INFLUÊNCIA DAS CÉLULAS SOMÁTICAS NAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DO LEITE E DERIVADOS
GIGANTE, Mirna Lúcia1; COSTA, Marcela de Rezende1
Células somáticas são derivadas do animal e estão presentes naturalmente no leite. Dentre essas, encontram-se células de descamação, devido ao processo natural de renovação do eptélio da glândula mamária, e células brancas de defesa, derivadas da circulação sanguínea do animal. Em um animal sadio, o principal tipo celular encontrado são as células epteliais, representando em torno de 80% do total. Quando ocorre uma infecção do úbere por patógenos, a contagem de células somáticas aumenta, principalmente pela grande quantidade de células de defesa, como macrófagos, línfócitos e leucócitos polimorfonucleares, que migram do sangue para o úbere para combater os invasores, e, nessa situação, elas passam a representar a maioria das células somáticas do leite. Assim, o aumento na contagem de células somáticas, acompanhado da alteração da proporção entre os tipos celulares, é utilizado como indicandor da ocorrência de mastite, o processo inflamatório da glândula mamária.
A contagem de células somáticas (CCS), além de revelar o estado de saúde da glândula mamária do animal, vem sendo usada há muito tempo por diferentes países como indicador da qualidade higiênica do leite. Por exemplo, na Europa, a diretriz 92/46 da Comunidade Econômica Européia indicou, em abril 1992, que o leite com CCS acima de 400.000 células/ml não pode ser bebido e, a partir de 1998, não pode ser utilizado para fabricação de produtos lácteos em geral (Suriyasathaporn et al., 2006). No Brasil, foi com a publicação da Instrução Normativa Nº 51 (Brasil, 2002) que se estabeleceram as novas exigências para a produção de leite e que se incluiu pela primeira vez a CCS como um parâmetro de qualidade a ser controlado.
O efeito da saúde do úbere sobre a CCS, o rendimento e a composição do leite cru tem sido extensivamente estudado, uma vez que a qualidade do leite cru é essencial para a fabricação de produtos lácteos de boa qualidade. De forma geral, os diversos estudos indicaram que o aumento da CCS está associado à redução do rendimento leiteiro e às alterações da composição do leite, normalmente caracterizadas pelo decréscimo dos componentes que são sintetizados na glândula mamária e pelo aumento dos componentes que são transferidos diretamente do sangue para o leite. O objetivo deste capítulo é discutir o impacto do aumento das células somáticas sobre as propriedades tecnológicas do leite e dos produtos lácteos.
Impacto do aumento da CCS sobre o leite cru
O leite de vacas sadias contém em média 87,1% de água (85,3-88,7%), 4,0% de gordura (2,5-5,5%), 3,25% de proteína (2,3-4,4%), 4,6% de lactose (3,8-5,3%) e 0,7% de cinzas (0,57-0,83%) (Walstra et al., 2006). As proteínas são divididas em caseínas e proteínas do soro na proporção de 80/20. Distinguem-se principalmente quatros tipos de
1Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Faculdade de Engenharia de Alimentos (FEA).
caseínas que são as frações s1-, s2-, - e -caseínas que correspondem a 37%, 10%, 35%
e 15% do total de caseínas, respectivamente. As proteínas do soro compreendem principalmente -lactalbumina, -lactoglobulina, soro-albumina bovina, imunoglobulinas e lactoferrina. A gordura está presente no leite na forma de glóbulos, constituídos por um núcleo, composto principlamente de triglicerídeos, protegido por uma membrana lipoprotéica. A lactose é o principal carboidrato do leite e participa, juntamente com os íons solúveis (Na+, K+e Cl-), da manutenção do equilíbrio entre a pressão osmótica do leite e da glândula mamária. O leite possui sais orgânicos e inorgânicos solúveis na fase soro, na forma iônica ou complexada, e associados à micela de caseína, principalmente na forma de fosfato de cálcio (Fox e Mcsweeney, 1998).
