Giới thiệu [1]
Đặc điểm, thành phần và cấu trúc của sữa
Sữa là chất lỏng dinh dưỡng được sản xuất từ các tuyến sữa của động vật, cung cấp nguồn thức ăn thiết yếu cho động vật non Nó chứa glucid, protein, lipid, khoáng chất và vitamin, tất cả đều cần thiết cho sự phát triển của cơ thể Với khả năng đồng hóa cao, sữa đã trở thành thực phẩm bổ dưỡng, đặc biệt quan trọng cho trẻ sơ sinh và là một phần không thể thiếu trong khẩu phần ăn hàng ngày của con người.
+ Thành phần vật lý của sữa Sữa tươi ở dạng lỏng, hơi nhớt có màu trắng đục hay vàng nhạt, có mùi thơm đặc trưng, vị hơi ngọt
Sữa thường có đặc điểm và tính chất sau:
• Độ axit tính bằng độ Donic 0 D : 16 – 18
• Chỉ số khúc xạ ở20 0 C : 1,35 + Thành phần hóa học của sữa
Thành phần hóa học của sữa thay đổi đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, chế độ dinh dưỡng, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi tác, kích thước, loài và giống của động vật.
Bảng 1: Thành phần hóa học của một số loại sữa
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến rất quan trọng Các công nghệ hiện đại có thể cải thiện chất lượng và giá trị dinh dưỡng của protein sữa Việc áp dụng công nghệ tiên tiến giúp bảo quản protein sữa lâu hơn và duy trì hương vị tự nhiên Ngoài ra, các phương pháp chế biến hiện đại cũng góp phần nâng cao khả năng hấp thụ dinh dưỡng từ protein sữa Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các yếu tố công nghệ là cần thiết để tối ưu hóa quy trình bảo quản và chế biến protein sữa.
Các thành phần trong sữa
Sữa là nguồn protein tuyệt vời nhờ vào cấu trúc phân tử lớn của các protein không hòa tan trong nước, bao gồm hai loại chính là casein và whey Protein casein trong sữa kết hợp với khoáng chất tạo thành các mixen, chứa khoảng 65% nước và các thành phần như canxi, magie, photphat, khiến sữa có màu trắng Khi có axit, protein casein đông lại và tách khỏi nước, hoạt động như những bọt biển nhỏ để giữ tới 70% nước cho mỗi mảnh cợn sữa Tuy nhiên, axit, muối hoặc nhiệt độ cao có thể làm mất nước của các casein này, trong khi đạm whey cũng đông lại dưới tác động của nhiệt.
Sữa là nguồn cung cấp chất béo phong phú, với nhiều loại chất béo khác nhau, thường có mức cholesterol thấp Trong khi bơ chứa hàm lượng chất béo cao hơn và giá cũng cao hơn so với các sản phẩm sữa khác, sữa tươi có các hạt chất béo lớn, tạo thành hai lớp khác nhau trên bề mặt Để duy trì độ đồng nhất, hầu hết sữa đóng hộp đều trải qua quy trình xử lý để chia nhỏ các phân tử chất béo.
Lactose là một loại đường tự nhiên có trong sữa, tạo nên vị ngọt nhẹ cho sản phẩm này Đường lactose chỉ có thể được tiêu hóa nhờ một enzyme đặc biệt mà cơ thể sản xuất ra.
Nhiều người không thể tiêu hóa lactose trong sữa do thiếu enzym lactase, dẫn đến việc lactose không được phân giải thành glucose và galactose để hấp thụ Khi lactose lên men trong hệ tiêu hóa, nó sinh ra khí và axit, khiến những người bất dung nạp lactose không thể chuyển hóa năng lượng từ sữa Ngoài ra, khi sữa được làm nóng, lactose sẽ bị caramen hóa, làm sữa trở nên xỉn màu.
Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến rất quan trọng Việc kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ là cần thiết để duy trì chất lượng protein sữa Nếu không, bột sữa có thể bị vón cục do sự xâm nhập của nước tự do Để đảm bảo sản phẩm sữa bột đạt tiêu chuẩn, cần chú trọng vào quy trình công nghệ và điều kiện bảo quản thích hợp.
Nước liên kết chiếm khoảng 3-4% trong các sản phẩm, và hàm lượng này phụ thuộc vào các thành phần trong hệ keo như protein, photphatit và polysacarit Nước liên kết thường gắn với các nhóm chức như –NH2, -COOH, OH, =NH, và -CO-NH Hàm lượng nước liên kết trong sữa rất đa dạng, với sữa gầy có 2,13 - 2,59%, sữa đầu có 4,15%, và nước tách ra trong quá trình sản xuất bơ chỉ có 1,75% Đặc biệt, nước liên kết không hòa tan muối và đường, và đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 độ C.
Sữa là nguồn thực phẩm giàu vitamin thiết yếu cho cơ thể, mặc dù hàm lượng vitamin không quá cao Số lượng và hàm lượng vitamin trong sữa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chế độ ăn uống, điều kiện chăn nuôi, giống loài và độ tuổi của gia súc Trong sữa bò, có nhiều loại vitamin tan trong chất béo như A, D, E, K, cùng với các vitamin tan trong nước như B1, B2, B12, C và PP.
