Protein trong các loại sữa

MỞ ĐẦU Sữa là một dung dịch màu trắng đục, có chứa hàm lượng dinh dưỡng cao bao gồm: protein, fat, carbonhydrate, vitamine, minerals…được xem như một loại thực phẩm hoàn chỉnh và lý tưởn

MỤC LỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 . 

BÀI TẬP MÔN HÓA HỌC THỰC PHẨM

PROTEIN TRONG CÁC LOẠI SỮA

Nhóm sinh viên thực hiện: Bùi Minh Ân

Lý Nguyễn Thế Giang Nguyễn Thanh Nam

Giảng viên hướng dẫn: ThS TÔN NỮ MINH NGUYỆT

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11/2013

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: CASEIN 4

I 1 Casein là gì? 4

I 2 Các loại casein 5

I 3 Phức hợp calcium phosphate caseinate ( micelle casein) 5

I 3 1 Tiểu micelle 5

I 3 2 Phức hợp calcium phosphate caseinate ( micelle casein) 5

I 4 Sự đông tụ của casein 6

I 4 1 Đông tụ bởi acid 7

I 4 2 Đông tụ bởi renin 7

CHƯƠNG II: WHEY PROTEIN 7

II 1 Khái niệm whey protein 7

II 2 Thành phần whey protein 7

II 2 1 α –lactalbumin 8

II 2 2 β –lactoglobulin 8

II 2 3 Immunoglobulins 8

II 2 4 Lactoferrin 9

CHƯƠNG III: PROTEIN THIỂU SỐ 9

CHƯƠNG IV: PROTEIN SỮA VỚI CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 10

IV 1 Công nghệ sản xuất sữa chua 10

IV 1 1 Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua 10

IV 1 2 Một số lợi ích của sữa chua 14

IV 2 Công nghệ sản xuất phomat 14

IV 2 1 Quy trình công nghệ sản xuất phomat 15

IV 2 2 Kiểm tra khả năng đông tụ của sữa nguyên liệu sản xuất phomat 17

IV 2 3 Một số lợi ích của phomat 17

IV 3 Các sản phẩm đặc dụng 17

Lời kết 18

MỞ ĐẦU

Sữa là một dung dịch màu trắng đục, có chứa hàm lượng dinh dưỡng cao bao gồm: protein, fat, carbonhydrate, vitamine, minerals…được xem như một loại thực phẩm hoàn chỉnh

và lý tưởng bởi nó bao phần lớn các yếu tố của một chế độ dinh dưỡng cân bằng

Bảng A : Thành phần dinh dưỡng trong 100 g sữa [4]

Điều đáng chú ý ở đây, sữa không chỉ là loại thực phẩm thích hợp cho mọi lứa tuổi mà còn là một nguồn protein tuyệt vời bởi nó chứa đến hàng trăm loại protein khác nhau Tuy chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong thành phần của sữa nhưng hầu hết các protein này có cấu trúc phân tử lớn, không hòa tan trong nước

Hàm lượng protein trong các loại sữa khác nhau là khác nhau, song không chênh lệch nhiều, thường giới hạn từ 3.0 – 4.6% Sữa chứa đến 19 loại acid amin khác nhau, trong đó bao gồm tất cả các loại protein không thay thế được với một tỷ lệ thích hợp với nhu cầu của con người như : Valine, Leucine, Trytophane, Isoleucine, Methionine, Threonine, Phenylalanine, Lysine, Arginine, Histidine

Nghiên cứu về protein trong sữa cũng như thành phần các loại protein trong sữa như casein, whey protein,…sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất, đặc điểm và những ứng dụng của chúng trong công nghệ chế biến thực phẩm

PROTEIN TRONG CÁC LOẠI SỮA

Thông thường, dựa vào tính chất hóa học, vật lý, chức năng sinh học, biểu hiện và hình thức tồn tại rất khác nhau, người ta chia protein sữa thành ba nhóm chính: casein, whey protein

và nhóm protein thiểu số Tùy vào loại sữa mà tỷ lệ giữa các loại protein của chúng cũng có sự khác nhau Trong phần này, chúng tôi chỉ đề cập đến protein trong sữa bò

Bảng B Thành phần protein trong sữa bò [8]

Gram/Litre % of Total Protein

I CASEIN

I 1 Casein là gì?

