Tiều luận đề tài Casein

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO MÔN HÓA HỌC THỰC PHẨM CASEIN Giáo viên giảng dạy: Tôn Nữ Minh Nguyệt Sinh viên thực hiện Quan Ứng Biêu Lê Anh Dũng Huỳnh Thúc Vương Tháng 10/2008 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt MỤC LỤC Trang 2 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt MỞ ĐẦU Sữa là chất lỏng sinh lý do các tuyến sữa tổng hợp được từ các hợp chất có trong máu, được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Sữa có đầy đủ dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cơ thể. Những chất này có khả năng đồng hóa cao, vì vậy từ lâu con người đã biết sử dụng sữa như một loại thực phẩm rất bổ dưỡng cho cơ thể nhất là đối với trẻ sơ sinh. Sữa là hỗn hợp gồm nhiều thành phần như: lipit, gluxit, protein, chất khoáng, vitamin, ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác. Trong đó có thể nói thành phần quan trọng nhất là casein. Nghiên cứu về protein sữa, đặc biệt là casein sẽ giúp ta hiểu được sâu hơn bản chất của sữa, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng sữa trong đời sống. Trang 3 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt I. Định nghĩa • Protein sữa là loại protid hoàn thiện chứa hầu hết các loại acid amin có trong tự nhiên và có tỉ lệ cân đối thích hợp cho sự hấp thu và đồng hoá của cơ thể người. • Protein sữa được phân loại thành hai nhóm chính: + Casein: là phần váng sữa. + Whey: là phần chất lỏng còn lại sau khi tách phần váng sữa. • Tỉ lệ whey và casein hiện diện trong thành phần của sữa sẽ quyết định tính chất dễ hấp thu và tiêu hoá của sữa: + Sữa mẹ có tỉ lệ whey : casein là 75 : 25 nên rất dễ tiêu hoá và hấp thụ, đặc biệt cho trẻ dưới 6 tháng tuổi. Thông thường sữa công thức dành cho trẻ dưới 6 tháng tuổi có tỉ lệ đạm whey : casein là 75 : 25 theo tiêu chuẩn của sữa mẹ. + Sữa bò có tỉ lệ whey : casein là 20 : 80. • Sữa đã tách casein biến thành dạng trong, nước còn lại chứa các protein hoà tan như α – lactose – globulin và globulin kháng thể được gọi là các protein nước sữa (whey). • Các loại sữa chứa casein: + Sữa tươi, sữa đậu xanh, sữa đậu nành + Sữa bột + Sữa đặc có đường + Các sản phẩm từ sữa (yaourt, phomat, bơ ) • Tỉ lệ casein và whey hiện diện trong thành phần của sữa quyết định tính chất độ hấp thu và tiêu hóa của sữa. Bảng sau nêu tỉ lệ protein, casein và whey trong một số loại sữa: Tỉ lệ protein, casein và whey trong một số loại sữa Loại sữa Protein (%) Casein (%) Whey (%) Casein : Whey Tỉ lệ casein trong tổng protein sữa (%) Sữa mẹ (người) 1.2 0.5 0.7 5 : 7 41.67 Sữa bò 3.5 2.8 0.7 4 : 1 80.00 Sữa trâu 4 3.5 0.5 7 : 1 87.50 Sữa dê 3.6 2.7 0.9 3 : 1 75.00 Sữa cừu 5.8 4.9 0.9 5 : 1 84.48 Trang 4 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt • Sữa bò, sữa trâu, sữa dê, sữa cừu đều thuộc loại sữa casein vì lượng casein chiếm hơn 75 % tổng số protein. • Sữa mẹ thuộc loại sữa albumin (casein dưới 75 %). II. Thành phần acid amin • Casein có chứa nhiều axit amin cần thiết, tuy nhiên số lượng và hàm lượng các axit amin không giống nhau và không giống như trong sữa mẹ. Casein có nhiều lysin và glutamic, thấp cystein, không có hydroxyproline. Nên các loại sữa công thức dành cho trẻ nhỏ có sử dụng casein làm nguồn đạm căn bản thì cần điều chỉnh lại số lượng và hàm lượng các axit