Il latte e i prodotti lattiero-caseari sono importanti fonti di proteine nella dieta umana. Con la crescita della popolazione mondiale e l’espansione della classe media nei Paesi in via di sviluppo, la domanda di proteine animali è in aumento. I prodotti lattiero-caseari forniscono un apporto di qualità di proteine alimentari sia per la loro ricchezza di aminoacidi essenziali (EAA) sia per la loro elevata digeribilità e biodisponibilità. Grazie alle loro diverse funzionalità, le proteine del latte vengono consumate sotto forma di vari prodotti lattiero-caseari, come latte, yogurt e formaggio. Gli alimenti per lattanti a base di latte sono studiati per soddisfare le esigenze dei bambini simulando la composizione del latte materno umano, che si differenzia da quello bovino per la mancanza di caseine e di b-lattoglobulina (b-LG) e per l’abbondanza di a-lattoalbumina (a-LA) e di altre proteine del siero.

Durante la realizzazione dei prodotti lattiero-caseari, le proteine del latte sono sottoposte a diversi trattamenti di trasformazione che possono alterare le loro macro e microstrutture e causare modifiche a livello molecolare, che possono influenzare il loro comportamento nella digestione e la loro digeribilità. Negli ultimi anni sono stati compiuti enormi sforzi di ricerca per comprendere il comportamento e la digeribilità delle proteine del latte e dei prodotti lattiero-caseari. I metodi tipici utilizzati per studiare la digestione delle proteine del latte includono metodi statici e (semi)dinamici in vitro, modelli animali (ratti e maiali) e studi sull’uomo. Per quanto riguarda gli studi in vitro, alcuni ricercatori adottano condizioni di digestione infantile che differiscono da quelle degli adulti, ad esempio un pH gastrico più elevato e una minore attività degli enzimi digestivi. Le diverse funzionalità delle proteine del latte derivano dalla loro composizione e struttura. Le proteine del latte possono essere distinte in due gruppi principali, le caseine e le proteine del siero di latte, in base alla loro solubilità a pH 4,6.

Le caseine costituiscono l’80% delle proteine del latte bovino e sono per lo più presenti nel latte sotto forma di micelle di caseina, composte da 103 a 106 singole molecole di caseina. La superficie delle micelle di caseina è composta da k-caseine anfifiliche, che le stabilizzano contro l’aggregazione. La coagulazione delle micelle di caseina può essere ottenuta interrompendo lo strato superficiale di k-caseina mediante acidificazione o idrolisi enzimatica (chimosina o pepsina). Le caseine sono stabili al calore, sia in micelle di caseina che sotto forma di caseinati, a causa della loro natura non strutturata. Al contrario, le proteine del siero di latte sono labili al calore e vengono prontamente denaturate con il riscaldamento a circa 70 C. La principale proteina del siero di latte bovino, la b-LG, contiene un gruppo tiolico libero che viene prontamente esposto dal dispiegamento termico. È responsabile dell’aggregazione indotta dal calore tra diverse proteine del siero e tra le proteine del siero e le micelle di caseina nel latte, a causa della formazione di legami disolfuro.

Il trattamento termico è ampiamente utilizzato in quasi tutti i tipi di prodotti lattiero-caseari per garantire la sicurezza alimentare, prolungare la durata di conservazione e migliorare la funzionalità delle proteine. I prodotti lattiero-caseari liquidi sono pastorizzati (tipicamente 72e75 C per 15e20 s), sterilizzati in-can (115e120 C per 20e30 min) o trattati UHT (135e140 C per pochi secondi). Oltre alla denaturazione delle proteine del siero, i trattamenti termici del latte liquido a temperature superiori a 100 C inducono anche altri cambiamenti fisico-chimici, tra cui la dissociazione della k-caseina, l’aggregazione delle micelle, la reazione di Maillard e la de-fosforilazione delle caseine. Durante la produzione di yogurt, il latte viene tipicamente riscaldato a 90e95 C per circa 5 minuti o a 80 C per 30 minuti, con l’obiettivo di denaturare la maggior parte delle proteine del siero, il che contribuisce notevolmente alla qualità testuale dello yogurt. Il latte per la produzione di formaggio viene normalmente trattato con un calore minimo, ad esempio mediante termizzazione a circa 60 C per 15 s, poiché la denaturazione delle proteine del siero e la loro incorporazione nella cagliata del formaggio è generalmente indesiderabile per la qualità del formaggio.

Il latte in polvere, gli alimenti per lattanti e gli ingredienti proteici del latte sono comunemente sottoposti a essiccazione a spruzzo, durante la quale le gocce liquide sono tipicamente riscaldate a 70-80 C. È stato dimostrato che il processo di essiccazione induce la lattosilazione delle proteine, la cui entità è influenzata dai parametri di lavorazione. Prima del processo di essiccazione, la soluzione proteica per la produzione di polveri viene preriscaldata a diversi livelli per ottenere determinate funzionalità per diverse applicazioni. La glicazione delle proteine nei prodotti lattiero-caseari a lunga conservazione, come il latte UHT e le polveri di latte, potrebbe verificarsi durante la conservazione, con un aumento del tasso a temperature di conservazione più elevate. Un punto chiave da notare è che il trattamento termico può determinare diversi cambiamenti chimici e strutturali delle stesse proteine, a seconda non solo delle condizioni di riscaldamento ma anche della matrice alimentare (ad esempio, la presenza di altre proteine o zuccheri), delle condizioni ambientali (ad esempio, pH, forza ionica e attività dell’acqua) e degli altri trattamenti di trasformazione (ad esempio, omogeneizzazione, taglio e fermentazione), che influenzano le proprietà e i comportamenti di digestione del prodotto finale.

