ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PROTEIN TRONG SỮA - TIỂU LUẬN HÓA SINH THỰC PHẨM

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ViỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM MÔN: HÓA SINH THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PROTEIN TRONG SỮA GVHD: THS: NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG NHÓM SV THỰC HIỆN: 7

MÔN: HÓA SINH THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG PROTEIN TRONG SỮA

GVHD: THS: NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG NHÓM SV THỰC HIỆN: 7

PROTEIN

Protein được kết hợp bởi 20 amino acid khác nhau bằng liên kết peptid Có 4 mức cấu trúc của protein:

 Bậc 1: thành phần và trình tự sắp xếp các gốc acid amin

trong 1 chuỗi polypeptid

 Bậc 2: là sự sắp xếp thích hợp trong không gian của 1

chuỗi polypeptid

 Bậc 3: là cấu trúc bậc 2 liên kết với nhau nhờ các cầu

disulfide và liên kết Van der van của gốc không cực.

 Bậc 4: do 2 hay nhiều cấu trúc bậc 3 kết hợp: nhờ liên kết

hydro, liên kết Van der van và liên kết tĩnh điện

 Whey protein: chiếm gần 20% trong sữa Bao gồm:

 Casein

Casein có mặt trong tất cả các sữa động vật, bao gồm cả sữa người

 Phân tử casein có chứa các nhóm phosphate và các nhóm

kỵ nước tạo nên các phân tử polymer rất đặc biệt và bền Các phân tử này hình thành nên dung dịch keo và màu trắng của sữa Đó là micelle casein.

 Casein và các nhóm carbonhydrate được sử dụng trong

công đoạn đầu tiên của quá trình sản xuất phomat

 Protein màng: hình thành nên lớp bảo vệ xung quanh các

giọt chất béo nhằm ổn định thể sữa của các giọt chất béo trong sữa.

 Enzym trong sữa: Một số enzym của sữa được sử dụng

nhằm mục đích kiểm nghiệm và kiểm soát chất lượng.

- Lactoperoxidase

- Phosphatase

- Lipase

TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

TRONG CHẾ BIẾN CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA :

Tính chất chức năng của protein thực phẩm có thể phân thành ba nhóm chính:

 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước: khả năng hòa tan và

tạo nhớt

+ Khả năng hòa tan:

Độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 – 40, 50 0 C.

Ở nhiệt độ cao hơn 40 - 50 0 C, chuyển động nhiệt của các phân tử

protein đủ lớn để phá hủy các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc hai và bậc ba do đó protein bị tập hợp lại.

Độ hòa tan của đa số protein bị giảm một cách mạnh mẽ và không

thuận nghịch trong quá trình đun nóng

Độ hòa tan ban đầu cao cũng làm cho sự khuyết tán của protein đến bề mặt liên pha không khí/ nước và dầu / nước được dễ dàng do đó làm cho hoạt động bề mặt của protein tốt hơn.

+ Khả năng tạo độ nhớt của protein:

Các protein hình cầu tan trong nước, thường có một độ nhớt nhất định để tạo ra được cảm vị đặc trưng cho sản phẩm

Dung dịch cao phân tử hoặc gel là những hệ sonvat hóa rất mạnh nên độ nhớt của chúng lớn hơn của dung dịch khác rất nhiều

 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng protein:

+ Đường kính bên trong của phân tử protein ( hoặc các tiểu phần)

bị phân tán

+ Nồng độ protein

+ pH, nhiệt độ, lực ion…

TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN THỰC PHẨM

 Tính chất do tương tác giữa protein và protein: tạo gel,

đông tụ ( được tìm hiểu ở phần phô mai)

+ Tính chất tạo gel của protein sữa:

Khả năng đông tụ của các mixen casein được khởi đầu

bằng tác dụng proteolitic của chimozin trên casein - K nhưng nhất thiết phải có ion canxi và có một nhiệt độ cao hơn 150C Axit hóa sữa ở pH đẳng điện của casein cũng làm cho sữa đông tụ Khi pH > 6 các mixen casein và các casenat rất bền với nhiệt Chỉ sau khi cô đặc tính bền nhiệt này mới bị giãm xuống