amin cần thiết theo tiêu chuẩn như trong sữa mẹ. • Tỉ lệ các axit amin trong casein được cho trong bảng sau: Tỉ lệ các axit amin trong casein Axit amin g amino acid / 100 g protein Glutamic acid 24.5 Proline 13.5 Leucine 9.2 Lysine 8.9 Aspartic acid 7.6 Valine 6.8 Tyrosine 5.7 Isoleucine 5.6 Serine 5.3 Phenylalanine 5.3 Threonine 4.4 Histidine 3.8 Arginine 3.3 Alanine 3.1 Glycine 1.9 Methionine 1.8 Cystine 1/2 0.3 III. Phân loại Trang 5 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt • Năm 1937, nhờ ứng dụng phương pháp điện di (electrophorese), nhiều nhà nghiên cứu khác nhau như Cherbuliez, Baudet, Waygh… đã phân chia casein thành 3 phần khác biệt nhau: α, β và γ casein. Sau này, khoa học hiện đại tìm thêm được κ casein. • Casein có bốn loại cơ bản có thành phần acid amin và tính chất khác nhau: αs, β, κ và γ casein. Mỗi loại casein lại có nhiều dạng thù hình đặc trưng. • Thành phần các loại casein trong sữa bò được cho trong bảng sau: Thành phần casein trong sữa bò Casein Hàm lượng (%) Dạng Số acid amin trong phân tử Phân tử lượng (Da) Số nhóm phosphate trong phân tử αs 47 – 57 αs1 199 23 600 8 αs2 207 25 150 – 25 390 8 – 13 αs3 207 25 150 – 25 390 8 – 13 αs4 207 25 150 – 25 390 8 – 13 αs6 207 25 150 – 25 390 8 – 13 αs5 β 25 – 35 209 24 000 5 κ 8 – 15 κ,1 κ,2 κ,3 κ,4 κ,5 κ,6 κ7 169 19 000 1 γ 3 – 7 γ1 181 20 000 γ2 104 12 000 γ3 102 12 000 IV. Cấu trúc Casein dưới kính hiển vi điện tử là các hạt hình cầu có đường kính từ 40 – 200 micromet. Bằng phương pháp li tâm cao tốc, các hạt này tập hợp lại và lắng xuống dưới dạng keo màu trắng. Người ta cũng có thể kết tủa casein thành các hạt micelle nhờ quá trình acid hóa sữa đến điểm đẳng điện pI = 4.6 1. Cấu trúc và hình thể của các monomer trong casein Trang 6 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt • Casein có cấu trúc cực kì linh hoạt. Do các phân tử không tạo ra tinh thể nên casein không có cấu trúc tinh thể, với cách nghĩ như vậy chúng đã không mô tả đúng cấu trúc không gian ba chiều của casein. Bằng chứng quan trọng nhất cho cấu trúc bậc hai và cấu trúc bậc ba thu được bằng cách dùng tia X khám phá ra phân tử kết tinh. Điều đó có thể xác định được cấu trúc bậc hai từ các phân tử trong dung dịch. Gần đây, trung tâm nghiên cứu USDA Eastern Reagional ở Philadelphia đã sử dụng quang phổ học Raman để nghiên cứu các casein, và họ đã xác định được số lượng các cấu trúc bậc hai trong nhiều loại casein khác nhau • Casein αs1 có 199 gốc acid amin. Do sự phân bố các phần tích điện và các phần ưa béo không đồng đề nên phân tử có tính chất một lưỡng cực: một cực cầu và một cực tích điện. Trong αs1 có ba đoạn ưa béo (giữa gốc 1 – 44, 30 – 113 và 132 – 139) và một phần được phosphoryl hóa mang điện tích âm (gốc 48 – 80). Casein αs1 có một phần mang cấu trúc xếp β và một phần mang cấu trúc vòng cung β. • Casein αs2 có 207 gốc acid amin, là casein háo nước nhất trong họ casein vì trong phân tử chứa nhiều nhóm phosphoryl nhất (10 – 13 gốc / mol) và cũng nhiều các gốc cation nhất. Các gốc phosphoseryl nhóm lại thành ba cực (gốc 8 – 16, 56 – 61 và 129 – 133), còn phần ưa béo nằm ở đầu cuối C (gốc 160 – 207) và nằm ở giữa (gốc 90 – 120). Trong cấu trúc như thế các tương tác tĩnh điện rất quan trọng, rất nhạy cảm với ion Ca 2+ cũng như rất phụ thuộc và pH. • Casein β có 209 gốc