Sữa chứa khoảng 0.6-0.8% chất khoáng, với hàm lượng khoáng trong sữa bò khoảng 0.7% Các chất khoáng trong sữa bao gồm nhiều loại như kali, canxi, natri, magiê, sắt, mangan, iốt, nhôm, và crom, trong đó kali và canxi là hai thành phần chính Những loại muối khoáng phổ biến trong sữa bao gồm photphat, clorua, citrat và caseinat.
Enzyme là các protein có khả năng kích hoạt phản ứng hóa học, ảnh hưởng đến giai đoạn và tốc độ của chúng Chúng được gọi là xúc tác sinh học vì không bị biến đổi trong quá trình phản ứng Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến tính chất của enzyme là nhiệt độ và pH; nhiệt độ tối ưu cho enzyme dao động từ 25-50°C, với nhiệt độ thấp làm ngừng hoạt động và nhiệt độ cao gây phân hủy enzyme Trong sữa, có nhiều loại enzyme khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến chất lượng sữa và các sản phẩm chế biến từ sữa.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Sữa là môi trường thích hợp cho các loại vi sinh vật phát triển, do đó, việc có nhiều chất khí trong sữa sẽ không có lợi Trong quá trình khử trùng, hàm lượng các chất khí trong sữa được giảm thiểu, giúp bảo vệ chất lượng protein và ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật có hại.
Thành phần protein trong sữa
Protein có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí, bao gồm tính chất hóa học, vật lý và chức năng sinh học Trong đó, protein sữa thường được chia thành hai loại chính: casein và whey protein Whey protein thường được hiểu là protein huyết thanh của sữa, nhưng thực tế, thuật ngữ này nên được dùng để chỉ protein có trong whey từ quá trình sản xuất pho mát Ngoài protein huyết thanh, whey protein còn chứa các đoạn casein bị tách ra trong quá trình đông tụ men của sữa Một số protein huyết thanh sữa có nồng độ thấp hơn trong sữa gốc do biến tính nhiệt trong quá trình thanh trùng trước khi làm pho mát.
Sữa chứa ba nhóm protein chính, mỗi nhóm có những đặc điểm và hình thức tồn tại khác nhau Casein dễ dàng kết tủa khi gặp men dịch vị hoặc ở pH thấp, trong khi protein huyết thanh luôn ở dạng hòa tan trong dung dịch Protein huyết thanh thể cầu bị biến tính khi nhiệt độ tăng nhẹ, ngược lại, casein có khả năng bền nhiệt tốt Các protein màng của giọt chất béo gắn chặt với bề mặt giọt và chỉ được giải phóng khi có tác động cơ học.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng protein mà còn đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm sữa Việc hiểu rõ ảnh hưởng của công nghệ đến protein sữa giúp cải thiện quy trình bảo quản và chế biến, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng Sự tối ưu hóa các yếu tố công nghệ sẽ đảm bảo rằng protein sữa giữ được giá trị dinh dưỡng và hương vị tốt nhất.
Casein là một nhóm protein chủ yếu trong sữa, chiếm khoảng 80% tổng số protein trong sữa bò, tương đương với 26g cho mỗi lít Protein này có mặt trong tất cả các loại sữa động vật, bao gồm cả sữa người Casein là một photphoprotein, với thành phần chứa gốc acid photphoric và nhiều nhóm chức tự do như amin, -COOH, và = NH.
Casein trong sữa tồn tại dưới dạng caseinat, nhờ vào các nhóm -OH và -HS, casein có khả năng tham gia vào các phản ứng hóa học Nó kết hợp với canxi photphat để tạo thành phức hợp caxiphotphatcaseinat (micelle).
Casein được chia làm bốn nhóm phụ casein, casein, casein, casein Cả bốn
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Casein, một loại protein chính trong sữa, dễ dàng tạo thành chuỗi polymer với nhiều loại casein khác nhau Nhờ vào sự hiện diện của nhiều nhóm phosphate và nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polymer từ casein rất đặc biệt và bền vững Chúng được cấu tạo từ hàng trăm đến hàng nghìn phân tử đơn lẻ, hình thành dung dịch keo và tạo nên màu trắng đặc trưng của sữa Các phức chất này được gọi là micelle casein, với kích thước trung bình từ 10 đến 15 nm và một micelle có thể chứa tới 400 đến 500 dưới-micelle, có kích thước lớn lên đến 0.4 µm.
Hình 1: Cấu tạo của một micenlle casein
Bảng 3: Tỷ lệ các loại casein trong protein sữa
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của protein sữa mà còn quyết định đến hương vị và độ an toàn của sản phẩm Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa công nghệ và protein sữa giúp cải thiện quy trình sản xuất, bảo quản và chế biến, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và bảo tồn dinh dưỡng trong thực phẩm.
