Leche y subproductos lácteos, fuente de compuestos bioactivos

La leche es el primer alimento que reciben las crías de los mamíferos cuando nacen y es una fuente de nutrientes y componentes necesarios para el desarrollo de sus tejidos y funciones fisiológicas. Este es un alimento completo desde el punto de vista nutricional y su composición se adapta a los requerimientos del lactante de cada especie. A pesar de todos los efectos negativos que se han atribuido injustificadamente a la leche en los últimos años, este producto es esencial en nuestra dieta, en forma de leche líquida o de productos lácteos.

La composición química de la leche de vaca se encuentra entre estas franjas:  3%-3,9% de proteínas,  3,3%-5,4% de lípidos, 4,4%-5,6% de lactosa y 0,7%-0,8% de cenizas, teniendo en cuenta que estos valores pueden variar en función de la especie, raza y época de lactación (Walstra et al., 2006). Los lípidos que contiene la leche son neutros (mono, di y triglicéridos), polares (fosfolípidos) y otros lípidos (ácidos grasos libres, esteroles, carotenoides y vitaminas liposolubles), representando los triglicéridos alrededor del 98% del total de lípidos. Los lípidos de la leche son secretados en forma de glóbulos grasos, pequeñas gotas de grasa rodeadas por una membrana. Los triglicéridos se localizan en el interior del glóbulo graso y los fosfolípidos y esteroles forman parte de la membrana, en la que también se encuentran algunas proteínas.

Los carbohidratos de la leche se componen principalmente de lactosa y oligosácaridos (Gopal y Gill, 2000). La lactosa constituye la principal fuente de energía para el recién nacido y los oligosacáridos actúan como sustancias prebióticas, favoreciendo el crecimiento de las bacterias beneficiosas de la microbiota intestinal, e interfiriendo también en la acción de algunos microorganismos patógenos. Además, la leche contiene pequeñas cantidades de monosacáridos y glicoconjugados, en forma de glicoproteínas y glicolípidos, algunos con importantes funciones biológicas.

Entre las proteínas de la leche se pueden diferenciar las caseínas, las proteínas del lactosuero y las proteínas de la membrana del glóbulo graso, que representan el 20%, 78%-80% y 1%-2% del total de proteínas, respectivamente (Farkye y Shah, 2015). Las caseínas, además de tener una función nutritiva, desempeñan importantes funciones biológicas como el aporte de minerales y también la generación de péptidos bioactivos cuando son degradadas por enzimas. Estos péptidos tienen diversas actividades, entre ellas, la antibacteriana, antivírica, antioxidante, hipocolesterolémica, antihipertensiva e inmunoestimuladora, (Korhonen y Pihlanto, 2006).

Las proteínas del lactosuero se pueden definir como un grupo de proteínas lácteas que permanecen solubles tras la precipitación ácida de las caseínas a un pH de 4,6 (Farkye y Shah, 2015). Entre las proteínas mayoritarias del lactosuero se encuentran la β-lactoglobulina, la α-lactalbúmina, las inmunoglobulinas, la fracción proteosa-peptona y la albúmina sérica. El lactosuero contiene otras proteínas minoritarias, como la lactoferrina y la lactoperoxidasa, de gran interés por su actividad biológica.

La actividad de nuestro grupo de investigación se ha centrado principalmente en el estudio de las proteínas bioactivas de la leche, puesto que su conocimiento es fundamental para desarrollar su potencial como ingredientes de alimentos funcionales y productos especiales. Por una parte, es importante conocer cómo se encuentran dichos componentes en la leche y cuál es su actividad biológica. Por otra parte, es esencial conocer su sensibilidad a los tratamientos tecnológicos a los que se ven sometidos los alimentos para su higienización y conservación. Desde estas dos perspectivas, de investigación básica y aplicada, hemos desarrollado nuestra investigación sobre las proteínas lácteas, centrándonos principalmente en aquellas con actividad defensiva. Uno de los principales objetivos es revalorizar algunos subproductos de la industria láctea, como el lactosuero generado en la producción de queso o la mazada derivada de la producción de mantequilla, para la obtención de compuestos con actividad biológica. Dentro de las proteínas lácteas con actividad defensiva, nuestro grupo ha dedicado 30 años a la investigación sobre la lactoferrina, y en los últimos años hemos abordado también el estudio de algunas proteínas menos conocidas, como las proteínas de la membrana del glóbulo graso.

Lactoferrina, proteína multifuncional

La lactoferrina es una glicoproteína de la familia de las transferrinas, con la capacidad de unir de forma reversible dos átomos de ión férrico (Figura 1). Esta proteína se encuentra en secreciones mucosas como las lágrimas, la saliva, los fluidos vaginales, el semen, las secreciones nasales y bronquiales, la placenta, el calostro y la leche (García-Montoya et al., 2012). La concentración de lactoferrina en la leche depende del periodo de lactación, siendo en el calostro bovino de alrededor de 1 g/L y en la leche definitiva de 0,1 g/L, y encontrándose en una concentración muy elevada en el calostro y leche humanos, 7 y 1 g/L, respectivamente (Sánchez et al., 1988, 1992).

La estructura de la lactoferrina está formada por dos lóbulos, el lóbulo N-terminal y el lóbulo C-terminal, cada uno dividido en dos dominios. En cada lóbulo hay un sitio de unión para el ión férrico, localizado en una hendidura entre los dos dominios. A pesar de las diferencias existentes en la cantidad y tipo de glicanos unidos a la lactoferrina, existe una gran homología en la estructura proteica de la lactoferrina de la leche de las distintas especies (González-Chávez et al., 2009).   