Các protein lactoserum trong dung dịch khi có nồng độ trên 5% sẽ tạo gel tốt ở nhiệt độ 70 – 850C

 Các tính chất bề mặt: khả năng nhũ hóa, khả năng tạo

bọt…

+ Khả năng nhũ hóa:

 Các protein trong sữa là những chất làm bền nhũ tương dầu/

nước

 Khi đồng hóa độ bền của nhũ tương tăng lên do làm giảm

kích thước của cầu béo và cũng do các siêu mixen casein được tân tạo ra sẽ thay chỗ các imunoglobulin ( protein hòa tan ) và được hấp thụ vào trên các cầu béo

 Các casenat là những chất nhũ hóa tốt nhất vì chúng có độ hòa

tan cao, có cấu trúc phân ly, có độ giãn mạch tự nhiên và có sự tách biệt các vùng rất háo nước và rất ưu béo của chuỗi peptit

 Các mixen casein cũng có những tính chất nhũ hóa tốt.

TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN THỰC PHẨM

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nhũ hóa:

 Mối tương quan thuận giữa độ hòa tan của protein và

 Tính chất tạo bọt đặc trưng của protein trong sữa:

 Các protein hình cầu có khối lượng phân tử cao và khó bị giãn

mạch ở bề mặt sẽ tạo ra được những màng hấp thụ dày do đó làm cho bọt rất bền

 Các protein trong sữa có khả năng tạo bọt tốt như: protein của

lactoserum, các mixen casein, casein β…

 Casein β có cấu trúc ít trật tự nên làm giảm nhanh sức căng

bề mặt liên pha và làm cho bọt hình hình dễ dàng nhanh

chóng

 Casein K tự giãn mạch một cách chậm chạp trong khi tạo bọt (do có cầu disulfua giữa các phân tử) và tự trải ra ở bề mặt liên pha kém hơn casein β Sự hình thành bọt chậm nhưng

màng mỏng protein hấp thụ lại dày và bền do đó bọt thu được khá bền

TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN THỰC

PHẨM

 Cố định các chất thơm và giữ mùi cho sữa:

Trong môi trường nhiều nước hoặc các dung dịch thì khả năng

cố định các hợp chất bay hơi của các gốc axit amin có cực hoặc không cực thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:

 Casein cố định các hợp chất cacbonyl, các rượu hoặc các este ở pH trung tính hoặc kiềm tốt hơn ở pH axit

 Khi biến tính protein bởi nhiệt sẽ làm tăng sự cố định các hợp chất bay hơi

 Khi có mặt các lipit sẽ có tác dụng tốt đối với việc cố định

và giữ các hợp chất bay hơi chứa các nhóm cabonyl

Sữa cô đặc có đường

 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao:

Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới, tác động của nhiệt độ cao cho phép tiêu diệt các loài vi sinh vật và chủ động điều khiển sự phát triển của chúng khi cần thiết, kéo dài thời gian bảo quản

 Phương pháp làm nóng có thể làm tăng chất lượng ban đầu

của sản phẩm

 Nhiệt độ sử dụng và thời gian đun nóng có ảnh hưởng sâu sắc

đến cấu trúc của sữa thông qua việc biến đổi các thành phần chính chiếm tỷ lệ cao trong sữa như: chất béo,các chất chứa nitơ, đường lactoza, enzym, vitamin…

 Tác động của nhiệt độ cao đến những biến đổi tính chất của protein trong chế biến sữa đặc có đường:

 Ở nhiệt độ cao,các protein hòa tan đều bị biến tính

một chiều ( biến tính không thuận nghịch) Protein bị biến tính tạo thành các kết tủa, làm giảm độ nhớt và tính keo của sản phẩm