Whey protein, hay protein huyết thanh của sữa, là nhóm protein được tách ra trong quá trình sản xuất phomát, chiếm gần 20% tổng lượng protein trong sữa Khi casein được loại bỏ bằng cách thêm axit khoáng, một nhóm protein còn lại trong dung dịch sữa được gọi là protein huyết thanh sữa, có tính chất tương tự như whey protein thực thụ Các loại whey protein này rất dễ hòa tan và có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau.
Protein hỗn tạp và polypeptide, đặc biệt là whey protein và α-lactalbumin, có giá trị dinh dưỡng cao nhờ vào thành phần amino axit gần gũi với tiêu chuẩn tối ưu sinh học Các sản phẩm từ whey protein được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm Tuy nhiên, whey protein có thể bị biến tính trong quá trình gia nhiệt, dẫn đến sự kết tụ với micelle casein.
Bảng 4: Tỷ lệ các loại protein hòa tan trong sữa
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Việc áp dụng công nghệ hiện đại giúp duy trì chất lượng protein, nâng cao giá trị dinh dưỡng và đảm bảo an toàn thực phẩm Các phương pháp như tiệt trùng, đông lạnh và xử lý nhiệt có thể tác động tích cực đến cấu trúc và chức năng của protein sữa Sự phát triển công nghệ cũng mang lại khả năng tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu lãng phí.
α-lactalbumin là một loại protein đặc trưng của whey, có mặt trong sữa của tất cả các loài động vật có vú Protein này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp lactose, hay còn gọi là đường sữa.
β-lactoglobulin là một loại protein chỉ có ở loài có móng vuốt và là thành phần chính của whey protein trong sữa bò Khi sữa được đun nóng trên 60°C, quá trình biến tính bắt đầu, ảnh hưởng đến khả năng phản ứng của các amino axit chứa lưu huỳnh trong β-lactoglobulin Ở nhiệt độ cao, các hợp chất chứa lưu huỳnh được giải phóng dần dần, góp phần tạo nên hương vị “nấu” đặc trưng của sữa qua xử lý nhiệt.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Những yếu tố này có thể tác động đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm sữa Việc áp dụng công nghệ tiên tiến giúp cải thiện khả năng bảo quản protein sữa, đồng thời duy trì hương vị và tính an toàn cho người tiêu dùng Sự hiểu biết về các yếu tố công nghệ này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả trong chế biến và bảo quản sữa, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.
Immunoglobulins là các protein được tìm thấy trong máu và dịch cơ thể của động vật có xương sống, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch Chúng giúp xác định và trung hòa các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn và virus, đồng thời bảo vệ động vật sơ sinh, bao gồm cả con người, khỏi các bệnh tật.
Lactoferrin là một glycoprotein vận chuyển sắt, được tách ra từ sữa bò và có mặt trong sữa của nhiều loài động vật khác Ngoài sữa, lactoferrin còn tồn tại trong dịch ngoại tiết của động vật có vú Protein này được coi là đa chức năng với nhiều vai trò sinh học, đặc biệt là khả năng liên kết với sắt, giúp cải thiện khả năng hấp thu sắt của niêm mạc ruột ở động vật đang bú sữa.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến
a Nhiệt độ cao do tác động của quá trình gia nhiêt:
Whey protein nhạy cảm với nhiệt độ hơn casein, với ò-lactoglobulin bắt đầu biến tính ở 60-65°C và gần như hoàn toàn biến tính ở 90°C trong 5 phút Khi sữa được gia nhiệt trên 60°C, cấu trúc protein thay đổi do sự dãn ra của các polypeptide globulin, và biến tính xảy ra khi các amino acid chứa lưu huỳnh tương tác với ò-lactoglobulin Sự hình thành cầu sulfit giữa các phân tử ò-lactoglobulin, giữa ò-lactoglobulin và k-casein, cũng như giữa ò-lactoglobulin và α-lactalbumin diễn ra trong quá trình này.
Khi nhiệt độ vượt quá 100°C, hầu hết các protein trong lactoserum liên kết với các mixen casein, dẫn đến sự biến đổi bề mặt của chúng, làm tăng độ bền với proteaza, đặc biệt là chimozin Sự hình thành phức hợp α-lactoglobulin với k-casein giúp bảo vệ các protein sữa khỏi quá trình thanh trùng ở nhiệt độ 120-140°C và tác động đông tụ của enzyme Khi sữa được gia nhiệt, một số whey protein bị biến tính và tạo thành phức hợp với k-casein, gây ra hiện tượng tủa khi kết hợp với canxi giữa các phân tử casein Do đó, cục đông sản xuất từ sữa gia nhiệt sẽ không giải phóng whey như sữa chưa gia nhiệt.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến rất quan trọng Ở nhiệt độ từ 110-120°C, độ bền của protein sữa phụ thuộc mạnh vào pH Điều này dẫn đến việc phân biệt các loại sữa dựa trên các yếu tố công nghệ.
- Sữa kiểu A có độ bền bé nhất ở nhiệt độ 140◦C và ở pH= 6,8.
- Sữa kiểu B có độ bền tăng liên tục cùng với pH.