A variabilidade da composição do leite obtido de animais saudáveis é muito bem estabelecida na literatura e depende de fatores intrínsecos, como raça, indivualidade e idade do animal e estágio de lactação, de fatores extrínsecos, como alimentação, estação do ano e número de ordenhas. Os estudos sobre o efeito da CCS sobre a composição do leite são muitas vezes divergentes, possivelmente porque o fator CCS não é facilmente isolado desses outros fatores, intrínsecos e extrínsecos, de variabilidade da composição do leite, os quais poderiam influenciar os resultados dos diversos estudos.
O primeiro impacto negativo do aumento da CCS para a cadeia produtiva do leite, independentemente da alteração da sua composição, é sobre o rendimento leiteiro. A relação entre o aumento da CCS e a diminuição da produção foi observada por vários autores. Perda de 5% na produção leiteira foi observada por Klei et al. (1998) e Deluyker et
al. (1993) em rebanhos bovinos com mastite. Rajala-Schutz et al. (1999) acompanharam a
produção leiteira de vacas sadias e atingidas por mastite durante o período de 305 dias de lactação e observaram diminuição da produção leiteira, que variou de 1,8% a 7,4%. O decréscimo da produção leiteira foi também observado para rebanhos de búfala (Céron-Muñoz et al., 2002), ovelhas e cabras (Leitner et al., 2008) atingidos por mastite.
Em relação à variação da gordura do leite existem relatos na literatura de aumento, redução ou não alteração do seu teor frente aos diferentes níveis de CCS. Cooney et al. (2000), Machado et al. (2000) e Shuster et al. (1991) observaram que a quantidade de gordura do leite aumentou em vacas com mastite, enquanto Auldist et al. (1996), Leavitt et
al. (1982), e Politis e Ng-Kwai-Hang (1988) observaram a diminuição da quantidade de
gordura no leite com alta CCS. Segundo os autores, a menor concentração de gordura deveu-se, provavelmente, à diminuição da sua síntese, pois o epitélio foi danificado durante a mastite. Embora o aumento no teor de gordura não seja totalmente compreendido, segundo Ma et al. (2000), que observaram aumento do teor de gordura de 3,43% para 4,04% com o aumento da CCS do leite de 45 x 103 células/ml para 849 x 103 células/ml, esse aumento pode ser causado pelo decréscimo no volume de leite produzido devido a mastite, que neste estudo foi de aproximadamente 30%. Outros estudo mostraram que o teor do gordura não foi significativamente afetado pelo aumento da CCS do leite variando de 147 - 1943 x 103células/ml (Fernandes et al., 2007), 170 – 800 x 103células/ml (Mazal
et al., 2007) e 86 – 785 x 103células/ml (Vianna et al., 2008).
Assim como para a gordura, os resultados referentes à concentração protéica do leite frente ao aumento da CCS são discordantes em diversos trabalhos. Ma et al. (2000), Fernandes et al. (2007) e Mazal et al. (2007) observaram aumento da concentração de proteína total do leite (NT x 6,38) com a aumento da CCS variando de 45-850 x 103
células/ml. Entretanto, para esta mesma faixa de CCS, Vianna et al. (2008) não observaram variação significativa da proteína total. Esta mesma discordância de resultados foi observada para leite de ovelha. Segundo Vivar-Quintana et al. (2006), leites com contagens de < 500 a > 3000 x 103 células/ml não apresentaram variação no teor de proteínas, enquanto Jaeggi et al. (2003) observaram a redução da proteína total do leite com aumento da CCS (< 100 a > 1000 x 103células/ml) .
A mastite provoca uma diminuição da síntese celular, e conseqüentemente uma menor síntese protéica. Por outro lado, a alteração de permeabilidade do epitélio permite uma maior passagem direta de proteínas do sangue para o leite. Os elevados níveis de proteínas totais do leite devem-se, particularmente, ao aumento de proteínas não caséicas, enquanto que as caseínas diminuem levemente (Politis e Ng-Kwai-Hang, 1988). Assim, em função da severidade da infecção e da mastite, a quantidade de proteínas provenientes da circulação sanguínea pode compensar ou não as perdas provocadas pelo decréscimo de síntese. Desta forma, a análise das frações protéicas seria mais apropriada para avaliar o verdadeiro efeito da CCS sobre as proteínas lácteas. Entretanto, mesmo avaliação das frações protéicas pode apresentar variação entre os trabalhos. Para faixas de CCS semelhante, Ma et al. (2000) e Mazal et al., (2007) observaram aumento e decréscimo da proteína verdadeira, respectivamente. Apesar disso, ambos os autores verificaram redução do teor de caseína com porcentagem da proteína verdadeira, de 2% segundo Ma et al. (2000) e de 9% segundo Mazal et al., (2007).
