricordiamo che la caseina si presenta porosa, spugnosa e dunque al suo interno c'è presenza di siero.

Le varie frazioni caseiniche si uniscono grazie ad interazioni di natura prevalentemente idrofobica ed elettrostatica. Le submicelle si aggregano tra loro con l'intervento di Ca e P legando soprattutto s e s o s e (che sappiamo essere sensibili al Ca); si forma così una micella caseinica che, come già detto, presenta la caseina nelle submicelle più esterne, fungendo da protettore idofilo capace di legarsi all'acqua (idratazione) e che rende la micella caseinica stabile (vedi figura b ).

Questa stabilità però esiste solo quando si ha un grandissimo grado di idratazione e ciò avviene solo a valori di pH lontani da quello isoelettrico. Ricordiamo inoltre che, mentre la stabilità della caseina è funzione del pH, lo stesso non si può dire per la temperatura: al pH naturale del latte non siamo in grado di denaturare la caseina se non a valori superiori a 140°C. E' inoltre importante ricordare che a temperature del latte comprese tra 5 e 0°C, le caseine non precipitano neanche per acidificazione al pH isoelettrico ma si nota solo un aumento della viscosità, a questa temperatura infatti l'energia non è sufficiente per fare aggregare e flocculare le micelle di caseina.

Importante è il ruolo dell'acido citrico nella stabilità del complesso caseinico. Questo acido infatti evita, complessando il calcio, che questo sia presente in concentrazione troppo alta, il che comporterebbe la dissociazione del complesso e la precipitazione delle frazioni caseiniche sensibili al calcio.

La micella può essere definita come una molecola idratata contenente caseinato di calcio e fosfato di calcio. Esiste una parte di caseina che non si trova allo stato micellare ma bensì in forma di caseina solubile (5÷10% del totale). Questa caseina solubile è in equilibrio con quella micellare ed è la concentrazione di calcio colloidale a regolare l'equilibrio tra la forma micellare e solubile delle caseine.

In conclusione la stabilità delle micelle è dovuta a fattori di idratazione e di carica superficiale, questo concetto permette di comprendere come un attacco enzimatico (caglio) o una variazione di pH (acidificazione) possono determinare la coagulazione del latte.

E’ da notare l’originalità della struttura della struttura macellare, unica in tutti i sistemi proteici comuni: la larga distribuzione delle dimemensioni delle micelle, l’assemblaggio di sottounità non identiche e la forma sferica. E’ proprio la struttura particolare che spiega la stabilità rimarchevole della micella malgrado le sue notevoli dimensioni.