Hiện tượng này bị chi phối do nhiều nhân tố khác nhau như sau:
- Khi đính thêm các protein của lactoserum thì bề mặt của mixen bị xấu đi làm cho điện thế và khá năng hydrat hóa của mixen bị thay đồi.
Trong quá trình gia nhiệt, pH của sữa giảm do sự hình thành acid hữu cơ từ lactoza và phản ứng thủy phân phosphate hữu cơ của casein, điều này làm cho sữa trở nên nhạy cảm hơn với hiện tượng đông tụ nhiệt.
Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao, các casein không bị biến tính hoàn toàn do cấu trúc bậc 2 và bậc 3 nghèo nàn, vẫn duy trì trạng thái hòa tan Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt 110°C, các phản ứng thủy phân xảy ra, giải phóng phospho và nitơ phi protein, dẫn đến giảm khả năng cố định canxi do sự giải phóng phospho.
Mặc dù có hàm lượng nước cao, quá trình thanh trùng dẫn đến phản ứng Maillard, làm giảm hoạt động của một phần gốc lizin Điều này gây ức chế một giai đoạn phụ trong quá trình đông tụ của bang chimozin, trong đó nhóm 8-NH2 của lizin tham gia.
Nồng độ chất khô trong sữa ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt của sản phẩm Khi nồng độ chất khô tăng, độ bền nhiệt của sữa giảm đáng kể, đồng thời cũng làm tăng nguy cơ hình thành gel trong quá trình bảo quản.
Albumin và globulin có độ bền kém với nhiệt độ Albumin bắt đầu biến tính ở 60°C và quá trình này diễn ra mạnh mẽ hơn khi nhiệt độ tăng Tại nhiệt độ từ 80-95°C, albumin bị biến tính hoàn toàn, trong khi globulin bắt đầu biến tính ở 75°C.
Xử lý nhiệt sữa ở nhiệt độ trên 85°C tạo ra mùi thơm đặc trưng như hạnh nhân, do sự biến đổi của các acid amin và sự hình thành các nhóm sulfhydrin (-SH) trong protein.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến rất quan trọng Hàm lượng canxi, phốt pho và casein trong serum đều tăng lên, trong khi pH cũng có xu hướng tăng nhẹ Những thay đổi này có thể làm tăng thời gian đông tụ, làm biến đổi độ cứng và giảm hiệu suất của phomat Để phục hồi lại các tính chất ban đầu của sữa, có thể thêm một ít CaCl2, điều chỉnh pH về mức ban đầu hoặc xử lý nhiệt ở 60◦C trong 30 phút để giúp hấp thụ α-casein vào trong micen.
Nhiệt độ lạnh làm tăng sự chuyển đổi của ò-casein thành ᵞ-casein, với hàm lượng ᵞ-casein trong sữa thay đổi từ 2-10% tùy theo điều kiện bảo quản Quá trình này diễn ra khi ò-casein bị thủy phân bởi các proteza tự nhiên có trong sữa và các proteza của vi khuẩn ưa lạnh Ngoài ra, các casein aS1 và k-casein cũng có thể bị thủy phân, tạo ra casein ε và λ Những quá trình proteolizo này dẫn đến biến đổi thành phần của mixen, ảnh hưởng đến tính chất vật lý và công nghệ của casein.
1.3.2 Áp suất [3] a Ảnh hưởng lên casein micelle
Phương pháp xử lý bằng áp suất cao chủ yếu ảnh hưởng đến kích thước trung bình của casein micelle, với khả năng tăng hoặc giảm tùy thuộc vào giá trị áp suất Ngoài áp suất, các yếu tố như thời gian xử lý, pH sữa, nhiệt độ và sự hiện diện của whey protein cũng có tác động đáng kể đến hiệu quả của quá trình này.
Nghiên cứu đã được thực hiện để xác định ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các micelle casein trong sữa gầy Các mẫu sữa được xử lý ở các mức áp suất khác nhau từ 0 đến 800 MPa Kích thước trung bình của các micelle casein được đo bằng thiết bị quang phổ lượng tử Malvern Zetamaster từ Malvern Instruments, Ltd, Worcestershire, Vương quốc Anh.
Theo nghiên cứu của Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, việc xử lý casein micelle ở áp suất 200 MPa và nhiệt độ 20°C trong 30 phút không tạo ra ảnh hưởng đáng kể lên kích thước trung bình của chúng Tuy nhiên, khi áp suất được tăng lên, có thể xảy ra những biến đổi khác.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến rất quan trọng Việc điều chỉnh nhiệt độ và áp suất trong quá trình bảo quản có thể kéo dài thời gian bảo quản lên tới 48 giờ sau khi xử lý Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ bảo quản mẫu đã qua xử lý cũng góp phần làm tăng kích thước trung bình của các micelle casein.
Hình 8: ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình cuarcacs casein micelle b Ảnh hưởng lên whey protein
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lân protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình thanh trùng và tiệt trùng [5]
Thanh trùng là quá trình tiêu diệt vi sinh vật gây hại cho thực phẩm và ức chế các quá trình sinh tổng hợp độc tố của chúng.