Alterações dos teores de sais e lactose no leite também foram observadas com o aumento da CCS. As concentrações de sódio e cloro aumentaram no leite com alta CCS, enquanto as de cálcio e potássio (Kitchen, 1981; Rogers et al., 1989a) e lactose (Rogers et
al., 1989a; Shuster et al., 1991) diminuíram. As alterações das concentrações destes
componentes devem-se, principalmente, à alteração do epitélio, que nesta condição não regula as trocas entre o lúmen alveolar e a circulação sanguínea, permitindo o livre trânsito dos componentes. Aproximadamente 66% do cálcio presente no leite são associados às micelas de caseínas, desta forma, a redução do teor de cálcio durante a mastite também pode estar relacionada à redução do teor de caseína. A elevação da concentração de sais, como sódio e cloro, durante a mastite desencadeia, provavelmente, a elevação da pressão osmótica do leite. Assim, esse aumento pode ser compensado pela redução da concentração de lactose (Fox et al., 2000).
Na vaca lactante, a população de células somáticas formada por células de defesa consiste de macrófagos, linfócitos e leucócitos polimorfonucleares. Estudos conduzidos recentemente por Gargouri et al. (2008), mostraram que leites com CCS < 1000 x 103 células/ml apresentaram estas células na proporção de 7,4:70,0:22,5%, sendo que aumento da CCS (> 1500 x 103 células/ml) não afetou significativamente o percentual de macrófagos (5,5%), mas resultou na redução e aumento significativos das porcentagens de linfócitos (50,6%) e leucócitos polimorfonucleares (43,9%), respectivamente.
Os leucócitos que migram para a glândula mamária para combaterem a infecção produzem enzimas proteolíticas e lipolíticas que podem alterar o perfil enzimático e a composição do leite. Senik et al. (1985) demonstraram que as enzimas envolvidas na proteólise em leites com elevada CCS apresentam certa estabilidade aos tratamentos térmicos, fato este importante do ponto de vista tecnológico.
Lipases derivadas das células somáticas podem contribuir para a lipólise em leites com alta CCS, como foi demonstrado por Gargouri et al. (2008). Nesse estudo, o aumento de lipólise foi correlacionado com o aumento da CCS, sendo que a contribuição relativa de macrófagos, linfócitos e leucócitos polimorfonucleados para a lipólise no leite foi de 12, 28 e 60%, respectivamente. As lipases produzidas por essas células somáticas podem danificar a membrana dos glóbulos de gordura e expor triaglicerídeos à ação de lipases naturais do leite (Auldist e Hubble, 1998). Além disso, na glândula mamária infectada uma quantidade maior de ácidos graxos permanece não esterificada quando comparado à glândula saudável, resultando numa maior concentração inicial de ácido graxos livres no leite (Deeth, 2002). A mastite também contribui para a lipólise espontânea do leite, que é iniciada pelo simples resfriamento do leite cru a temperatura < 10ºC. Entretanto, neste caso, é necessário que se distinga entre o nível elevado de ácidos graxos da secreção e os desenvolvidos durante a estocagem do leite cru refrigerado (Deeth, 2006).
Proteinases produzidas pelos leucócitos polimorfonucleados, como as catepsinas B, D e G (Considine et al., 2002; Massaoui et al., 2002), podem hidrolisar caseínas e contribuir para proteólise em leite com alta CCS. Além disso, Verdi e Barbano (1991) demonstraram que a presença de patógenos estimula os leucócitos a sintetizarem o ativador do plasminogênio, responsável pela conversão do plasminogênio em plasmina, protease endógena do leite derivada do sangue do animal. Apesar disso, o aumento da atividade de plasmina durante o processo de mastite deve-se principalmente ao aumento do fluxo de constituintes do sangue para o leite. A maior parte da proteólise causada pela plasmina acontece ainda na glândula mamária, antes da ordenha do leite, pois a temperatura interna do úbere é ótima para a atuação desta protease (Barry e Donnelly 1981). A plasmina faz parte de um sistema enzimático complexo constituído pela plasmina, plasminogênio, ativador de plasminogênio (PAs) e inididor de PAs e de plasmina (Fox e Kelly, 2006).