 Bắt đầu từ 800C, protein trong dung dịch sẽ tự trùng hợp và có thể tạo ra gel

 Sự đốt nóng làm giải phóng các gốc – SH tự do từ các axit amin chứa lưu huỳnh như cystin và cystein vốn là các cấu tử chính cấu thành các protit hòa tan trong sữa Sự giải phóng các gốc tự do –SH thường song hành với sự biến chất các chất này Sự giải phóng các gốc tự do có liên quan đến các hợp

phần chứa lưu huỳnh và đến các chất khử có thể oxi hóa bởi oxi không khí

+ Gốc tự do –SH là nguyên nhân hình thành vị da trong sữa đun nóng Sự có mặt của các nhóm – SH trong sữa đun nóng

sẽ làm thay đổi điện thế oxi hóa- khử có tác dụng làm rối loạn

sự phát triển của vi sinh vật, nhất là đối với các vi khuẩn

+ Hơn nữa, sự có mặt của các chất khử trong sữa có vai trò bảo vệ các chất béo chống lại sự oxi hóa

 Khi nhiệt độ trên 1000C thì phần lớn các protein của

lactoreum có thể ở trạng thái liên kết với các mixen casein Bề mặt của các mixen này bị biến đổi làm cho chúng bền đối với proteaza ( đặc biệt là với chimozin) Phức hợp β- lactoglobulin – casein K được tạo thành có tác dụng làm bền các protein của sữa đối với sự thanh trùng ở 120 -1400C sau này cũng như đối với tác dụng đông tụ của casein

 Bắt đầu từ nhiệt độ 1100C, sẽ xảy ra các phản ứng thủy phân

để giải phóng ra phospho và nitơ phi protein Phospho bị giải phóng tức là khả năng cố định canxi bị giảm

 Ở nhiệt độ 120 - 1300C trong nhiều giờ có thể gây ra sự hư

hỏng đáng kể thành phần cazein

 Ở nhiệt độ từ 110 -1200C độ bền của protein sữa phụ thuộc rất mạnh vào pH Trong quá trình gia nhiệt pH bị giảm ( do tạo

ra các axit hữu cơ từ lactoza và từ phản ứng thủy phân

phosphate hữu cơ của casein ) làm cho sữa nhạy cảm hơn với đông tụ nhiệt

ứng với đường lactoza tạo ra màu nâu cho sản phẩm ( thường xảy ra khi nhiệt độ đun nóng vượt quá 800C)

 Sự xuất hiện các chất màu melanoidin này thường kèm theo

làm tăng độ pH của môi trường, cũng như làm tăng mùi cháy cho sản phẩm

 Các biến đổi này làm giảm giá trị thực phẩm của sữa cô đặc

có đường

 Nồng độ chất khô của sữa cũng có ảnh hưởng đến độ bền

nhiệt Khi nồng độ tăng sẽ làm giảm đáng kể độ bền nhiệt của sữa và cũng làm tăng nguy cơ tạo gel trong quá trình bảo quản

TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN  TRONG SẢN PHẨM KEM ĐÁ

liệu: đường, nước, sữa, kem, chất thơm (từ quả, nước quả hoặc từ

chất thơm tự nhiên: socola, cà phê, vani,…) và một lượng chất làm

bền không quá 1% ( có thể gelatin thực phẩm, lòng trắng trứng,

thạch, pectin hoặc alginat kiềm

nghĩa là những chất keo háo

nước).

 Tính chất chức năng của protein là tất cả những tính chất hóa

lý đã góp phần tạo ra những tính chất đặc trưng và mong muốn của sản phẩm thực phẩm trong mỗi thực phẩm có thể có sự can dự của nhiều tính chất chức năng Trong sản phẩm kem đá

có sự thể hiện của các tính chất chức năng của protein: tạo nhũ tương, giữ được chất béo, tạo độ nhớt, tạo bọt, tạo gel đông tụ

 Khi cho các nguyên liệu nước, đường, sữa, kem vào

với nhau và đánh lên ( đồng hóa) thì lúc này protein thể hiện khả năng nhũ hóa Khi đồng hóa các chất

lỏng bị phân tán và hình thành các giọt hình cầu có kích thước đồng đều và tiếp xúc sít với nhau tạo nên một bề mặt liên pha, lúc này sẽ hình thành các giọt nhũ tương Và độ bền của nhũ tương càng tăng khi càng đồng hóa thì sẽ làm giảm kích thước của cầu

béo và cũng do các siêu mixen casein được tân tạo ra

sẽ thay chỗ các immunoglobulin và được hấp thụ vào trên các cầu béo.

