El lactosuero (LS) es el líquido remanente que resulta de la coagulación de las proteínas caseicas de la leche durante la elaboración de queso. El LS representa ~90% del volumen total de la leche, y contiene la mayor parte de los componentes solubles en agua, tales como carbohidratos, minerales, vitaminas hidrosolubles y proteínas solubles (Hernández-Ledesma et al., 2008). El LS conserva ~50% del total de los sólidos de la leche y el 20% de las proteínas (Smithers, 2008).

La producción mundial de LS es directamente proporcional al crecimiento de la industria procesadora de queso. El 85% del LS en México es desechado (Panesar et al., 2007). Se estima que anualmente se generan a nivel mundial 118×106t de LS, lo que equivale a ~7×106t de sólidos (Cruz et al., 2009). Los avances tecnológicos han permitido que se utilice ~50% del LS producido, el cual se transforma principalmente en suero en polvo, aislado de proteína de suero, bioetanol, biopolímeros, hidrógeno, metano, electricidad y probióticos (Yadavet al., 2015). El LS remanente se utiliza como alimento para animales, como fertilizante, o es desechado al medio ambiente (Jauregi y Welderufael, 2010). Esto último es consecuencia de la ausencia de métodos económicamente viables que permitan su utilización, lo que ocasiona contaminación ambiental debido a su alta (45000-60000ppm) demanda biológica de oxígeno (Arora et al., 2013). Esta condición ha hecho que el LS sea considerado como uno de los efluentes de mayor importancia en los países en vías de desarrollo (Bainotti et al., 1987).

Las proteínas del lactosuero (PLS) tienen propiedades funcionales y nutricionales únicas, lo cual ha aumentado la demanda no solo del LS; sino también de sus hidrolizados (Jauregi y Welderufael, 2010), ya que actualmente los consumidores están interesados en consumir alimentos funcionales (Ares et al., 2009). Recientemente se ha argumentado que las PLS tienen actividad antiinflamatoria, antitumoral, inmunomodulatoria, hipotensiva, antidiabética, osteoprotectiva, anticancerígena, antihipertensiva y radioprotectiva (Patel, 2015). Además, se indica que participan en la miogénesis (formación de tejido muscular durante el desarrollo de un embrión) y en la disminución del riesgo de padecer obesidad (Drago, 2007; Cruz et al., 2009; Dryakova et al., 2010).

Utilización del Lactosuero en la Industria

El LS es una fuente de proteína de alta calidad económicamente accesible (Luhovyy et al., 2007). El 50% del LS producido a nivel mundial es tratado y transformado en productos alimenticios. El 45% es utilizado directamente en forma líquida, 30% se deshidrata para su uso como polvo, 15% se industrializa para extraer lactosa y con el resto se elabora concentrado proteico de LS en polvo (Panesar et al., 2007).

En países como Nueva Zelanda y Japón, esta materia prima se utiliza en la elaboración de fórmulas lácteas, pastas dentífricas, alimentos nutracéuticos, pomadas antifúngicas y en la industria cosmetológica (Baró et al., 2001). Además, se emplea en la elabo- ración de productos lácteos, cárnicos, panaderia, bebidas, postres, confitería, productos farmacéuticos, formulaciones infantiles y alimentos dietéticos, entre otros (Elpidia, 2013).

Uno de los usos más comunes del LS es como ingrediente en la producción de bebidas (Baccouche et al., 2013; Varghese et al., 2014). Éstas se caracterizan por proporcionar energía, regular la temperatura del cuerpo, evitar la deshidratación y calmar la sed (Shaikh et al., 2001). Como se mencionó, el LS es una fuente barata de proteína y, por lo tanto, la elaboración de bebidas a base de este, a escala comercial, tiene ventajas económicas (Shaikh et al., 2001). Se ha mencionado que esta materia prima, altamente nutritiva, podría sustituir a la leche (Almeida et al., 2009). Otro uso común que se le da a este subproducto en la industria alimentaria, es para la producción de requesón o queso ricotta (Cujano-Guambo, 2016).