Casein – thành phần chủ yếu trong protein sữa là một phosphoprotein, chứa nhiều nhóm chức tự do như: amine, - COOH, - OH, - HS,…nên nó có khả năng tham gia nhiều phản ứng hóa học Trong dung dịch, casein tồn tại ở dạng ion lưỡng cực do có chứa hai nhóm amin và – COOH Chính vì vậy, casein dễ có khả năng tạo ra hang loạt các hợp chất với acid, base, kim loại, aldehyde,…

Casein cũng dễ dàng tham gia phản ứng với các kim loại kiềm, kiềm thổ như K, Na, Mg tạo thành các caseinate tan trong nước Trong sữa, casein tồn tại dưới dạng các phân tử calcium caseinate Các phân tử này lại kết hợp với calcium phosphate tạo thành phức hợp calcium phosphate caseinate (micelle casein)

I 2 Các loại casein

Quan sát trong bảng B, ta thấy rằng casein được chia thành các loại với hàm lượng khác nhau, bao gồm casein, casein, casein,casein

Trong đó, casein có tính chất đặc biệt hơn so với các casein khác ( casein duy nhất chưa glucid, ở pH thông thường của sữa, casein tích điện âm) Nó góp phần vào việc hình

thành thể phức hợp micelle casein, giúp các casein khác tồn tại trong sữa dưới dạng keo, không tan trong nước

I 3 Phức hợp calcium phosphate caseinate (micelle casein)

I 3 1 Tiểu micelle ( siêu micelle)

Tiểu micelle là một phân tử hình cầu được hình thành do khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau Thành phần các casein trong tiểu micelle có thể thay đổi theo những tỷ lệ khác nhau Các phân tử casein,casein nằm tập trung tại trung tâm tiểu micelle tạo nên vùng

ưa béo, còn các phân tử casein được bố trí tại biên tiểu micelle với đuôi ưa nước quay ra

phía ngoài

Mỗi tiểu micelle có kích thước trung bình khoảng 10 - 15 nm

Hình I.1 Cấu tạo siêu micelle [1]

I 3 2 Phức hợp calcium phosphate và caseinate

Trong sữa, casein tồn tại dưới dạng micelle Mỗi micelle thường chứa 65% nước, phần còn lại là các khoáng ( calcium, phosphorus, magiesium,…)

Mỗi micelle casein bao gồm một hệ phức tạp khoảng 400 – 500 các siêu micelle liên kết với nhau nhờ calcium phosphate Ca PO3 4 2 và tương tác giữa các gốc kỵ nước Thông thường, mỗi micelle casein có thể có kích thước lên tới 0.4 m

Hình I.2 Phức hợp micelle casein [2]

Do cấu trúc các đầu ưa nước của các caseinhướng ra vùng biên nên chính các phân

tử casein này khiến cho micelle hòa tan được trong sữa dưới dạng dung dịch keo, góp phần làm ổn định cấu trúc của micelle trong sữa

I 4 Sự đông tụ của casein

Hình I.3 Casein đông tụ [2]

I 4 1 Đông tụ dưới tác dụng của acid

Sữa tươi có độ pH xấp xỉ 6,6 – 6,7 và các micelle casein mang điện tích âm nên chúng đẩy nhau, điều đó khiến chúng tồn tại dưới dạng keo Bên cạnh đó, các phân tử nước cũng góp phần duy trì các micelle trong dung dịch

Khi giảm pH (thêm acid), các ion H+ của acid sẽ liên kết với micelle casein mang điện tích

âm làm giảm điện tích của micelle casein Khi giảm đến một giới hạn nhất định (điểm đẳng điện), các micelle casein sẽ đông tụ (tạo thành gel) Trong dung dịch sữa, casein đông tụ tốt nhất ở pH 4,5 – 4,7