Entre las múltiples actividades biológicas que posee la lactoferrina (Figura 2) destaca su capacidad antimicrobiana frente a una gran variedad de microorganismos como bacterias, virus, hongos y parásitos (García-Montoya et al., 2012). La actividad antibacteriana se ha demostrado frente a bacterias Gram-positivas y Gram-negativas y se atribuye principalmente a dos mecanismos. Por un lado, a su capacidad para secuestrar el hierro y evitar su utilización por las bacterias y, por otro lado, a su capacidad de interaccionar con componentes de la pared bacteriana, desestabilizándola y alterando su metabolismo. Asimismo, se ha demostrado que esta glicoproteína tiene actividad frente a virus como el citomegalovirus, herpes, VIH, hepatitis B, virus de la gripe y rotavirus. Igualmente, es capaz de bloquear los receptores de las células hospedadoras a los que se une el virus y/o unirse a la superficie del virus. A la lactoferrina también se le han atribuido propiedades antitumorales, antioxidantes, antiinflamatorias, inmunomoduladoras, prebióticas y de estimulación de la proliferación celular. Algunos péptidos derivados de esta glicoproteína tras su hidrólisis tienen también asociadas algunas actividades, como es el caso de la lactoferricina, que posee una potente actividad antibacteriana (García-Montoya et al., 2012).

Por todas estas propiedades biológicas que se atribuyen a la lactoferrina, en algunos países asiáticos como Japón, se lleva utilizando desde los años 90 del siglo pasado como ingrediente en algunos productos lácteos, como leches infantiles, yogures y bebidas. En Europa, sin embargo, no fue hasta el año 2012 cuando se autorizó su uso en alimentos, estableciéndose los niveles permitidos para su adición (Diario Oficial de la Unión Europea, DOUE, 2012).

Nuestros estudios sobre lactoferrina

En nuestro grupo hemos estudiado diversos aspectos de la lactoferrina: la evolución de su concentración en la lactación de la vaca (Sánchez et al., 1988), su termorresistencia en diferentes medios (Sánchez et al., 1992), la actividad antibacteriana de la lactoferrina de diferentes especies (Conesa et al., 2008), estudios comparativos de la lactoferrina humana de origen transgénico y la procedente de la leche (Mata et al., 1998; Conesa et al., 2010; Kaiser et al., 2017), entre otros.

Los últimos estudios que hemos realizado sobre la lactoferrina han estado dirigidos a evaluar su actividad frente a los rotavirus. Estos agentes patógenos son una de las principales causas de diarrea, produciendo una alta mortalidad en los países en desarrollo y una alta morbilidad en los países desarrollados, principalmente en niños menores de cinco años. Hemos investigado la actividad antirrotavirus de esta glicoproteína en un modelo celular epitelial sensible a la infección por rotavirus (Parrón et al., 2018).

Los resultados obtenidos indican que la lactoferrina bovina a una concentración de 1 mg/mL neutraliza el 98% de la infectividad de los rotavirus. También hemos evaluado el efecto de diferentes tratamientos térmicos y de las altas presiones en dicha actividad. Igualmente, observamos que la pasteurización HTST (75°C, 20 s) utilizada en la industria láctea, es el tratamiento más adecuado para preservar la actividad antirrotavirus de la lactoferrina humana y bovina, mientras que la pasteurización LTLT (63°C, 30 min), utilizada habitualmente en los bancos de leche materna, disminuye de forma importante dicha actividad. Además, hemos evaluado el efecto del tratamiento por altas presiones en la lactoferrina, y hemos comprobado que en las condiciones adecuadas para la higienización mantiene su actividad antirrotavirus prácticamente intacta, lo que supone una interesante alternativa a los tratamientos térmicos.

Subproductos lácteos y proteínas de la membrana del glóbulo graso

Asimismo, hemos estudiado la actividad antirrotavirus de algunos subproductos lácteos y de proteínas de la membrana del glóbulo graso, como la lactadherina y la mucina, dos proteínas que presentan una actividad protectora frente a infecciones causadas por diversos patógenos, debido a su elevada glicosilación (Dewettinck et al., 2008). Los resultados de nuestros análisis han demostrado que la actividad del lactosuero bovino es muy elevada, ejerciendo una neutralización de los rotavirus del 90% a una concentración de 1 mg/ml de producto liofilizado (Parrón et al., 2016). Por otra parte, la mazada y el suero de mantequilla que deriva de la obtención de la grasa láctea anhidra, presentan también una importante actividad antirrotavirus (Parrón et al., 2017). Esta capacidad se debe, al menos en parte, a la presencia de proteínas activas derivadas del lactosuero como las inmunoglobulinas y la lactoferrina, y de proteínas de la membrana del glóbulo graso, como las mucinas y la lactadherina. La actividad antirrotavirus de todas las fracciones y proteínas lácteas se debe principalmente a su capacidad para interaccionar con los rotavirus impidiendo así su unión a los receptores celulares.

Nuestras investigaciones actuales están dirigidas a evaluar el efecto de las fracciones y proteínas lácteas en ciertos procesos patológicos, como la alteración de la microbiota y la inflamación intestinal, tanto en modelos de cultivo de células intestinales como en animales de experimentación.

Esperamos obtener resultados prometedores que nos permitan valorar la posible aplicación de algunos componentes lácteos como ingredientes de productos especiales para la mejora de la salud humana.