Tiệt trùng là quá trình loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật, bao gồm cả tế bào sinh dưỡng và bào tử, đồng thời ức chế không thuận nghịch các enzyme có trong thực phẩm.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Các yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của protein sữa mà còn đến hương vị và độ an toàn thực phẩm Việc áp dụng công nghệ tiên tiến trong bảo quản và chế biến protein sữa giúp cải thiện hiệu suất và kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm Do đó, hiểu rõ ảnh hưởng của công nghệ là cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất và đáp ứng nhu cầu thị trường.
- Thanh trùng: HTST 72 – 75 o C; 15-20s (nhiệt độ cao, thời gian ngắn) LTLT 62 - 65 o C; 30 phút (nhiệt đô thấp, thời gian dài)
- Tiệt trùng: Thông thường 110 – 120 o C; 1-3s UHT 135 - 140 o C; 1-3s
Khi áp dụng thanh trùng Pasteur trong sản xuất sữa hộp và cô đặc sữa dưới 100°C, protein, đặc biệt là β-lactoglobulin, bị biến tính Bắt đầu từ 80°C, protein trong dung dịch tự trùng hợp và có khả năng tạo gel Các nhóm thiol tự do, vốn ẩn trong cấu trúc phân tử, sẽ xuất hiện khi cấu trúc cầu bị giãn mạch, tương tác với các nhóm thiol khác hoặc với cầu di-sunfur trong cùng một hoặc giữa các phân tử Kết quả là hình thành phức hợp giữa các protein hòa tan đã bị biến tính và các hợp phần chứa sulfur của micelle (casein K, casein αS2).
Nhiệt độ trên 135°C khiến protein trên màng hạt cầu béo tạo thành hệ thống giảm tính thấm của màng Điều này giúp quá trình đồng hóa sau khi tiệt trùng trở nên hiệu quả hơn trong sữa UHT có hàm lượng béo cao.
Whey protein, đặc biệt là β-lactoglobulin, nhạy cảm với nhiệt độ, bắt đầu biến tính ở 65 oC và gần như hoàn toàn ở 90 oC trong 5 phút β-lactoglobulin liên kết với k-casein qua cầu nối sulfur, khiến k-casein khó bị ảnh hưởng bởi rennet, giải thích tại sao cục đông sữa thanh trùng ở nhiệt độ cao thường mềm Khi đun sữa ở 75 oC trong 20-60 giây, mùi thơm của sữa xuất hiện do sự giải phóng hợp chất trong β-lactoglobulin và các protein khác, cùng với sự biến đổi các acid amin và sự hình thành nhóm sulfhydryl (-SH) Ở nhiệt độ trên 100 oC, lactose phản ứng với protein, tạo màu nâu do phản ứng Maillard, làm thay đổi mùi vị và giảm giá trị dinh dưỡng của β-lactoglobulin, đặc biệt là mất lysine Sữa thanh trùng và sữa UHT có thể phân biệt qua lượng lactulose, là đồng phân của lactose hình thành khi sữa được xử lý ở nhiệt độ cao.
Các yếu tố công nghệ đóng vai trò quan trọng trong quá trình bảo quản và chế biến protein sữa Nhiệt độ cao trong khoảng 10 giây có thể kích hoạt protease, dẫn đến sự thủy phân protein thành polypeptide, peptide và acid amin Quá trình này làm biến tính protein sữa, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả bảo quản sản phẩm.
Nếu thời gian thanh trùng và tiệt trùng cao hơn so với các yêu cầu thì làm ảnh hưởng lớn đến giá trị dinh dưỡng của sữa
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình bài khí
Bài khí là quá trình loại bỏ khí và các chất dễ bay hơi trong sữa nhằm nâng cao hiệu quả đồng hóa Quá trình này giúp loại bỏ những hợp chất bay hơi có mùi khó chịu do sự khuấy trộn, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến protein trong sữa cũng cần được xem xét trong quá trình này.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình cô đặc bằng nhiệt
Khi nhiệt độ quá cao, protein sẽ bị biến tính, đường và các acid amin sẽ tham gia vào phản ứng Maillard, dẫn đến việc các vitamin trong sữa bị thủy phân, ảnh hưởng nghiêm trọng đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Nếu áp lực chân không không quá cao, một lượng nước chưa kịp ngưng tụ sẽ theo khí thoát ra, dẫn đến hao hụt thể tích sữa và tiêu tốn nhiều năng lượng trong quá trình này.
Vì vậy gia nhiệt sữa lên 65-68 o C trước khi đưa vào thiết bị bài khí Thiết bị bài khí giảm
60 o C và áp suất chân không duy trì là 584 mmHg.
2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình cô đặc bằng nhiệt
Cô đặc bằng nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt độ cao để bay hơi một phần nước trong mẫu, nhằm tăng hàm lượng chất khô Trong sản xuất sữa bột, sữa cô đặc và sữa chua, việc cô đặc sữa đến nồng độ chất khô cần thiết là rất quan trọng Kỹ thuật này, cùng với kỹ thuật membrane, là phương pháp truyền thống phổ biến do khả năng đạt được hàm lượng chất khô cao mà các kỹ thuật cô đặc khác không thể thực hiện.