Khi cho acid dư vào casein đã đông tụ, casein sẽ tái hòa tan, tạo thành muối và acid

I 4 2 Đông tụ dưới tác dụng của renin

Quá trình đông tụ của casein dưới tác dụng của renin có thể trình bày đơn giản qua các bước như sau:

+ Renin thủy phân liên kết peptide của k-casein, tạo ra caseinopeptide hòa tan và k-paracasein không tan

+ Vỏ háo nước của k-casein bị phá hủy, tạo điều kiện cho các ion calcium dễ dàng tiếp cận với alpha, beta- casein và k-paracasein, hình thành các cầu liên kết calcium phosphate, làm chúng tạo gel Đồng thời, tác dụng cắt bỏ một phần caseino – glycopeptide làm giảm điện tích của micelle cũng góp phần làm sữa đông tụ

II WHEY PROTEIN

II 1 Khái niệm whey protein ?

Whey – là chất lỏng được tách ra từ quá trình sản xuất phô mai Whey là sản phẩm của quá trình sản xuất phô mai cứng,bán cứng hay mềm Quá trình sản xuất acid khoáng làm kết tủa casein, sinh ra whey acid có ph từ 4,6-5,9 Whey chiếm 80-90% tổng thể tích sữa được đưa vào sản xuất và chứa khoảng 50% chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ sữa nguyên chất như: protein hòa tan, lactose, vitamin và khoáng

Tổng đầu ra của whey, xấp xỉ 120 triệu tấn vào 1990, chứa khoảng 0,7 triệu tấn protein hoàn hảo, bằng với hàm lượng protein hoàn hảo có trong 2 triệu tấn đậu nành Cho đến ngày nay, dù lượng protein hoàn hảo không đủ cung cấp cho thế giới nhưng một lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai đoạn 1989 – 1990

Whey protein là tên gọi thông dụng để chỉ các protein tan trong sữa Whey protein là một protein hoàn hảo với chất lượng cao , nó chứa một lượng lớn các acid amin không thay thế Do

đó, nó thường được xem là tiêu chuẩn vàng trong việc đánh giá chất lượng protein Whey protein có trong sữa , là các protein tự nhiên có hình cầu và có khả năng hòa tan tốt Whey protein chiếm gần 20% protein trong sữa bò

II 2 Thành phần của whey protein

Whey protein bao gồm các thành phần chính là α –lactalbumin và β –lactoglobulin Ngoài

ra, whey protein còn có các serum albumin và immunoglobulins

II 2 1 α –lactalbumin

Protein này được xem là whey protein đặc trưng Nó có trong sữa của mọi động vật có

vú và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp lactose (đường sữa) có thành phần tương tự axit amin của casein Điểm đẳng điện ở ph 5,1 và không bị đông tụ bởi men sữa

Hình II 1 Phân tử α –lactalbumin [3]

II 2 2 β –lactoglobulin

Có điểm đẳng điện 5,3 Protein chỉ được tìm thấy ở loài có móng vuốt và là thành phần chính của whey protein sữa bò Nếu sữa được đun nóng trên 60°C, các cầu disulfua được hình thành giữa các β-lactoglobulin với nhau, các β-lactoglobulin với casein k, các β-lactalbumin và α-lactalbumin Ở nhiệt độ cao , các hợp chất có chứa lưu huỳnh như H2S tạo thành mùi cho sữa Rennin không làm đông tụ β-lactoglobulin nhưng β-lactoglobulin bị biến tính do xử lí ở nhiệt độ cao

Hình II 2 Phân tử β –lactoglobulin [3]

II 2 3 Immunoglobulins( các globulin miễn dịch )

Immunoglobulin giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ động vật sơ sinh (kể cả con người) chống lại vi khuẩn và bênh tật có thể làm kết tủa các globulin miễn dịch bằng muối magie sunfat, amon sunfat Trong sữa bình thường hàm lượng các globulin miễn dịch rất thấp, nhưng trong sữa đầu chúng chiếm 90% tổng số protein lactoserum