• Có 3 hiện tượng khử độ bền của nhũ

tương:

 Sự nổi lên hoặc lặng xuống của các giọt.

 Sự kết tụ của giọt do sự giảm đột xuất các diện

tích.

 Sự hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần

kích thước của các giọt.

 Vì vậy, để làm bền các nhũ tương ta cần tăng cường đồng hóa.

 Khi chúng ta trộn và gia nhiệt ở 85oC ( thanh trùng )

sẽ tạo điều kiện cho protein thể hiện tính chất tạo gel Lúc này protein β-lactoglobulin bị biến tính các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, liên kết giữa các phân tử bị giãn ra, các nhóm tiol tự do trước ẩn ở phía trong thì bây giờ xuất hiện ra ngoài sẽ tương tác với các nhóm tiol khác hoặc với các cầu disulfua trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử Khi đó sẽ tạo ra phức hợp giữa các protein hòa tan đã bị biến tính và các

hợp phần chứa S của mixen ( casein K, casein αS2).

đá:

 Bọt trong sản phẩm kem đá là một hệ thống keo rất phức tạp,

thường chứa một nhũ tương ( hoặc huyền phù của các cầu

béo), một huyền phù các tinh thể đá phân tán, một gel

polysacarit, một dung dịch đường và protein đậm đặc và các bọt không khí

 Sự rút chất lỏng của vách do trọng lực, do hiệu số áp suất và

do sự bốc hơi

 Sự khuếch tán khí từ các bóng bọt nhỏ sang các bóng bọt lớn

là do có khí hòa tan trong pha nước

 Sự phá hủy của vách lỏng ngăn cách các bóng bọt do đó xảy ra

hiện tượng hợp bọt làm tăng kích thước của các bọt rồi dẫn

đến nổ vỡ bọt

 Hiện tượng kem bị vỡ rất nhanh khi tan chảy là

do màng protein bao quanh mỗi bọt khí quá

mềm nên không khí từ các bọt thoát ra.

 Trong sản phẩm kem đá khi cho các nguyên liệu vào

với nhau và trộn đều sau đó thanh trùng trong 25-30 phút

ở nhiệt độ 65-85oC, để vài giờ ở nhiệt độ 4oC Khi đó

chất béo đóng rắn làm cho kem có kết cấu khô, tác nhân làm bền sẽ tạo gel với pha nước làm tăng độ nhớt của hỗn hợp, do đó sẽ ngăn cản hoặc làm giảm sự tạo ra các tinh thể đường và tinh thể đá Đánh khuấy thêm để tránh tạo

ra tinh thể đá to Làm lạnh nhanh đến nhiệt độ -6oC

Đánh khuấy với không khí để tạo bọt, để tạo độ giãn nở

và tăng thể tích, sau đó để kem ở nhiệt độ không quá

-18oC Trong trường hợp này, bọt bền là do màng protein tạo gel và đông lại.

 Trong sữa có chứa protein hòa tan là: β-lactoglobulin

và α-lactalbumin, immunoglobulin, các chất này đã tạo nên độ nhớt đặc trưng cho sản phẩm kem đá.