acid amin là protein có tính ưa béo nhất. Đầu N tận cùng (gốc 1 – 21) chứa 4 trong 5 nguyên tử P mang một điện tích – 12 ở pH = 6.6 và đầu C tận cùng ưa béo chiếm 2/3 phân tử. Số gốc prolin nhiều và lại phân bố động đều khiến cho phân tử có cấu trúc kém trật tự: 10 % xoắn α (gốc 97 – 103 và 138 – 146), 13 % xếp β (gốc 52 – 60, 77 – 87 và 187 – 195) và 77 % không trật tự. • Casein κ có 169 gốc acid amin nhưng chỉ chứa một gốc phosphoseryl do đó liên kết được ít ion Ca 2+ và độ hòa tan không bị ảnh hưởng của ion này. Casein κ cũng có đặc tính lưỡng cực: đầu cuối N ưa béo trrong khi đầu cuối C chứa glucid thì lại rất ưa nước. Cấu trúc bậc hai của casein κ có 5 vùng xoắn α (23 %), 7 vùng cấu trúc xếp β (31 %) và 10 vùng cấu trúc vòng cung β (24 %). Khi casein κ bị thủy phân bởi chymosine thì việc đầu tiên enzim này sẽ phân cắt một liên kết peptide giữa gốc Phe 105 và Met 106 để giải phóng ra đầu cuối N rất ưa béo (từ gốc 1 – 105) gọi là paracasein κ và đầu cuối C háo nước (từ gốc 106 – 169) có chứa gốc phosphoryl và glucosyl. Paracasein κ rất ưa béo và rất có trật tự, đặc biệt là các vùng có cấu trúc lá xếp rất thuận lợi cho chymosine tác dụng, cũng rất dễ bị đông tụ do các tương tác ưa béo gây ra. Trang 7 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Cấu trúc chuyển thành dạng αs-casein Cấu trúc được đề xuất cho κ-casein 2. Cấu trúc micelle của casein • Casein liên kết với nhau tạo thành khối micelle. Các micelle có dạng các hạt hình cầu có đường kính 200 – 300 nm là một tập hợp các dưới đơn vị (các siêu micelle) có đường kính 15 – 20 nm. Các casein liên kết với nhau để tạo thành phức khi có mặt calci và sẽ kết tủa xuống nếu không có casein κ. Các siêu micelle chỉ tồn tại nhờ có mặt casein κ. • Các siêu micelle được tao thành từ casein α, β và κ có đường kính khoảng 20 nm, các đầu kị nước được sắp xếp gấp vào trong, còn các nhóm háo nước của các casein và các casein κ thì phủ ở bề mặt. • Các casein α, β của siêu micellce liên kết với nhau thông qua các nhóm phosphate của Ca 3 (PO 4 ) 2 và tạo thành micelle. Các siêu micelle nghèo casein κ sẽ nằm ở phía trong micelle và micelle sẽ ngừng lớn khi toàn bộ mặt ngoài được bao phủ bằng Casein κ. Trang 8 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt • Tất cả các micelle đều có điện tích âm nên chúng đẩy nhau và khiến các micelle casein tồn tại dưới dạng keo. Các phân tử nước cũng liên kết với các điện tích của Casein và góp phần duy trì các micelle trong dung dịch. • Bảng sau nêu thành phần trung bình của micelle casein sữa bò: Thành phần trung bình của micelle casein sữa bò Các hợp phần protein g / 100 g chất khô Các hợp phần muối g / 100 g chất khô Casein αs1 Casein αs2 Casein β Casein κ Casein γ Tổng cộng 33 11 33 11 4 92 Ca Mg -3 4 PO (ion) Xitrat (ion) Khác Tổng cộng 2.9 0.1 4.3 0.5 0.2 8 Hàm lượng nước của micelle là 65% Trang 9 Mô hình siêu micelle Siêu micelle ở ngoại vi giàu casein κ Calci phosphate là chất kết dính các siêu micelle Mô hình micelle casein Nhóm phosphate của casein αs1, αs2 và β Phần có cực của casein κ Tâm ưa béo α và β Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt V. Tính chất 1. Tính chất vật lí • Trong casein các gốc prolin phân bố rất đồng đều làm cho phân tử casein có cấu trúc hình thể cuộn thống kê. • Casein có tính điện ly lưỡng