Composición Química del Lactosuero

Dada su composición química, el LS está considerado como un subproducto altamente nutritivo (Dragone et al., 2009). Esta composición depende de la etapa de lactancia, especie, alimentación y raza del animal, así como de la estación del año (El-Hatmi et al., 2007) y principalmente de las técnicas de procesamiento empleadas durante la elaboración del queso del cual proviene (Tabla I). Existen dos tipos de suero, el que se origina cuando la fracción de caseína de la leche se separa mediante acción enzimática del resto de las proteínas lácteas, se denomina ‘suero dulce’; por otro lado, el ‘suero ácido’ se obtiene tras la coagulación ácida de las caseínas a un pH<5. Las principales diferencias entre los dos tipos de LS radican en el contenido de minerales, acidez y la composición química de la fracción proteica (Panesar et al., 2007).

La lactosa es el principal componente sólido del LS, éste contiene entre 45 y 50g·l^-1, lo cual representa el 50% del total de los sólidos; las proteínas se encuentran entre 6 a 8g·l^-1, contiene 0,5g·l^-1 de ácido láctico, y cantidades apreciables de ácido cítrico, compuestos nitrogenados no proteicos (urea y ácido úrico) y vitaminas del grupo B (Dragone et al., 2009).

A pesar de sus propiedades nutritivas, en algunos países se le considera un contaminante ambiental (Rathi et al., 2015) ya que en ocasiones es vertido al suelo y/o ríos, afectando seriamente la disponibilidad de oxígeno (Liang et al., 2006). En cuanto al impacto ecológico, se estima que por cada 1000 litros de LS se genera una demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de 35kg y una demanda química de oxígeno (DQO) de 68kg, lo que es equivalente a la fuerza contaminante de las aguas negras producidas por 450 personas en un día (Liang et al., 2006).

Proteínas del Lactosuero

El LS constituye 85-90% del volumen de la leche utilizada en la producción de queso. Las proteínas séricas (PS) representan el 55% de los nutrientes de la leche, son proteínas globulares, solubles en agua, no coagulan por cambios de pH y se separan de la cuajada de forma manual, mecánica o por temperatura (McIntosh et al., 1998; Wakabayashi et al., 2006; Sinha et al., 2007). La β-lactoglo- bulina (β-LG) es la PS más abundante y tiene un peso molecular de 18.266Da (Buffoni et al., 2011), presenta dos isoformas (β-LG A y β-LG B) (Ding et al., 2011), que difieren en dos aminoácidos, el ácido aspártico en la posición 64 y la valina en la posición 118 (Guyomarc’h et al., 2014). Por otro lado, la α-lactoalbúmina (α-LA) es la segunda proteína más abundante y posee una cadena polipeptídica de 123 aminoácidos y tiene un peso molecular de 14.2kDa (Zhang et al., 2014).

Las inmunoglobulinas y albúminas, representan el 13 y 7% (P/V), respectivamente. Asimismo, contiene otras proteínas en menor cantidad, entre las cuales están la lactoferrina, lactoperoxidasa y las lisozimas (Kruger et al., 2006)

Las PS son ricas en aminoácidos esenciales (Parra, 2009; Burd y Phillips, 2010), cuya concentración se muestra en la Tabla II. En comparación con otras fuentes de proteínas alimentarias, las PS contienen la mayor concentración de L-leucina, L-valina y L-isoleucina (Goulart et al., 2014). De hecho, éstas poseen un valor biológico elevado en comparación con las proteínas del huevo o la soya (Jáuregui y Welderufael, 2010).

Implicaciones de las PLS en la Salud Humana

El papel que la industria alimenticia tiene en la vida cotidiana de los consumidores es innegable, así como lo es la importancia de la dieta en la prevención de enfermedades y su relación con la salud (Komatsu et al., 2013). El consumo de alimentos enriquecidos o elaborados a base de PLS puede modificar o influenciar positivamente la salud de los consumidores, ya que presentan múltiples funciones biológicas y fisiológicas que ayudan a mantener estable los sistemas digestivo, óseo, inmunológico, nervioso, cardiovascular y muscular (Baró et al., 2001).

