Lácteos: a beleza e a riqueza dos sistemas coloidais

O leite materno é o primeiro alimento do recém-nascido, sendo responsável pelo seu desenvolvimento durante a primeira fase da vida. Com o passar do tempo e considerando a dieta humana, o consumo de leite humano é cessado e abre-se espaço para o consumo de leite bovino (ou de outras espécies de animais ruminantes) e posteriormente, de seus derivados.

A constante permanência da ingestão de leite, direta ou indiretamente, durante todas as fases da vida do ser humano está associada ao alto valor nutricional deste alimento. Além de ser um sistema extremamente rico do ponto de vista nutricional, o leite também é um sistema muito rico e elaborado do ponto de vista físico-químico. Por exemplo, apesar de, macroscopicamente, aparentar ser homogêneo, o leite contém diferentes constituintes que juntos formam um sistema complexo formado pela presença de diversas fases.

Desta forma, podemos definir físico-quimicamente, o leite como um sistema coloidal composto por uma fase contínua (formada por uma solução de água, lactose, sais minerais solúveis e vitaminas hidrossolúveis) e várias fases dispersas como os glóbulos de gordura, as micelas de caseína e as proteínas do soro (Figura 1).

A composição média do leite varia de espécie para espécie, de acordo com as necessidades dos filhotes. Entre animais da mesma espécie como, por exemplo, bovinos, alguns fatores como raça, fisiologia (idade, alimentação, período de lactação e saúde do animal) e condições ambientais (estação do ano e temperatura) são determinantes para a variação da composição e consequentemente, das propriedades físico-químicas do leite (NYOKABI et al., 2021; SCHWENDEL et al., 2015).

No geral, a quantidade de água no leite é sempre superior a dos demais constituintes. Porém, a quantidade de cada constituinte e, principalmente, suas interações intermoleculares com a água são os pontos-chaves para definir se o sólido (gorduroso ou não gorduroso) estará em solução (isto é, formando uma única fase) ou em forma de coloide (formando fases dispersas).

Desestabilizações coloidais neste sistema, bem como, nos de seus derivados, ocasionam defeitos que podem ser desejáveis ou indesejáveis. Por exemplo, para o consumo do leite fluido, a separação macroscópica da fase gordurosa é indesejável. Porém, as produções da manteiga e do queijo resultam da desestabilização das fases gordura e proteína, respectivamente. Isto faz do leite e dos seus derivados sistemas coloidais incríveis! Vejamos alguns destes sistemas!

Creme

O creme é um derivado do leite, sendo um sistema coloidal que apresenta a fase contínua e as fases dispersas similares as do leite. No entanto, se diferem pela concentração, proporção de fase dispersa (principalmente a gordura) e, consequentemente, viscosidade.

Trata-se de um produto concentrado em gordura, mas, que também apresenta todos os constituintes da fase contínua do leite, Figura 2.

O creme é a matéria-prima para a produção de, por exemplo, chantilly, manteiga e sorvete. Para tanto, deve ser criteriosamente padronizado em relação ao teor de gordura, além de, apresentar características favoráveis ao processo de coalescência parcial, que é o principal fenômeno de desestabilização coloidal para a obtenção dos produtos aqui citados.

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Anteriormente à fabricação destes derivados lácteos gordurosos, o creme deve apresentar: teor de gordura específico para cada derivado (chantilly e manteiga: média de 35% m/m de gordura; sorvete: variável); glóbulo de gordura parcialmente cristalizado (a obtenção destes derivados só é possível quando se tem glóbulos de gordura na forma líquida e sólida.

Assim, para a formação de glóbulos de gordura parcialmente cristalizados, o creme deve ser refrigerado) e glóbulos de gordura com membrana nativa (a utilização de cremes homogeneizados não é recomendada, pois, as proteínas do leite passam a formar a nova membrana do glóbulo de gordura pós-homogeneização e a favorecer a ocorrência de repulsão eletrostática e estérica, aumentando o tempo para a obtenção da manteiga o que é economicamente inviável) (JUKKOLA; ROJAS, 2017).

Manteiga

A manteiga é caracterizada como sistema coloidal formado principalmente pelo processo de coalescência parcial e inversão de fase da emulsão do óleo em água (creme) para água em óleo (manteiga).

A fase contínua é predominantemente gordura (em torno de 80% m/m), tanto na forma líquida quanto na forma cristalina. As gotículas de água, lactose, sais minerais solúveis e proteínas do soro, formam as fases dispersas (STANIEWSKI et al., 2021).

É importante ressaltar que a manteiga, por ser um sistema coloidal, durante a sua estocagem está sujeita às alterações provenientes da desestabilização coloidal. Por exemplo, é possível que as gotículas de água sofram processos de maturação de Ostwald e/ou coalescência (Figura 3), aumentando o diâmetro ao longo do tempo, especialmente quando a manteiga é submetida a variações de temperatura.