Hình II 3 Phân tử Immunoglobulins [3]

II 2 4 Lactoferrin

Lactoferrin là một glycoprotein thuộc nhóm vận chuyển sắt Ban đầu nó được phân tách

từ sữa bò, nhưng nó cũng có mặt trong sữa của các loài động vật khác Không chỉ có ở sữa, lactoferrin còn được tìm thấy trong dịch ngoại tiết của động vật có vú Lactoferrin được xem là một protein đa chức năng Nó đóng một vài vai trò sinh học khác nhau Với khả năng liên kết với sắt nên người ta cho rằng lactoferrin có vai trò trong việc hấp thu sắt của niêm mạc ruột ở động vật đang bú sữa Ngoài ra, nó cũng có khả năng kháng khuẩn, kháng virut, kháng nấm, kháng viêm, chống oxi hóa và điều hòa miễn dịch Hiện tại những tính chất này đang được nghiên cứu trên diện rộng

Hình II 4 Phân tử Lactoferrin [3]

III PROTEIN THIỂU SỐ

Protein màng là một nhóm các protein hình thành nên lớp bảo vệ xung quanh các giọt chất béo nhằm ổn định thể sữa của các giọt chất béo trong sữa Một số protein này có chứa gốc lipid và được gọi là lipoprotein Protein globulin màng chiếm tỉ lệ nhỏ nhất trong protein sữa, chỉ khoảng 1.5% tổng lượng protein Chất béo và các amino axit kị nước của những protein này khiến những phân tử định hướng phần kị nước về bề mặt chất béo, trong khi những phần ít kị nước hơn thì hướng về phía nước

Các enzyme trong sữa bắt nguồn hoặc từ sữa động vật mẹ hoặc từ vi khuẩn Trong trường hợp đầu, chúng là thành phần thông thường của sữa Trường hợp thứ hai, enzym từ vi khuẩn, rất đa dạng và phong phú theo bản chất và kích thước của quần thể vi khuẩn, nhưng trường hợp này sẽ không được đề cập ở đây

- Lactoperoxidase chuyển oxy từ hydro peroxide (H2O2) tới những chất dễ bị oxi hóa khác Enzym này sẽ bị vô hoạt nếu sữa được đun nóng ở 80 C trong vài giây

- Phosphatase có khả năng phân cắt một số este phosphoric axit nhất định thành axit phosphoric và rượu tương ứng Người ta nhận biết sự hiện diện của phosphatase trong sữa bằng cách bổ sung ester của phosphoric axit và một tác nhân

có thể đổi màu khi tác dụng với rượu được giải phóng Sự thay đổi màu sắc cho thấy sữa có chứa phosphatase Enzym này bị phá hủy trong điều kiện thanh trùng thông thường (72 °C trong 15 – 20 giây), do đó phương pháp phosphatase có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ thanh trùng có thực sự đạt yêu cầu hay không

- Lipase có khả năng phân cắt chất béo thành glycerol và các axit béo tự do Sự dư

thừa các axit béo trong sữa và các sản phẩm từ sữa sẽ gây ra vị ôi thiu Người ta tin rằng hàm lượng lipase trong sữa tăng về giai đoạn cuối của chu kì tạo sữa Sẽ không

có phản ứng nào xảy ra giữa lipase của sữa với chất béo khi bề mặt của giọt chất béo còn nguyên vẹn, nhưng ngay khi bề mặt bị phá hủy lipase sẽ có cơ hội tìm đến

cơ chất và các axit béo tự do được giải phóng

IV PROTEIN VỚI CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Sữa là nguồn dinh dưỡng vô cùng to lớn, chứa hàm lượng dinh dưỡng quý báo cần thiết cho cơ thể như các axit amin không thay thế, axit béo không no, protein, cacbohydrate, khoáng chất, vitamin v.v…