As alterações na composição também levam a alteração de pH do leite com alta CCS, o que pode comprometer a qualidade do leite e produtos lácteos. Vários trabalhos mostraram que o leite com CCS alta apresentou pH mais alto (Grandisson e Ford, 1986; Matioli et al., 2000; Rogers, 1987; Rogers e Mitchell, 1994), assim como diminuição da acidez titulável (Grandisson e Ford, 1986; Matioli et al., 2000 ).
Impacto do aumento da CCS sobre produtos lácteos
Os produtos láteos processados podem ser divididos nos seguintes grupos: leite para consumo líquido (pasteurizado e UHT); creme de leite, leites concentrados (evaporado e condensado); leite em pó; manteiga e produtos fermentados (iogurte e queijos).
Após a ordenha de vacas sadias os constituintes do leite fluido encontram-se em perfeito equilíbrio físico-químico, o que garante a estabilidade do produto. Esta estabilidade deve ser mantida durante o armazenamento refrigerado e o transporte do leite às unidades de processamento. A variação da composição frente à mastite provoca alteração deste equilíbrio, o que afeta a estabilidade do leite e suas características sensoriais e propriedades tecnológicas. De uma forma geral, estas mudanças do leite com alta CCS estão diretamente relacionadas à alteração do seu perfil enzimático. Por exemplo, defeitos de sabor como ranço e amargo são decorrentes da ação de enzimas proteolíticas e lipolíticas sobre a
gordura e a proteína do leite, e redução do rendimento em produtos de base protéica relaciona-se à degradação da caseína por enzimas proteolíticas
Embora a literatura descreva o efeito da CCS em diferentes produtos láteos, como leite pasteurizado, leite UHT, manteiga, leite em pó e creme de leite, a maior parte dos estudos concentram-se nos produtos de base protéica como queijos e iogurte. Nestes produtos, a transformação da matéria prima em produto processado depende essencialmente da caseína, cuja síntese é reduzida e a hidrolise é favorecida durante a mastite.
Os principais efeitos do aumento da CCS na fabricação do iogurte relacionam-se a defeitos de sabor e textura. Além disso, a produção de fatores antimicrobianos pelos leucócitos, aumentados na mastite, poderiam inibir o desenvolvimento da cultura láctica, retardando o processo de fermentação e coagulação do produto (Sordillo e Streicher, 2002).
Oliveira et al. (2002) e Vivar-Quintana et al. (2006) avaliaram as características de iogurtes fabricados com leite de vaca (CCS < 400 a > 800 x 103 células/ml) e de ovelha (CCS < 500 a > 3000 x 103 células/ml), respectivamente. Os autores observaram que a textura dos iogurtes, avaliada sensorial ou instrumentalmente, foi negativamente afetada pelo aumento da CCS. A sinérese e a adesividade aumentaram enquanto a firmeza/consistência dos iogurtes diminuiu com o aumento da CCS. O iogurte é um produto obtido pela coagulação ácida do leite e a sua estrutura depende do teor de caseína e das interações protéicas durante o processo de fermentação. Desta forma, os defeitos de textura observados podem estar diretamente associados aos efeitos já discutidos do aumento da CCS sobre a fração caséica do leite.
Resultados diferentes foram obtidos por Fernandes et al. (2007), que verificaram que o iogurte com mais alta CCS (~ 2000 x 103 células/ml) apresentou maior viscosidade do que o de baixa CCS (~ 150 x 103células/ml). Segundo os autores, a maior viscosidade do iogurte com maior CCS pode estar relacionada à ação da plamina. Entretanto, o iogurte obtido a partir do leite com mais alta CCS apresentou maior teor de caseína (3,4%) do que o iogurte com baixa CCS (3,1%), o que poderia também afetar a viscosidade do produto. Independente da variação de textura observada pelos diferentes autores, o aumento da CCS esteve sempre relacionado à perda da qualidade sensorial dos iogurtes devido ao aumento da lipólise (Fernandes et al., 2007), caracterizada pelo aumento da concentração de ácidos graxos livres, e ao aparecimento de sabor picante e amargo (Vivar-Quintana et al., 2006).