 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của protein:

 Khi đồng hóa sẽ làm cho kích thước các phân tử

protein bị nhỏ lại làm tăng độ nhớt của sản phẩm

 Khi tiến hành gia nhiệt sẽ làm phá hủy các liên kết disulfua dẫn đến thay đổi độ nhớt của sản phẩm

( giảm độ nhớt)

PROTEIN TRONG SỮA

CHUA

trình chế biến và cô đặc nồng độ dẫn đến làm tăng thành phần protein trong sản phẩm cuối

 Protein từ sữa chua thì dễ dàng hấp thu hơn protein từ sữa,

do vi khuẩn trong sữa chua có thể tiêu hóa phân hủy

protein trong sữa

 Điều này được hỗ trợ bằng chứng cứ là thành phần axit amin tự do trong sữa chua cao hơn sữa thường, đặc biệt là proline và glycine

 Như vậy, nồng độ của các nhóm axit amin tự do tăng gấp

2 lần trong suốt 24 giờ đầu tiên và sau đó tăng gấp 2 trong

21 ngày kế tiếp khi dự trữ ở 70C

 Một số môi trường cấy vi khuẩn cho thấy có hoạt động phân hủy protein cao hơn môi trường cấy khác.

 Trong suốt quá trình lên men, cả quá trình xử lý nhiệt độ

và sản xuất axit cùng dẫn đến sự đông thành phần đạm casein, điều này có thể cũng đóng góp vào khả năng tiêu hóa protein của sữa chua hơn sữa

của đạm sữa được bảo tồn tốt trong quá trình lên men.

 Cả thành phần casein và whey trong sữa chua đều giàu các

loại axit amin thiết yếu

 Sữa bò, sữa dê hoặc sữa cừu dưới dạng sữa tươi, sữa

đã tách một phần béo hoặc sữa gầy.

 Sữa phải được thu nhận từ những động vật khỏe mạnh, không chứa kháng sinh và bacteriophage, không bị

nhiễm bẩn các chất tẩy rửa, chất sát trùng…

NGUYÊN LIỆU

PHÔ MAI

Phô mai là một sản phẩm rất giàu dinh dưỡng

được sản xuất sữa Bằng cách ta tiến hành

đông tụ casein trong sữa sau đó tách khối

đông tụ thì phô mai dường như đã thành

phẩm.

NGUYÊN LIỆU

 Chỉ tiêu vi sinh của sữa cũng được quan tâm đặc biệt là

vi khuẩn sinh bào tử và VSV ưu lạnh

Sữa được xem là hệ nhũ tương dầu trong nước Các

màng lipo-protein có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa.

 Hàm lượng protein-casein trong sữa cũng là một chỉ

tiêu hóa lý quan trọng

 Sữa nguyên liệu có hàm lượng casein cao thì hiệu suất thu hồi phô mai cao.

 Đông tụ casein trong sữa là một trong những quá trình quan trọng nhất trong quy trình công nghệ sản xuất phô

mai.

giữa các phân tử với nhau.

 Các chế phẩm enzyme gây đông tụ casein trong sữa rất

đa dạng, được thu nhận và tinh sạch từ nhiều nguồn gốc như động vật, thực vật, vi sinh vật.

 Hiện nay nguồn chủ yếu là enzyme rennet trong da dày

bê với hiệu quả thủy phân rất cao.

ĐÔNG TỤ CASEIN

 Đầu tiên quá trình lên men lactic được thực hiện ở

20-22oC, sau 1-2 giờ lên men khi giá trị pH giãm xuống gần điểm đẳng điện pH=5.8 người ta sẽ bơm qua bồn đông tụ cho emzyme chymosin vào.

 Trong quá trình đông tụ vi khuẩn lactic vẫn tiếp tục lên men để làm giãm pH cưa hỗn hợp, đồng thời sinh tổng

hợp các sản phẩm phụ khác tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

 Quá trình đông tụ casein diễn ra trong ba giai đoạn.

PHÔ MAI

ĐÔNG TỤ CASEIN

Giai đoạn 1:

Enzyme chymosin xúc tác thủy phân liên kết peptide tại

vị trí đặc hiệu trong phân tử k-casein, trong khi độ bền của micelle phụ thuộc vào tỷ lệ k-casein.

Chymosin sẽ xúc tác thủy phân liên kết peptide tại vị trí giữa acid amin số 105(phe) và acid amin số 106(met) trong phân tử k-casein thì sẽ giải phóng ra một

caseinomacropeptide hòa tan và một paracasein không tan liên kết ngay với các gốc micelle để chúng dễ tập hợp lại với nhau chuẩn bị tạo khối đông.