Sistema digestivo

A nivel digestivo se ha demostrado que la a-lactoalbumina de origen bovino juega un papel central en la síntesis de la lactosa, durante el rápido crecimiento del neonato; aunque esta proteína no es idéntica a la a-lactoalbumina de origen humano, estas presentan una similitud del 72% en su secuencia, por lo que la a-lactoalbumina de origen bovino es ahora adicionada a fórmulas para infantes, para beneficiar a aquellos que se alimentan con estas fórmulas (Ding et al., 2011). Además, se han reportado efectos positivos en el tratamiento de diferentes grados de colitis ulcerosa (Suzuki et al., 2006). También se ha demostrado que al igual que sus hidrolizados ayuda a controlar la ingesta de alimentos, mejora la sensibilidad a la insulina y tiene propiedades insulinotrópicas que provocan una reducción en los niveles de glucosa sanguínea, tanto en sujetos con diabetes mellitus tipo II (DMII), como en individuos sanos (Petersen et al., 2009; Goudarzi y Madadlou, 2013; Jakubowicz y Froy, 2013; Ooi et al., 2015).

Sistema óseo y hematopoyético

Tanto las PLS como los complejos minerales extraídos del LS parecen impactar positivamente la densidad osea (Tsuchita et al., 1993) y en el crecimiento y diferenciación de los osteocitos (Kruger et al., 2006). También pueden ser aprovechadas para promover la biodisponibilidad de hierro y así prevenir la anemia, ya que su estructura peptídica permite ligar cationes di y trivalentes (Kim et al., 2004).

Sistema inmunológico

Los aminoácidos esenciales de la β-LG estimulan la síntesis de glutation, tripéptido conocido por su efecto anticancerígeno a nivel intestinal (Hernández-Ledesma et al., 2008). Otro efecto inmunológico es la portación de ácido retinoico, el cual modula las respuestas linfáticas en caso de infecciones y propagación de tumores (Sharma y Shah, 2010).

Sistema nervioso

Se considera que la α-LA mejora la calidad del sueño, por ser una fuente de triptófano y estimular la formación de serotonina. Al modificar la calidad del sueño, disminuye el nivel de estrés y como consecuencia, mejora el estado de ánimo y el funcionamiento cognitivo (Sharma y Shah, 2010).

Sistema cardiovascular

Actualmente el número de personas con sobrepeso representa un problema de salud a nivel mundial (Sinnot et al., 2009). La concentración de lípidos en la sangre, la obesidad, y el sobrepeso son factores de riesgo en el desarrollo de enfermedades cardiovasculares (Fenkci et al., 2006; Lasker et al., 2008). Las PLS solas o en combinación con aminoácidos, vitaminas y minerales previenen indirectamente las enfermedades cardiovasculares y otros padecimientos metabólicos tales como la DMII, hipertensión y dislipidemia e hiperglucemia (Frestedt et al., 2008; Siddiqui et al., 2008; Pilvi et al., 2009; McGregor y Poppit, 2013; Ooi et al., 2015). Debido a que también disminuyen los niveles de triglicéridos (Hernández-Ledesma et al., 2008; Pal et al., 2010), mejoran la tolerancia en la ingesta de glucosa e incrementan la liberación de colescitoquinina, la cual produce una sensación de saciedad, además de reducir la presión sanguínea, la inflamación y el estrés oxidativo (Shi et al., 2011; Sousa et al., 2012; Tranberg et al., 2015). Por lo anterior, las PLS pueden utilizarse para fortalecer los tratamientos contra la obesidad y la DMII (Sousa et al., 2012).

Péptidos Bioactivos Derivados de las Proteínas del Lactosuero

Las proteínas son consideradas precursores de péptidos bioactivos (PB), los cuales se encuentran encriptados en la secuencia parental de la proteína. Una vez liberados, tienen una gran variedad de actividades biológicas, muchas de ellas capaces de disminuir el riesgo de enfermedades y mejorar la salud (Möller et al., 2008). Hasta el momento, se les han atribuido actividades antioxidante, antimicrobiana, opioide, antitrombótica, acarreadora de minerales, hipolipidémiante, antihipertensiva e inmunomoduladora (FitzGerald y Meisel, 1999; Möller et al., 2008; Cruz et al., 2009; Dryakova et al., 2010; Unal y Akalin, 2012).