No que diz respeito à fabricação de queijos, tanto para os obtidos por coagulação enzimática (Vianna et al., 2008; Mazal et al., 2007; Marino et al., 2004; Jaeggi et al., 2003; Matioli et al., 2000; Auldist et al., 1996; Rogers e Mitchell, 1994; Barbano et al., 1991), como para os obtidos por coagulação ácida (Klei et al., 1998), o aumento da CCS tem sido associado ao menor rendimento, à alteração da multiplicação microbiana, à modificação da composição e à qualidade sensorial inferior dos produtos.
No processo de fabricação de queijo, a obtenção do coágulo através da ação da renina é principalmente dependente da caseína e do pH do leite, ambos alterados pela mastite, que provoca a redução do teor de caseína intacta e o aumento do pH. De forma geral, teor reduzido de caseína e pH mais alto que o natural do leite (6,7-6,8) levam a um tempo de coagulação maior e à uma estrutura mais frágil do gel, prejudicando a sinérese do coágulo e, conseqüentemente, a composição e a textura do produto final. Srinivasan e Lucey (2002) demonstraram que a plasmina, enzima que aumenta significativamente no
leite com CCS alta, degrada rapidamente s1- e -caseínas desfavorecendo as interações protéicas e enfraquecendo a matriz. Plasmina, plasminogênio e seu ativador são associados às micelas de caseínas do leite e são naturalmente incorporados ao queijo durante o processo de fabricação, enquanto os dois inibidores do sistema enzimático estão na fase soro do leite e são perdidos no soro (Fox e Kelly, 2006).
O efeito negativo no tempo de coagulação do leite foi comprovado para diferentes níveis de CCS. Por exemplo, na fabricação de queijo Prato o tempo de coagulação foi 30% maior quando a CCS aumentou de 86 para 785 x 103 células/ml (Vianna et al. , 2008) e 15% quando a CCS aumentou de 170 para 800 x 103 células/ml (Mazal et al., 2007). O mesmo efeito foi observado por Barbano et al. (1991) em queijo Cheddar com CCS de < 100 a > 550 x 103 células/ml e por Jaeggi et al. (2003) em queijo maturado de leite de ovelha quando os níveis de células somáticas variaram entre < 100 e > 1000 x 103 células/ml. No que diz respeito ao rendimento, Mazal et al. (2007) não observaram efeito da CCS quando da fabricação de queijo Prato, enquanto Barbano et al. (1991) obtiveram redução de 2% no rendimento na fabricação de queijo Cheedar com o aumento da CCS. Segundo os autores, o menor rendimento pode estar relacionado à maior perda de proteína e gordura no soro quando o queijo foi fabricado a partir do leite com maior CCS, possivelmente devido à maior fragilidade do gel.
As conseqüências da alta CCS no processamento são responsáveis por mudanças na composição dos queijos. Mazal et al. (2007) observaram que o perfil de queda do pH foi diferente na fabricação do queijo Prato, mesmo não havendo diferença significativa entre o pH inicial dos leites com CCS alta e baixa. Na dessoragem, o pH da massa obtida a partir de leite com baixa e alta CCS foi 6,59 e 6,82, respectivamente, provavelmente devido à inibição da cultura láctica pelos fatores antimicrobianos produzidos pelos leucócitos. A manutenção do pH da massa nos níveis do pH do leite limitou as interações protéicas necessárias à adequada sinérese da massa, resultando em queijo com umidade 2% maior. Outros autores também também obtiveram queijos com maior umidade a partir de leite com maior CCS (Vianna et al., 2008; Marino et al., 2005; Jaeggi et al., 2003; Barbano et al., 1991). Além disso, Marino et al. (2005) encontrou redução de 8% no teor de proteínas do queijo Cheddar fabricado a partir de leite com CCS > 600 x 103 células/ml. Jaeggi et al. (2003), em queijo Cheddar, e Vianna et al. (2008), em queijo Prato, observaram redução do teor de gordura quando os queijos foram fabricados a partir de leite com alta CCS.