cực, có pI = 4.6 • Casein có vị đắng • Sữa tươi luôn có độ pH khoảng 6.6 – 6.7 , khi giảm độ pH các ion H + của axit sẽ liên kết với các micelle casein mang điện tích âm và làm giảm điện tích của micelle casein. Khi tới giới hạn các micelle casein sẽ đông tụ. Theo lí thuyết điểm đẳng điện pI của casein là 5.1 – 5.3 . Trong dung dịch muối như điều kiện của sữa, casein sẽ đông tụ tốt nhất ở pH 4.5 – 4.7 . Khi cho dư axit vào casein đã đông tụ, casein sẽ bị tái hòa tan tạo thành muối và axit. • Bên cạnh khả năng bị đông tụ bởi axit, casein còn bị đông tụ bởi rennin (rennin là một protease được chiết xuất từ dạ dày bê). Quá trình đông tụ của casein dưới tác dụng của rennin thực chất là quá trình thủy phân hạn chế casein κ, vỏ háo nước bị phá hủy, do đó các ion calci dễ dàng tiếp cận với các casein α, β và κ và làm cho chúng tạo thành gel. Tính chất này được ứng dụng trong quy trình sản xuất phomat. • Trong sữa tươi, casein ở dưới dạng muối calci (caseinat calci) dễ hòa tan. Khi vào dạ dày, dưới tác dụng của dịch vị (acid clohydric) trong dịch dạ dày, casein sẽ kết tủa tạo thành những cục vón và lưu lại tại dạ dày để thực hiện bước đầu sự phân giải chất các chất dinh dưỡng rồi chuyển dần xuống ruột non tiếp tục quá trình tiêu hóa và hấp thu. Ở dạng kết tủa, casein sẽ được hấp thụ hoàn toàn. 2. Tính chất hóa – sinh • Casein được tạo thành từ tiền chất của nó có trong sữa là caseinogen. Trong dạ dày, dưới tác dụng của protease, caseinogen chuyển thành casein. • Casein có nhiều nhóm chức tự do khác nhau như: – COOH, – NH 2 , = NH … nên có khả năng tham gia nhiều phản ứng hóa học. Trong các nhóm đó, hai nhóm cacboxyl và amin có ý nghĩa nhất vì một phần các nhóm này ở trạng thái tự do và quyết định tính chất của casein. Cũng vì các nhóm này mà trong dung dịch casein tạo thành các ion lưỡng tính. Trang 10 [...]... vị thể tích, đạm casein cung cấp nhiều năng lượng hơn là đạm whey  Casein κ có tính chất khác với các casein khác: + Dung dịch các casein ở pH = 7 và t o = 20oC ở trạng thái micelle bền, khi thêm CaCl2 0.4 M thì chỉ casein αs và casein β kết tủa còn casein κ vẫn ở trạng thái hòa tan + Casein κ là protein duy nhất có chứa glucid (khoảng 5 %) Điều đó chứng tỏ casein κ là khá háo nước + Casein κ có chứa... • Casein có phản ứng tạo ra các acid amin không thay thế cần thiết cho cơ thể • Trong sữa casein ở dạng calci caseinate và nó lại kết hợp với calci phosphat tạo thành phức hợp calci phosphat caseinate (các micelle) Tất cả các casein đều được phosphoryl hóa nhưng với mức độ khác nhau trong đó casein κ có tỉ lệ phospho thấp nhất • Trong môi trường axit, casein bị kết tủa do sự tách các liên kết của casein. .. (CH3CHOH- COO)2Ca Caseniat calci Axit lactic Axit caseinic Calci lactac • Chính các casein chứa trong sữa ở dạng calci caseinat tác dụng với axit lactic tạo ra axit caseinic và calci lactat Axit caseinic tự do không hòa tan do đó gây đông tụ sữa Quá trình đông tụ casein là quá trình cơ bản của sản xuất phomat • Casein là một phức hợp phosphoprotein, trong sữa tươi casein ở dạng muối calci dễ hoà tan Khi vào... thụ casein β vào trong micelle • Nhiệt độ lạnh cũng làm tăng sự thoái biến casein β thành casein γ Tùy thuộc vào thời gian và nhệt độ bảo quản mà lượng casein của sữa thay đổi rất lớn (2 – 10 %) • Các quá trình proteolise hạn