Cơ chế hoạt động là sử dụng hơi nước để gia nhiệt sữa, nâng nhiệt độ của sữa đến điểm sôi Khi đạt đến nhiệt độ này, nước trong sữa sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi và thoát ra ngoài môi trường.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là một chủ đề quan trọng Công nghệ chế biến sữa có thể tác động đáng kể đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của protein Việc áp dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến giúp bảo quản protein sữa hiệu quả hơn, đồng thời giữ nguyên các đặc tính sinh học cần thiết Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở ra hướng phát triển mới trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Nhiệt độ cô đặc thường dao động trong khoảng: 45 – 70◦C
Phương pháp cô đặc chân không cho phép giảm nhiệt độ sôi của mẫu xuống 40◦C, giúp bảo toàn thành phần protein trong sữa mà không bị biến đổi Cụ thể, casein không bị biến tính, trong khi đó, thành phần β-lactoglobulin trong whey vẫn chưa đạt đến nhiệt độ biến tính (>65◦C).
Phương pháp cô đặc thông thường mất nhiều thời gian, dẫn đến biến tính protein do tác động của nhiệt độ hoặc enzyme Ngược lại, phương pháp cô đặc chân không chủ yếu sử dụng enzyme protase để thủy phân protein có trong dịch sữa ban đầu, giúp tiết kiệm thời gian và bảo toàn chất lượng protein.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình sấy phun
Sấy là quá trình loại bỏ nước khỏi vật liệu thông qua việc sử dụng nhiệt, trong đó nước được tách ra nhờ sự khuếch tán.
- Chênh lệch ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu
- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy phun có những điểm khác biệt rõ rệt so với các phương pháp sấy khác, với nguyên liệu đầu vào dạng lỏng và sản phẩm đầu ra là bột Trong buồng sấy, nguyên liệu được phân tách thành các hạt nhỏ và tiếp xúc với tác nhân sấy, giúp hơi nước bay hơi nhanh chóng Sản phẩm cuối cùng được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ hệ thống thu hồi riêng biệt Trong ngành công nghiệp chế biến sữa, có nhiều hệ thống sấy phun phổ biến như: hệ thống sấy phun một giai đoạn, hai giai đoạn, sử dụng băng tải, và hệ thống sấy phun cho sản phẩm sữa bột tan nhanh Các yếu tố công nghệ có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng protein trong sản phẩm.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Khi gia nhiệt trên 60°C, sự biến tính protein bắt đầu xảy ra do tương tác giữa các amino acid chứa lưu huỳnh và β-lactoglobulin Cầu sulfur hình thành giữa các phân tử β-lactoglobulin, giữa một phân tử β-lactoglobulin và một phân tử k-casein, cũng như giữa một phân tử β-lactoglobulin và α-lactalbumin, tạo ra những thay đổi đáng kể trong cấu trúc và tính chất của protein sữa.
Thời gian tiếp xúc ngắn giữa các hạt sữa lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị giúp nhiệt độ của nguyên liệu không tăng quá cao, từ đó hạn chế sự biến tính của protein, đặc biệt là whey protein.
Cấu tạo của cơ cấu phun ảnh hưởng đến kích thước hạt casein micelle; nếu áp lực quá cao, kích thước này sẽ giảm, dẫn đến biến tính protein khi chịu tác động của nhiệt độ.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình đông tụ casein
Đông tụ casein trong sữa là quá trình chuyển đổi casein từ trạng thái keo thành khối đông với cấu trúc gel, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất phomai Để thực hiện quá trình này, thường áp dụng một trong hai phương pháp sau.
- Chỉnh giá trị pH về điểm đẳng điện của casein Phương pháp này được sử dụng trong công nghệ sản xuất một số loại phomai tươi như Cottage, Quarg…
Casein trong sữa tồn tại dưới dạng micelle với điểm đẳng điện pI bằng 4,6 Theo nghiên cứu của Cheftel J.C và cộng sự (1985), khi bảo quản sữa tươi ở nhiệt độ 4-7 ◦C, các micelle sẽ bị phân ly một phần thành các tiểu micelle, dẫn đến việc có đến 50% ò-casein tách khỏi cấu trúc micelle sau 24 giờ Khi gia nhiệt lại, các phân tử ò-casein sẽ liên kết chậm chạp với những micelle ban đầu, khiến hàm lượng casein hòa tan trong sữa bảo quản lâu ở nhiệt độ thấp tăng cao Do đó, quá trình đông tụ casein hòa tan sẽ gặp khó khăn và kém triệt để hơn so với các casein tồn tại dưới dạng hạt micelle.
Khi pH của sữa được điều chỉnh về mức 4,6, tức là điểm đẳng điện của casein, lực hút tĩnh điện giữa các phân tử casein sẽ tăng lên Điều này dẫn đến việc casein chuyển sang trạng thái không tan và hình thành các khối đông tụ trong sữa.