Outra etapa importante da fabricação de queijos é a maturação. Durante este processo, o queijo passa por transformações físico-químicas e bioquímicas, as quais dependem da sua composição, especialmente do pH e dos teores de umidade e sal, da atividade residual do coagulante e do tipo de cultura. As mudanças bioquímicas decorrem da ação de enzimas proteolíticas e lipolíticas, naturais do leite ou produzidas pelas culturas lácticas. Essas transformações são responsáveis pelo desenvolvimento das características típicas de textura e sabor de cada variedade de queijo. Considerando a importância das enzimas na maturação de queijos e a alteração do perfil enzimático do leite decorrente da mastite, é de se esperar que os queijos obtidos a partir de leite com alta CCS tenham um comportamento de maturação diferente dos obtidos a partir de leite com baixa CCS.
Durante a maturação do queijo Suíço, Cooney et al. (2000) observaram que a degradação da s1-caseína foi mais rápida nos queijos fabricados a partir de leite com mais alta CCS. Segundo os autores, a hidrólise foi acelerada pelo aumento da atividade da
catepsina-D. A maior degradação da s1-caseína, associada a atividade das catepsinas D e B, também foi observada por Marino et al. (2005) na maturação de queijo Cheddar. A maior hidrólise da fração s1-caseína no queijo obtido a partir de leite com CCS alta pode ser responsável por defeitos de textura relatados por alguns autores. Maior proteólise também foi observada por Mazal et al. (2008) em queijo Prato obtido a partir de leite com alta CCS.
A intensidade da lipólise em queijos também pode ser afetada pelo aumento da CCS do leite, como verificado por Jaeggi et al. (2003) em queijos de ovelha. Nesse estudo, a partir de três meses de maturação o total de ácidos graxos livres passou a ser significativamente maior nos queijos feitos a partir de leite com alta CSS (>1000 x 103 células/ml), indicando maior lipólise, o que resultou em sabor de ranço mais pronunciado.
As alterações das características dos queijos, relacionadas ao aumento da CCS do leite, fizeram com que, de modo geral, os queijos obtidos a partir de leite com alta CCS obtivessem menores notas em avaliações sensoriais, devido a apresentarem mais defeitos de textura e de sabor. Esses queijos foram caracterizados como mais moles, mais úmidos, menos elásticos e apresentaram sabor picante, amargo e de ranço.
Embora os produtos de base protéica sejam mais susceptíveis aos efeitos negativos do aumento da CCS, outros produtos lácteos são também afetados. Estes incluem leite pasteurizado (Santos et al., 2003; Ma et al., 2000) e esterilizado (Auldist et al., 1996b), manteiga (Auldist e Hubble, 1998; Munro et al., 1984) e leite em pó (Auldist et al., 1996c; Rogers e Mitchell, 1989b). Leites pasteurizado e esterilizado tiveram sua vida-de-prateleira reduzida com o aumento da CCS, devido ao aparecimento de sabor amargo e rancidez e ocorrência de gelificação, respectivamente. O aumento da CCS alterou a composição e o sabor da manteiga e aumentou o tempo de batedura, além de reduzir sua vida-de-prateleira em conseqüência da maior lipólise. Leites em pós apresentaram menor estabilidade térmica e deterioração mais rápida de suas características devido à proteólise, lipólise e reação de Maillard mais intensas quando a CCS inicial do leite era mais alta.
Conclusão
A mastite é uma doença que provoca prejuízos tanto para o produtor de leite como para a indústria láctea, e um dos indicadores de sua ocorrência é o aumento da contagem de células somáticas no leite. Além de atestar o estado sanitário de animais leiteiros em relação à essa doença, a CCS é também um critério de qualidade do leite cru, já que uma glândula mamária doente produz leite com composição alterada, o que resulta em leite fluido e produtos lácteos de qualidade reduzida.
O controle da mastite nas fazendas leiteiras, através de medidas higienico-sanitárias e antibioticoterapia adequadas, e da CCS do leite entregue às indústrias de processamento são fundamentais para que sejam atingidos os objetivos do produtor de leite, da indústria processadora e do consumidor, os quais podem ser resumidos na produção elevada de leite de boa qualidade para a fabricação consistente e rentável de produtos lácteos com as características desejadas.
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