Các sản phẩm từ sữa có thể ở dạng rắn như các phomat với kết cấu hình thù và tính cảm vị đặc trưng, dạng hạt đơn điệu như trong các sữa bột, dạng đặc mịn màng như trong các sữa chua, dạng lỏng như trong các sữa cô đặc với đường

Trong đó, mảng sản phẩm lên men truyền thống từ sữa vô cùng phong phú và chiếm một

vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm sữa

IV 1 Công nghệ sản xuất sữa chua

Hình IV 1 Các sản phẩm sữa chua [6]

IV 1 1 Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua

 Sơ đồ quy trình

 Gi ải thích quy trình

Nhập nguyên liệu

Tại mỗi cơ sở sản xuất đều có bộ phận thu nhận sữa nguyên liệu và kiểm tra chất lượng sữa được đưa đến nhà máy theo những giờ nhất định Thường là buồi sáng và chiều Cần kiểm tra và thanh trùng các thiết bị chứa sữa nguyên liệu trước khi nhập liệu sữa tươi

Khi nhập sữa, khuấy sữa thật đều, đo nhiệt độ, lấy mẫu kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý, chỉ tiêu cảm quan, chỉ tiêu vệ sinh

Phối trộn

Sữa bò tươi, bột sữa gầy, bột sữa 25% béo, nước gia nhiệt được đưa đi phối trộn để tạo thành thể thống nhất

Hàm lượng bột sữa gầy và sữa tách béo sử dụng thường không cao hơn 3% so với khối lượng sữa tươi Yêu cầu là phải dễ phân tán vào nước, hòa tan hoàn toàn không để lại các hạt thô, không có những hạt bị cháy xém để lại màu nâu cho sản phẩm

Các chất ổn định được đưa vào để tạo trạng thái bền vững cho sữa, tạo dạng gel bền vững, sản phẩm không bị tách lớp trong quá trình bảo quản

Lọc

Nhằm loại bỏ tạp chất, các cục sữa bị vón cục lại trong quá trình hoàn nguyên bột sữa Dịch sau trộn được bơm qua bộ phận lọc dạng ống, sau đó là chuyển đến bồn cân bằng

Đảm bảo hỗn hợp ở mức cố định giúp quá trình sản xuất được liên tục, giảm dao động của dòng sản phẩm và tránh bọt khí lẫn vào sản phẩm

Xử lý nhiệt

Được thực hiện trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc ống lồng, Chế độ xử lý

là 90 – 95OC trong 3 – 5 phút nhằm tiêu diệt hoặc ức chế đến mức tối đa Ngoài ra, quá trình này còn làm biến tính sơ bộ các protein sữa Nhờ đó, trong quá trình lên men lactic, khối đông được hình thành với cấu trúc ổn định, hạn chế sự thoát huyết thanh ra khỏi cấu trúc gel khi bảo quản sữa chua

Nhằm ngăn chặn sự phân ly của kem trong quá trình ủ, lên men, giảm đường kính trung bình của hạt béo vào trong micelle casein, tránh hiện tượng tách pha của chất béo

Tiêu diệt các vi sinh vật không cần thiết hiện diện trong sữa, làm chi sữa có môi trường dinh dưỡng tinh khiết thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật yêu cầu

Dịch sữa được thanh trùng ở 62OC trong 30 phút Quá trình nâng nhiệt độ của sữa lên

62OC được thực hiện trong ngăn thứ nhất của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm nhờ trao đổi nhiệt với nước nóng

Khi thanh trùng các  - lactose globulin bị biến tính Tuy nhiên việc thanh trùng cũng kéo theo phản ứng Maillard, gây ra màu nâu ảnh hưởng đến cảm quan của sữa

Dịch sữa sau thanh trùng 1 được làm lạnh xuống 4 – 8OC trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Dịch sữa được giữ ở 4 – 8OC trong 5 – 20 giờ để ổn định chất lượng dịch sữa, làm cho các chất khoáng đạt đến trạng thái cân bằng ổn định Bồn ageing là loại bồn 2 vỏ có bảo ôn, sử dụng nước lạnh 1 – 3OC