Le interazioni tra la matrice alimentare, i cambiamenti fisico-chimici indotti dal calore e il comportamento della digestione rendono piuttosto complessa la comprensione dell’influenza del trattamento termico sulla digeribilità delle proteine del latte. Ma quale è l’impatto dei trattamenti termici sul comportamento di digestione e sulla digeribilità delle proteine del latte? L’attenzione è rivolta a capire se il trattamento termico influisce in modo diverso sulla digestione della stessa proteina in contesti diversi, ossia matrici alimentari diverse e condizioni di riscaldamento diverse.

Le proteine del latte svolgono un ruolo importante nell’alimentazione umana grazie alla loro elevata qualità e digeribilità. Durante la lavorazione e la conservazione dei prodotti lattiero-caseari, le proteine del latte subiscono vari trattamenti termici che determinano modifiche a livello molecolare, microstrutturale e macrostrutturale. Il tipo e l’entità di questi cambiamenti indotti dal calore sono influenzati dalla matrice e dalle condizioni di riscaldamento, che portano a diversi impatti sul comportamento della digestione e sulla digeribilità delle proteine del latte. Questa rassegna riassume la letteratura scientifica che studia l’impatto dei cambiamenti indotti dal calore sulla digestione delle proteine del latte, sottolineando come il trattamento termico possa influenzare la digeribilità di una proteina in modo diverso a seconda della matrice del prodotto e delle condizioni di riscaldamento. Vengono evidenziati i diversi effetti del trattamento termico sulla digestione di diverse proteine del latte, ad esempio caseine, b-lattoglobuline e a-lattoalbumine.

L’impatto dei cambiamenti indotti dal calore sulla digestione delle proteine del latte è influenzato da vari fattori, tra cui l’intensità del riscaldamento, le condizioni ambientali, il tipo di proteina, la matrice alimentare e le condizioni di digestione, nonché le interazioni tra questi fattori. Ad aumentare la complessità è il fatto che il trattamento termico influisce su diversi aspetti della digestione delle proteine, in molti casi contemporaneamente. Ad esempio, l’alterazione della coagulazione gastrica del latte influisce principalmente sulla cinetica digestiva, modulando lo svuotamento gastrico, ma può non influenzare la digeribilità complessiva delle proteine. Al contrario, la reazione di Maillard può rendere alcuni AA, in particolare la lisina, non disponibili dal punto di vista nutrizionale e ridurne la digeribilità. Il contesto deve essere considerato attentamente quando si esamina l’impatto del trattamento termico sulla digestione delle proteine del latte.

Studi futuri potrebbero cercare di disaccoppiare i diversi effetti dei trattamenti termici sulla digestione degli alimenti lattiero-caseari. Secondo gli studi in vivo condotti finora, la digeribilità e la qualità nutrizionale delle proteine del latte nella maggior parte dei prodotti lattiero-caseari trasformati industrialmente sono abbastanza buone. In questo contesto, il ruolo del trattamento termico nel modulare la cinetica digestiva delle proteine del latte sembra essere più importante nei comuni alimenti caseari. Il trattamento termico può essere utilizzato come strumento per regolare il comportamento di coagulazione gastrica delle proteine del latte per ottenere risultati digestivi diversi. Sulla base di questo principio, i sistemi a base di latte possono essere progettati per modulare la somministrazione di altri componenti della matrice (ad esempio, carboidrati e composti bioattivi) alterando le dinamiche di strutturazione e destrutturazione nell’ambiente gastrico. Sebbene la glicazione delle proteine del latte in alcune condizioni possa favorirne l’idrolisi, l’intensa reazione di Maillard indotta in condizioni favorevoli può ridurre la digeribilità delle proteine del latte. La reazione di Maillard è complessa e la cinetica di reazione può variare a seconda delle condizioni di riscaldamento, nonostante l’allineamento di alcuni marcatori di reazione (ad esempio, la furosina). Studi futuri potranno approfondire l’impatto delle condizioni di lavorazione industriale (simulate) e di conservazione sulla reazione di Maillard nei sistemi a base di latte e il suo impatto sulla digeribilità delle proteine. I sistemi alimentari sottoposti a condizioni di lavorazione e conservazione industriali comuni sono più inclini a sviluppare reazioni di Maillard intense, come i prodotti a base di latte con una lunga storia di lavorazione e conservazione e i prodotti da forno contenenti proteine del latte. Gli impatti fisiologici del consumo di proteine del latte non si limitano al loro valore nutrizionale. Durante la digestione delle proteine del latte si generano peptidi bioattivi, che possono essere modulati da trattamenti termici. I coniugati delle proteine del latte indotti da Maillard hanno mostrato funzioni prebiotiche, modulando il microbiota e la produzione di acidi grassi a catena corta. Sono necessari ulteriori studi per comprendere il destino delle proteine e dei peptidi del latte che sopravvivono alla digestione a seguito di un trattamento termico e il loro ruolo nella salute e nel benessere umano. Infine, la presente rassegna si è concentrata sugli studi relativi alle proteine del latte bovino, così come alcune altre rassegne su argomenti correlati. I latti non bovini differiscono dal latte bovino per la loro composizione e le loro proprietà fisico-chimiche, che possono influenzare il loro comportamento durante la lavorazione e la digestione. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere le somiglianze e le differenze nei comportamenti di digestione dei latti di specie diverse.

Il presente articolo è una sinossi della ricerca Li, S., Ye, A., & Singh, H. (2021). Impacts of heat-induced changes on milk protein digestibility: A review. International Dairy Journal, 123, 105160.