En los últimos años se ha incrementado el interés por los PB provenientes de las PLS debido a que en esta matriz se encuentran en grandes cantidades, con alto grado de pureza y a bajo costo (Haque y Chand, 2008). Los PB pue- den ser liberados a través de diferentes procesos hidrolíticos, ya sea mediante el uso de enzimas gastrointestinales o por técnicas fermentativas (Möller et al., 2008; Bhat et al., 2015) basadas principalmente en el uso de bacterias ácido lácticas (Meisel y Bockelmann, 1999). El tamaño de las secuencias peptídicas bioactivas puede variar, siendo éstas de entre 2 a 20 aminoácidos (Haque y Chand, 2008).

Actividad antihipertensiva

La hipertensión es uno de los principales factores de riesgo para un gran número de enfermedades cardiovasculares (Haque y Chand, 2008). Para que los PB ejerzan actividad inhibitoria sobre la enzima convertidora de la angiotensina (ECA) es necesario que las PLS los liberen mediante una hidrólisis enzimática (pepsina, tripsina y quimotripsina) o por medio de microorganismos proteolíticos (Haque y Chand, 2008). La Tabla III muestra los PB que ejercen un efecto inhibitorio sobre la ECA, el cual se traduce en un efecto antihipertemsivo.

Actividad antioxidante

Las PLS son capaces de promover beneficios antioxidantes (Chatterjee et al., 2015), efecto que se relaciona con su capacidad para captar radicales libres, no solo a nivel sistémico, sino también en los productos alimenticios (Landoni et al., 2009; Dryakova et al., 2010; Mann et al., 2015). Algunos de los PB que han sido reportados con actividad antioxidante se presentan en la Tabla IV.

Actividad inmunomodulatoria

La actividad inmunomodulatoria se atribuye a los fragmentos derivados de αs1-CN, β-CN, κ-CN y α-La. El mecanismo de acción no es completamente conocido y la hipótesis más aceptada considera que la unión a los receptores opiáceos en la membrana de los lin focitos, influye en la capacidad inmunoreactiva; el aminoácido arginina en los extremos amino o carboxilo terminal pare- ce ser la zona reconocida por los receptores específicos de la membrana de los linfocitos y los macrófagos (Hernández, 2002).

Se ha reportado que el péptido Tyr-Gly, correspondiente a los fragmentos f(18-19) y f(50-51) de la α-La, y el tripéptido Tyr-Gly-Gly, que corresponde al fragmento f(18-20) de la α-La, modulan in vitro la producción de linfoquinas (sustancias que inhiben o estimulan diferentes aspectos de la respuesta inmunitaria), por lo que se están empleando como coadyugante en el tratamiento del síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA) (Hernández, 2002).

Actividad antimicrobiana

La actividad antimicrobiana in vitro se atribuye a fragmentos de caseínas y a la lactoferrina (Hati et al., 2017). El efecto antimicrobiano de los PB derivados de las PLS parece estar relacionado con la carga neta positiva de estos péptidos (Silva y Malcata, 2005). Los PB derivados de las PLS son la Lacto- ferricina y su fragmento f(17-41), los cuales inhiben a las bacterias Bacillus, Lis- teria, Streptococcus, E. coli, Klebsiella, Salmonella, Proteus y Pseudomonas, y a levaduras como Candida (Hernández, 2002; Meisel, 2001), y algunos péptidos derivados de la b-lactoglobulina correspondientes a las fracciones f(15-20), f(25-40), f(78-83) y f(92-100) que inhiben bacterias gram-positivas (Pellegrini et al., 1999).

Actividad opioide, antitrombótica y acarreadora de minerales

Estas bioactividades han sido poco estudiadas en el LS, aunque si están ampliamente distribuidas en las caseínas. La actividad opioide que resulta de las PLS se debe a la a-lactoalbúmina y la b-lactoglobulina, conocidas como lactorfinas, ya que aumentan el transpote de electrolitos en el epitelio intestinal, además de modular la concentración de insulina postprandial y la liberación del polipéptido pancreático (Aranceta y Serra, 2005). Así mismo, se ha relacionado la actividad antitrombótica con la regulación del sistema cardiovascular; se ha encontrado que las PLS liberan biopeptidos que inhiben enlaces del fibrinógeno y trombina además del factor dependiente de inhibición plaquetaria (Clare y Swais- good, 2000; Jauhiainen et al., 2007). Por otra parte, entre las casoplatelinas, principales péptidos antitromboticos, se encuentra la secuencia peptidica Lys-Arg-AspSer-Glu-Arg-Lys-Arg-Asp-Ser, proveniente de la lactoferrina (Rodríguez-Hernández et al., 2014).