Trong quá trình bảo quản và chế biến protein sữa, các yếu tố công nghệ đóng vai trò quan trọng Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng và hương vị của sản phẩm mà còn đảm bảo an toàn thực phẩm Việc áp dụng công nghệ tiên tiến giúp cải thiện khả năng bảo quản protein sữa, từ đó nâng cao giá trị dinh dưỡng và kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm Sự kết hợp giữa công nghệ và quy trình chế biến hợp lý sẽ mang lại lợi ích tối ưu cho người tiêu dùng.
Giai đoạn 1: enzyme chomisin xúc tác thủy phân liên kết peptide tại một vị trí đặc hiệu trong phân tử k- casein.
Giai đoạn 2: đông tụ casein Ở giai đoạn này, các micelle sau khi bị mất phân đoạn caseinomacropeptide trong phân tử tử k- casein bắt đầu liên kết lại với nhau
Giai đoạn 3: kết thúc quá trình đông tụ và tách huyết thanh sữa. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein
Nhiệt độ thấp dưới 15 ◦C ảnh hưởng đến quá trình đông tụ sữa bởi chymosin, khiến quá trình này không diễn ra hiệu quả Mặc dù enzyme chymosin vẫn có khả năng xúc tác thủy phân các liên kết peptide trong phân tử k-casein để giải phóng caseinomacropeptide, nhưng theo nghiên cứu của Walstra và van Vliet (1986), các phân tử β-casein từ vùng trung tâm sẽ nhô ra bề mặt micelle, làm cho các micelle không thể tập hợp lại, dẫn đến trạng thái keo của micelle trong sữa trở nên ổn định và bền vững.
Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phản ứng hóa sinh và tần số va chạm giữa các micelle, dẫn đến việc giải phóng các phân đoạn aseinomacropeptide trên bề mặt Kết quả là tốc độ đông tụ sữa cũng gia tăng Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tối ưu cho quá trình đông tụ casein trong sữa khoảng 42,5 – 45 ◦C.
Khi sữa được gia nhiệt, một số whey protein có thể bị biến tính và tạo thành phức hợp với k-casein, dẫn đến hiện tượng tạo tủa khi kết hợp với canxi trong các phân tử casein Do đó, cục đông sản xuất từ sữa gia nhiệt sẽ không giải phóng whey như sữa chưa gia nhiệt.
Độ pH có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc micelle trong sữa, với mức pH thích hợp để đông tụ casein là 4,6 Khi pH giảm, phosphate calci sẽ tách ra khỏi micelle, dẫn đến việc giảm điện tích của micelle, từ đó rút ngắn thời gian đông tụ sữa.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến rất quan trọng Các yếu tố này có thể bao gồm nhiệt độ, thời gian bảo quản và điều kiện ánh sáng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hương vị của sản phẩm Việc tiếp xúc với ánh sáng có thể dẫn đến sự giảm sút hương vị và chất lượng protein trong sữa, làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Do đó, việc kiểm soát các yếu tố công nghệ trong quá trình chế biến và bảo quản sữa là cần thiết để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.
Axit amin methionine và cystine trong sữa rất nhạy cảm với ánh sáng, dẫn đến việc chúng có thể bị xuống cấp khi tiếp xúc với ánh sáng Hậu quả là hương vị sữa bị giảm và chất lượng dinh dưỡng của hai axit amin này cũng bị ảnh hưởng.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein trong quá trình lên men
Biến đổi protein trong sữa [7]
Quá trình lên men axit lactic thúc đẩy nhanh chóng sự tách ion canxi khỏi casein, dẫn đến sự biến đổi cấu trúc của casein Khi đạt đến pH đẳng nhiệt, casein sẽ hình thành khối vón cục.
NH2-R(COO)2Ca + 2 CH3CHOH-COOH NH2R(COOH)2 + CH3CHOH-COO)Ca Cazeinat Canxi Axit lactic Axit Cazeinic Canxi lactat
Casein trong sữa dưới dạng Canxi Cazeinat phản ứng với axit lactic để tạo ra axit Cazeinic và Canxi lactat, dẫn đến hiện tượng đông tụ sữa do axit Cazeinic không hòa tan Quá trình lên men chính chuyển hóa lactose thành axit lactic, trong khi các quá trình lên men phụ tạo ra axit bay hơi, rượu, khí CO2 và các vi khuẩn sinh hương như axeton và diaxetin Đặc biệt, loại nấm men gây lên men rượu trong sữa chua chỉ phân giải lactose, không phân giải các loại đường khác như saccarose hay glucose, nhờ đó phát triển tốt trong môi trường sữa, nơi chủ yếu chứa lactose, và được gọi là nấm men sữa.
Nếu sản phẩm tiếp tục được lên men, casein sẽ phân hủy thành pepton và các sản phẩm khác Quá trình pepton hóa này tạo ra enzym proteaza, giúp phân hủy protein thành dạng đơn giản hơn, dễ tiêu hóa hơn cho cơ thể, từ đó tăng cường khả năng tiêu hóa.