chế này thường làm biến đổi thành phần của micelle và do đó làm thay đổi tính chất lý học và công nghệ của casein c Các tính chất công nghệ khác • Dùng chymosine để kết tủa các casein. .. tương hóa Casein có khả năng tạo bọt và đông tụ tốt VI Chế biến bột casein • Casein là một protein hiện diện trong sữa không kem và có thể bị kết tủa để được tách ra bởi một trong các phương pháp sau: + Để cho sữa bị lên men Acid lactic acid sẽ tạo ra các casein kết tủa và được gọi là lactic casein + Thêm vào acid sulphuric loãng hay acid clohydric loãng, và chất kết tủa được gọi là acid casein + Thêm... kết tủa casein men dịch vị tan ít hơn hai loại trên • Casein thực phẩm được sản xuất bằng cách phân huỷ, tạo áp suất cao và cô cạn các khối lactic acid kết tủa trong sữa không kem • Các caseinate thực phẩm thu được bằng cách cô cạn các dung dịch đã kết hợp casein thực phẩm khô với kiềm loại thực phẩm • Protein trong sữa chủ yếu là casein, sữa sau khi tách mỡ, phần còn lại chứa phần lớn là nước, casein, ... là nước, casein, đường lactose, các chất khoáng Do đặc tính của casein đông đặc trong môi trường axit (pH < 6) nên các nhà chế biến đã lợi dụng đặc tính này để tách casein ra khỏi sữa đã tách mỡ • Sản xuất casein trong nhà máy: một khối đông tụ chứa các casein và lactose cô đặc được đưa qua hai lò nấu và được acid hoá, làm kết tủa casein Casein được tách rời ở dạng cục sữa đông Cục sữa đông được tách... protein thực vật với mùi vị ngon hơn Các natri caseinate và calci caseinate là những dạng phổ biến nhất được sử dụng và trong nhiều ứng dụng: natri caseinate rất thích hợp để chuyển thành dạng sữa và calci caseinate thì được tạo ra các loại phomat giả • Casein là chất đệm có tính trung hòa một lượng acid sinh ra trong quá trình lên men axit lactic Sự tương tác giữa casein trong sữa với vi khuẩn lactic khi... hợp phần chứa lưu huỳnh của micelle (casein κ, casein αs2) • Khi nhiệt độ trên 100oC phần lớn các protein của lactoserum liên kết với micelle casein và làm cho chúng bền với protease Phức hợp β – lactoglobulin – casein K cũng tạo thành làm bền các protein của sữa đối với sự thanh trùng ở 120 – 140oC sau này cũng như đối với tác dụng đông tụ của các enzym Trang 12 Casein • • GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt... sau khi vớt váng casein của lần lên men trước) Đậy kín bằng bao tải để tránh bụi và lên men qua đêm Vi khuẩn lactic có trong nước chua tiếp tục lên men đường lacto trong sữa tạo môi trường axit làm giảm pH môi trường Trong điều kiện đó, casein bị đông vón, nổi thành lớp váng casein trên mặt nước Dùng muôi có lỗ thoát nước chuyển toàn bộ lớp váng casein vào túi vải, treo các tủi đựng casein lên giá để . tác ưa béo gây ra. Trang 7 Casein GVGD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Cấu trúc chuyển thành dạng αs -casein Cấu trúc được đề xuất cho κ -casein 2. Cấu trúc micelle của casein • Casein liên kết với nhau tạo. casein khác: + Dung dịch các casein ở pH = 7 và t o = 20 o C ở trạng thái micelle bền, khi thêm CaCl 2 0.4 M thì chỉ casein αs và casein β kết tủa còn casein κ vẫn ở trạng thái hòa tan. + Casein. nhau: α, β và γ casein. Sau này, khoa học hiện đại tìm thêm được κ casein. • Casein có bốn loại cơ bản có thành phần acid amin và tính chất khác nhau: αs, β, κ và γ casein. Mỗi loại casein lại có