Alergenicidad de las Proteínas del Lactosuero

A pesar de todos sus beneficios, las PLS pueden también ser asociadas con hipersensibilidad alimentaria, no solo en lactantes sino también en niños y adultos (Sampelayo et al., 2006). Las alergias alimentarias son una respuesta inmunológica anormal y representan un problema de salud importante, sobre todo en países industrializados, en los que se ha estimado que afecta entre el 1 y 2% de la población adulta y hasta al 8% de los niños menores de 7 años (Monaci et al., 2006; Cervantes et al., 2007). La evolución del efecto alergénico de las PLS es generalmente favorable, ya que tiene una tasa de remisión del 50% al año de edad, 75% a los 2 años y del 90% a los 3 años (Lozano de la Torre y Lorente Toledano, 1999); sin embargo, alrededor del 15% de los niños permanecen con ella (Monaci et al., 2006). Diversas investigaciones con respecto a la antigenicidad de las proteínas de la leche bovina mencionan que los alérgenos principales son la b-LG y la α-LA (Prioult et al., 2005; Monaci et al., 2006; Lakshman et al., 2011; López-Expósito et al., 2012; Shi et al., 2014)

Se han descrito diferentes métodos de procesamiento dirigidos a disminuir los problemas de alergias asociados con el consumo de PLS, entre ellos se contemplan tratamientos enzimáticos y térmicos (Sampelayo et al., 2006; Micinski et al., 2012, 2013) y/o la combinación de los mismos (Lakshman et al., 2011). Los sistemas enzimáticos utilizados pueden ser de origen vegetal (bromelina), bacteriano (Bifidobacterium lactis, Lactobacillus casei) o gástrico, y pueden utilizarse solos o en combinación (Prioult et al., 2005; Lakshman et al., 2011; Shi et al., 2014).

La hidrólisis enzimática de estas proteínas suele considerarse el proceso más eficiente para reducir su alergenicidad, así como su carga antialergénica y el riesgo de sensibilización, sobre todo en fórmulas lácteas (Fritsché, 2003). El principio de los hidrolizados se basa en la premisa de que las proteínas predigeridas están constituidas por una mezcla de aminoácidos y péptidos que proporcionan nutrientes de forma no alergénica (Ragno et al., 1993).

Otras estrategias incluyen mezclar α-LA y β-LG con maltosa, someterla a una reacción de Maillard en combinación con microondas (200W) a pH ácido (El-Mecherfi et al., 2011). Ello ocasiona una disminución de la antigenicidad de 32,25 a 10,91µg·ml^-1 para la α-LA y de 272,4 a 38,17µg·ml^-1 para la b-LB (Li et al., 2011).

Lo anteriormente descrito demuestra los efectos positivos que presentan las PLS sobre la salud. Sin embargo, es importante considerar que el efecto biológico atribuido a éstos péptidos debe ser medible, y al mismo tiempo excluirse efectos perjudiciales como toxicidad, alergenicidad y mutagenicidad (Möller et al., 2008).

Conclusiones

Las PLS son una alternativa para el tratamiento y prevención de algunas enfermedades, lo que da valor agregado a los productos alimenticios en los cuales son integradas. A nivel mundial, las grandes cantidades de suero desechado, producido tras la elaboración de quesos, han generado un problema de contaminación ambiental grave, por lo que es recomendable utilizar este subproducto de la industria quesera. Se ha demostrado que éste contribuye al mejoramiento de la salud humana por presentar bioactividades tales como propiedades inmunomoduladoras, antioxidantes, antimicrobianas, antivirales, anticancerígenas, antiulcerosas y proteger al sistema cardiovascular.

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