Sorvete

Amplamente consumido por todas as faixas etárias, o sorvete é um alimento atrativo, nutritivo e com efeito refrescante (DURMAZ et al., 2020). Trata-se de um dos sistemas coloidais alimentícios mais complexos que existem (Figura 4) e, portanto, de difícil obtenção.

Erros no cálculo e no balanço dos ingredientes (gordura, açúcares, estabilizantes, emulsificantes, leite, soro em pó, leite em pó, para casos de sorvetes de base láctea, dentre outros), assim como nas etapas do processamento podem resultar em diversos defeitos (presença de cristais de gelo, pouca cremosidade, alta taxa de derretimento, defeitos de sabor, dentre outros) (GOKTAS et al., 2019).

Ricotas e Queijos

As ricotas e os queijos representam a classe dos sistemas coloidais obtidos pela coagulação das proteínas do soro do leite e caseínas, respectivamente.

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Para o caso em específico da ricota, a redução do pH contribui para o decréscimo da repulsão eletrostática e consequente precipitação das proteínas do soro. Outro fator que também é importante na precipitação é o aquecimento.

Durante este processo, a cadeia proteica é aberta, os grupos hidrofóbicos expostos, sendo as moléculas de água expulsas e os agregados formados. Desta forma, podemos dizer que a ricota é um queijo formado pela agregação das proteínas do soro em função, principalmente, das interações hidrofóbicas (induzidas pela desnaturação térmica) e pela diminuição da repulsão eletrostática (promovida pela adição de ácido).

No que diz respeito à coagulação de caseínas, temos a produção dos queijos mais conhecidos e comercializados mundialmente. Se esta coagulação estiver diretamente relacionada com a repulsão eletrostática, obtém-se o chamado queijo de coagulação ácida.

No entanto, quando se utiliza a enzima quimosina com atuação específica na ligação peptídica entre os aminoácidos 105-106 da k-caseína, obtêm-se queijos de coagulação enzimática. Em ambos os casos, os queijos de maneira simplificada, podem ser entendidos como grandes agregados proteicos (caseínas), contendo sais minerais e gordura.

Durante a sua produção, há a expulsão do soro, que é o coproduto rico em nutrientes que contém água, lactose, vitaminas e sais hidrossolúveis e as proteínas do soro. Como os queijos são sistemas coloidais dinâmicos, ao longo do seu armazenamento alterações de natureza biológica (chamada de maturação) e físico-química normalmente acontecem.

Exemplificando uma alteração bem cotidiana que pode ocorrer neste sistema coloidal tão consumido que é o queijo: ao longo da estocagem, as condições termodinâmicas do queijo variam (pH, umidade, concentração de sal, dentre outras). Isso faz com que o sistema busque novas condições de equilíbrio, para diminuir a sua energia livre de Gibbs. O que pode acontecer?  As cadeias proteicas buscam novas estruturas, aproxima-se e, consequentemente, liberam mais soro.

Consideração final

O leite, sem dúvidas, é um alimento muito nutritivo, capaz de fornecer derivados de similar ou maior riqueza nutricional e de superior apelo sensorial. Contudo, compreender a natureza coloidal do leite e de seus derivados é essencial para a manutenção da qualidade desses sistemas coloidais ao longo da cadeia produtiva e para o desenvolvimento de produtos cada vez mais nutritivos, saborosos e que atendam às demandas dos consumidores!

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Referências

DURMAZ, Y. et al. Using spray-dried microalgae in ice cream formulation as a natural colorant: Effect on physicochemical and functional properties. Algal Research, v. 47, p. 101811, 1 maio 2020.

GOKTAS, H. et al. Jo ur na l P re of. Science of the Total Environment, p. 135907, 2019.

JUKKOLA, A.; ROJAS, O. J. Milk fat globules and associated membranes: Colloidal properties and processing effects. Advances in Colloid and Interface Science, v. 245, p. 92–101, 1 jul. 2017.

NYOKABI, S. N. et al. Milk quality along dairy farming systems and associated value chains in Kenya: An analysis of composition, contamination and adulteration. Food Control, v. 119, p. 107482, 1 jan. 2021.

SCHWENDEL, B. H. et al. Invited review: Organic and conventionally produced milk—An evaluation of factors influencing milk composition. Journal of Dairy Science, v. 98, n. 2, p. 721–746, 1 fev. 2015.

STANIEWSKI, B. et al. The effect of triacylglycerol and fatty acid composition on the rheological properties of butter. International Dairy Journal, v. 114, p. 104913, 1 mar. 2021.

*Fonte da foto do artigo: Freepik