Vi sinh vật vẫn chuyển hóa tiếp tục thì Casein sẽ bị chuyển hóa thành axit amin và các khí NH3, H2S tạo mùi vị khó chịu cho sản phẩm.
Khi quá trình lên men diễn ra, đường lactose chuyển hóa thành axit lactic, axit này sẽ
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Các yếu tố này bao gồm nhiệt độ, thời gian, và phương pháp chế biến, có thể tác động đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của protein sữa Việc áp dụng công nghệ tiên tiến trong chế biến giúp bảo quản protein sữa tốt hơn, giữ lại các dưỡng chất cần thiết cho sức khỏe Đồng thời, các công nghệ này cũng góp phần nâng cao hương vị và độ ổn định của sản phẩm Sự hiểu biết về ảnh hưởng của công nghệ đến protein sữa sẽ giúp cải thiện quy trình chế biến và bảo quản, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Trong quá trình thủy phân, các chủng vi khuẩn lactic có khả năng tổng hợp enzyme protease sẽ xúc tác cho việc phân hủy protein Quá trình này tạo ra các sản phẩm như polypeptide và peptide, từ đó ảnh hưởng đến cấu trúc gel của sản phẩm.
Nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân protein, khiến quá trình này diễn ra chậm hơn Khi ở nhiệt độ lạnh đông, protein có thể tập hợp lại và dẫn đến hiện tượng kết tủa.
Nhiệt độ quá cao: các vi sinh vật chết không thủy phân protein Ngoài ra protein bị biến tính, làm giảm hàm lượng protein trong sữa.
Trong quá trình lên men sữa, các vi sinh vật ưa ấm tạo ra acid, dẫn đến biến tính protein Để thực hiện quá trình này, sữa thường được bổ sung giống khởi động và ủ ở nhiệt độ tối ưu từ 20°C đến 30°C, sau đó làm lạnh để ngăn chặn sự sinh trưởng của vi khuẩn Chủng Lactobacillus spp và Lactococcus lactis được nuôi cấy để tạo hương vị và acid cho sản phẩm.
85-90 0 C protein nước sữa bị biến tính
Sự biến tính và tương tác với casein ở 90-95 0 C trong 3-5 phút làm giảm sự biến tính và tăng độ nhớt
Áp suất cao trong môi trường hòa tan gây ra hiện tượng tách nước ở vi sinh vật, dẫn đến cái chết của protein mà không bị thủy phân Khi áp suất thẩm thấu trong môi trường thay đổi, vi sinh vật có khả năng hoạt động tốt hơn, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình thủy phân protein và cải thiện khả năng đông tụ.
pH của sữa trong quá trình lên men thường dao động từ 4,1 đến 4,7 Khi đường lactose được chuyển hóa thành axit lactic, pH sẽ giảm Khi pH của sữa đạt đến điểm iso điện (pI) của casein, các protein sẽ bắt đầu kết tủa.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Những yếu tố này không chỉ quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng mà còn ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của protein sữa Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong bảo quản và chế biến giúp duy trì độ tươi ngon và ngăn ngừa sự phân hủy của protein Đồng thời, công nghệ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thụ của protein sữa, từ đó nâng cao giá trị dinh dưỡng cho người tiêu dùng.
Hiện tượng tách whey trong sữa biểu hiện bằng lớp chất màu vàng xanh trên bề mặt, thường do quá trình khuấy lắc quá mức, đồng hóa không đạt yêu cầu, kích thước cầu mỡ lớn, cũng như việc xử lý nhiệt và bảo quản lạnh không đúng cách Ngoài ra, độ pH thấp do sự hình thành axit béo cũng góp phần gây ra hiện tượng này.
Trong quá trình lên men, sự tạo ra axit lactic gia tăng dẫn đến việc ion canxi bị tách ra khỏi casein nhanh chóng Sự thay đổi cấu trúc của casein diễn ra mạnh mẽ, tạo thành khối casein vón cục khi đạt đến pH đẳng nhiệt.
Môi trường lên men lý tưởng với đủ cơ chất và tỷ lệ tối ưu sẽ tối ưu hóa hoạt động của vi khuẩn, từ đó tăng tốc độ thủy phân protein Sản phẩm thu được sẽ có chất lượng cao hơn Ngược lại, nếu thiếu cơ chất hoặc tỷ lệ không hợp lý, quá trình thủy phân tinh bột sẽ không đạt hiệu quả tốt nhất và kéo dài thời gian thủy phân.
Thời gian lên men là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm; nếu thời gian lên men quá ngắn, quá trình này sẽ không triệt để, dẫn đến sản phẩm đông tụ nhưng chưa đạt độ chua cần thiết Thời gian tối ưu cho quá trình lên men là từ 4 đến 5 tiếng.
Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là rất quan trọng Các công nghệ hiện đại có thể cải thiện chất lượng và giá trị dinh dưỡng của protein sữa Việc áp dụng các phương pháp tiên tiến giúp tối ưu hóa quá trình bảo quản, từ đó duy trì hương vị và chất lượng sản phẩm Ngoài ra, công nghệ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự mất mát chất dinh dưỡng trong protein sữa, đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng.