Ảnh hưởng của áp suất cao đến giá trị dinh dưỡng của sữa tươi

Vì thế, quá trình vận hành cần phải được lựa chọn cẩn thận III/Ảnh hưởng của áp suất cao đến giá trị dinh dưỡng của sữa tươi: 1/ Ảnh hưởng đến thành phần protein trong sữa tươi: a/ Ản

I/ Thành phần dinh dưỡng của sữa tươi 3

1/ Các hợp chất có chứa Nitơ 3

2/ Chất béo 4

3/ Hợp chất khoáng 5

4/ Vitamin 5

5/ Lactose 5

II/ Nguyên lý của quá trình sử dụng áp suất cao và thiết bị tạo áp suất cao 6

1/ Nguyên lý của quá trình sử dụng áp suất cao 6

2/ Thiết bị tạo áp suất cao 6

III/ Ảnh hưởng của áp suất cao đến giá trị dinh dưỡng của sữa tươi 9

1/ Ảnh hưởng đến các hợp chất chứa Nitơ 9

2/ Ảnh hưởng đến chất béo 21

3/ Ảnh hưởng đến hợp chất khoáng 26

4/ Ảnh hưởng đến vitamin 31

5/ Ảnh hưởng đến lactose 33

IV/ Ưu, nhược điểm của việc sử dụng áp suất cao đối với giá trị dinh dưỡng của sữa tươi 33

1/ Ưu điểm 33

2/ Nhược điểm 34

V/ Hướng nghiên cứu sử dụng áp suất cao để tác động đến thành phần dinh dưỡng trong các sản phẩm sữa trong tương lai 34

VI/ Tài liệu tham khảo 35

Mục lục hình:

Hình 1: Một hệ thống áp suất cao xử lý thực phẩm trước khi đóng gói 7

Hình 2: Ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các casein micelle 10

Hình 3: Ảnh hưởng của thời gian xử lí áp suất cao lên casein micelle 11

Hình 4: Ảnh hưởng của pH lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein

Hình 7: biểu đồ biểu diễn sự biến đổi của các axit béo mạch ngắn (C4:0-C8:0), các axit béo

mạch vừa (C10:0-C14:0) và các axit béo mạch dài (C16:0-C18:2) ở mỗi thời gian thử trong các

mẫu thử được xử lý khác nhau 24

Bảng 3: Thành phần của cấu axit béo tự do có trong mẫu sữa tươi chưa qua xử lý áp suất

cao, và các mẫu sữa chua đã qua xử lý ở áp suất cao ở những điều kiện áp suất và nhiệt

độ khác nhau trong suốt quá trình bảo quản 22

Bảng 4 : Các cấp độ xử lý mẫu sữa tươi 27

Bảng 5 : Hàm lượng Canxi, Magie và Photpho trong mẫu sữa tươi đã qua xử lý ở nhiệt độ

850C trong 10 phút và trong 30 phút 27

Bảng 6 : Hàm lượng Canxi, Magie, tổng lượng Photphovà photpho vô cơ trong mẫu sữa

tươi đã qua xử lý ở áp suất cao, xử lý nhiệt, xử lý áp suất cao sau khi xử lý nhiệt,và xử

lýnhiệt sau khi xử lý ở áp suất cao 28

Bảng 7 : Lượng ion Ca2+ và giá trị pH trong các mẫu sữa đã qua xử lý ở áp suất cao, xử lý

nhiệt, xử lý áp suất cao sau khi xử lý nhiệt,và xử lý nhiệt sau khi xử lý ở áp suất cao 28

Bảng 8 : Lượng ion Ca2+ và giá trị pH trong các mẫu sữa đã qua xử lý nhiệt có và không

có xử lý ở áp suất cao tiếp theo sau 30

I/ Thành phần dinh dưỡng của sữa tươi:

1/ Các hợp chất có chứa nitơ:

a/ Casein:

- Casein là thành phần protein chủ yếu có trong sữa Chúng tồn tại dưới dạng micelle Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm calci,magie, phosphate và citrate)

- Mỗi micelle do khoảng 400-500 tiểu micelle (submicelle) hợp thành Tiểu micelle có

dạng hình cầu, đường kính dao động 10-15nm bao gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau Thành phần các casein αs, β và κ trong tiểu micelle có thể thay đổi theo những tỷ lệ khác nhau Các phân tử κ-casein được bố trí tại vùng biên tiểu micelle Phân

tử κ-casein có hai đầu: đầu ưa béo sẽ tương tác với αs và β-casein ở vùng tâm tiểu micelle, đầu ưa nước sẽ hướng ra ngoài vùng biên micelle Mỗi tiểu micelle có phân tử

lượng trung bình 250.000Da

b/ Protein hoà tan: bao gồm các thành phần sau:

- β-lactoglobulin: có cấu trúc bậc hai gồm 10-50% xoắn α, 20-30% lá xếp β, 50-60%

vòng cung β và phần còn lại với cấu trúc không trật tự β-lactoglobulin có dạng hình cầu Các gốc phân cực, không phân cực và các gốc ion hoá được phân bố đều trong phân tử, riêng các gốc ưa béo tập trung ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-lactoglobulin

ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác

- lactalbumin: là protein dạng hình cầu cấu trúc của nó gần giống với lysozyme

lactalbumin là một metalloprotein Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci lactalbumin là một protein có giá trị dinh dưỡng cao.Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối

- Peptone-proteose: bao gồm những phân đoạn protein khác nhau.Chúng là sản phẩm

thuỷ phân từ β-casein bởi plasmine Cùng với γ-casein , đến nay người ta đã tìm thấy được ba phân đoạn khác nhau peptone-proteose từ quá trình thuỷ phân trên

- Immunoglobulin: đến nay vẫn chưa có nhiều công trình nghiên cứu sâu về nhóm

này Hầu hết các immunoglobulin được tổng hợp bởi bạch cầu lymphocyte B Người ta

đã tìm thấy ba loại immunoglobumin trong sữa bò là IgG, IgA và IgM

Trong số các immunoglobulin, IgG1 có thể chiếm đến 80% tổng khối lượng các protein hoà tan trong sữa

- Ngoài ra, trong sữa còn có các protein màng (membrane protein) Hàm lượng của

chúng rất thấp Membrane protein tạo nên một lớp màng mỏng bao xung quanh các hạt béo,góp phần làm ổn định hệ nhũ tươmg trong sữa Một số membrane protein là những lipo-protein Lipid và nhóm các aicd amin ưa béo trong membrane protein sẽ tạo nên phần ưa béo và tương tác với lipid của các hạt cầu béo Ngược lại, phần ưa nước của chúng sẽ được bố trí tại vùng biên các hạt cầu béo và hướng vào nước

2/ Chất béo: Gồm có:

Lipid đơn giản: công thức đơn giản của triglyceride

Hàm lượng các acid béo không bão hoà trong sữa được xác định bởi chỉ số iod của chất béo

Nếu sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy ở nhiệt độ cao thì lipid sữa sẽ có “cấu trúc cứng” Ngược lại,sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy ở nhiệt độ thấp thì lipid sữa sẽ có

“cấu trúc mềm” hơn

Lipid phức tạp: gồm hai nhóm chính

Nhóm 1:hợp chất với glycerol

-Có acid phosphoric trong phân tử: Phospholipid

-Không có acid phosphoric: Galactosyl glyceride

Nhóm 2: hợp chất với sphingosine (C 18 H 37 NO 2 )

Các hợp chất hoà tan trong chất béo: Cholesterol

Các hydrocacbon trong sữa: Squalene, Phytene, -caroten

Các nguyên tố khoáng khác như kali, natri, clore…đóng vai trò chất điện ly

(electrolyte) Cùng với lactose, chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong

bầu vú động vật với áp lực máu

Thông thường vào cuối chu kỳ tiết sữa, đặc biệt khi con vật bị viêm vú, hàm lượng NaCl tăng vọt làm cho sữa có vị mặn

Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zn, Fe,I, Cu, Mo…Chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người Một số nguyên tố độc hại như Pb, As… đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò

4/ Vitamin:

- Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm:

Vitamin hoà tan trong nước gồm: B1, B2, B3, B5, B6, C…

Vitamin hoà tan trong chất béo gồm:A, D, E

- Nhìn chung, hàm lượng các vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định, là do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi các vi khuẩn trong ngăn thứ nhất của dạ dày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh Tuy nhiên, hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết…

5/ Lactose:

- Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành

- Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng:

Dạng α-lactose monohydrate C12H22O11.H2O (phân tử α-lactose ngậm một phân tử nước)

Dạng β-lactose anhydrous C12H22O11 (phân tử β-lactose khan)

- Tỷ lệ hàm lượng giữa α-lactose monohydrate và β-lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa

- Lactose là đường khử Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disaccharide và monosacharide thường gặp Nếu như độ ngọt của saccharose được đánh giá với chỉ số là

100, của maltose là 32, glucose là 74 và fructose là 173 thì độ ngọt của lactose chỉ đạt 16

- Lactose có thể bị thuỷ phân tạo ra hai monosacharide là glucose và galactose bởi

enzyme β-galactosidase (latase)

- Các đường đơn giản như glucose, fructose, saccharose, có nhiều trong thực vật (hoa, trái cây các loại…) Tuy nhiên chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong

tự nhiên

- Ngoài lactose,trong sữa bò còn có glucose (hàm lượng trung bình 70mg/l), galactose(20mg/ml) và các hợp chất glucid chứa nitơ như N-acetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, acid N-acetyl neuraminic…Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp ,chỉ

ở dạng vết

II/ Nguyên lý của quá trình sử dụng áp suất cao và thiết bi tạo áp suất cao:

1/ Nguyên lý hoạt động của thiết bị áp suất cao: bao gồm 2 nguyên lý:

- Nguyên lý thứ nhất (nguyên lý Le Chatelier): nếu bất kì một hiện tượng (sự chuyển pha, phản ứng hoá học, độ tái kích hoạt hoá học, sự thay đổi hình thể phân tử) nào xảy ra

mà kèm theo sự giảm thể tích thì sẽ được gia tăng bởi sự tăng áp suất và ngược lại

- Nguyên lý thứ hai: áp suất phát ra ngay lập tức và đều mà không phụ thuộc vào kích thước hay hình dạng của thực phẩm Đây là sự đẳng tĩnh của áp suất

2/ Thiết bị tạo áp suất cao:

a/ Hệ thống thiết bị:

Các thành phần chính trong một hệ thống áp suất cao là bình áp suất, hệ thống tạo áp

suất và các thành phần phụ kèm theo

Hình 1 : Một hệ thống áp suất cao xử lý thực phẩm trước khi đóng gói

- Bình áp suất:

Một bình cao áp, nơi chứa nguyên liệu để xử lý áp suất là thiết bị quan trọng của phương pháp dùng áp suất cao Các bình áp suất sử dụng trong sữa phải chịu được vài ngàn chu kỳ xử lý áp suất mỗi năm để có thể sử dụng cho một lượng lớn sữa Quá trình

sử dụng áp suất càng nhiều thì tuổi thọ của bình càng thấp Ngoài ra, các bình còn phải được bảo trì do sự ăn mòn của nguyên liệu và các chất lỏng thường sử dụng để vệ sinh thiết bị Hơn nữa, các bình còn phải được thiết kế sao cho vệ sinh thiết bị được dễ dàng

- Hệ thống tạo áp suất:

Có 2 hệ thống tạo áp suất được định nghĩa là gián tiếp và trực tiếp

Trong hệ thống gián tiếp, môi trường áp suất (ví dụ như nước) đầu tiên được bơm qua máy tăng áp (được biểu diễn ở hình dưới), rồi vào bình áp suất Máy tăng áp là một bơm cao áp được sử dụng để làm tăng áp suất đến giá trị mong muốn Bơm cao áp là một thiết bị riêng biệt so với bình áp suất Hệ thống này yêu cầu phải có đường ống chịu được

áp suất và bộ phận lọc thích hợp để vận chuyển môi trường áp suất vào bình áp suất

Trong hệ thống trực tiếp, máy tăng áp suất sẽ nằm ở bên trong bình cao áp (hình dưới) Trong hệ thống này, cả bình và máy tăng áp được chế tạo trong cùng một thiết bị,

và tổng kích thước của bình là khá lớn Hệ thống này yêu cầu các mối hàn phải thật kín

để có thể mở hoặc đóng mà không có khe hở Một điều cũng quan trọng trong phương pháp này là các mối hàn phải giữa bình cao áp và piston phải kín

Trong quá trình sử dụng áp suất cao, khí và nước thường được sử dụng làm môi trường áp suất nhất Do hệ số nén của khí cao hơn nước nên nước trở thành môi trường

áp suất được ưu tiên trong nhiều ứng dụng hơn cả Sự giảm thể tích nước khoảng 5% khi

áp suất tăng từ 0 đến 4000 kg/cm2 tại 22oC Sự giảm này nhỏ hơn so với sự giảm của khí Chính sự giảm thể tích cao của khí làm cho quá trình vận hành trở nên nguy hiểm Khi nước được sử dụng làm môi trường áp suất và khi áp suất lên cao, có sự truyền động áp suất qua nguyên liệu ngay lập tức Một lượng dầu nhỏ có thể được bổ sung vào nước để giảm sự ăn mòn thiết bị và để bôi trơn

b/ Cách vận hành:

Một cách vận hành đơn giản sử dụng trong một hệ thống áp suất cao được tiến hành như sau: đầu tiên, nguyên liệu sẽ được đóng gói, sau đó được cho vào bình cao áp, cho nước vào bình rồi tạo áp lực lên bình và giữ áp lực mong muốn trong thời gian xác định trước, sau đó xả áp lấy nguyên liệu ra

Thời gian tạo áp suất trong bình bị ảnh hưởng bởi hệ số nén của môi trường áp suất và nguyên liệu Thời gian tạo áp suất lên nguyên liệu độc lập với lượng nguyên liệu chứa trong bình Sự có mặt của không khí trong nguyên liệu làm gia tăng thời gian tạo áp suất do không khí có hệ số nén cao hơn nước Sau khi tạo áo suất như mong muốn, nguyên liệu được giữ nguyên áp suất trong khoảng thời gian xác định, có thể là vài phút Sau khi nguyên liệu được để đúng thời gian quy định, sự giảm áp có thể được tiến hành nhanh

* Quá trình chế biến gián đoạn:

Quá trình áp suất cao gián đoạn có một vài ưu điểm như là: các loại nguyên liệu khác nhau có thể được chế biến mà không bị nhiễm tạp chất, không cần vệ sinh giữa các lần chạy, thiết bị đơn giản, số lượng nguyên liệu bị hư hỏng ít hơn trong trường hợp thiết

bị bị trục trặc Một vài bình cao áp có thể được vận hành trong một hệ thống điều khiển

để làm giảm thời gian chậm trễ trong lúc vận hành

Hầu hết thiết bị áp suất cao được sử dụng hiện nay được vận hành theo kiểu gián đoạn Vì bước tăng áp và giảm áp có thể được thực hiện nhanh chóng Các chu kỳ tăng và giảm áp nhanh cũng có thể làm giảm sức chịu đựng của kim loại và qua đó làm giảm tuổi thọ thiết bị Áp suất trên 4000 kg/cm2 thì trọng lượng cũng như chi phí thiết bị sẽ tăng đáng kể

* Quá trình chế biến liên tục:

Một phương pháp áp suất cao khác là phương pháp bán liên tục Hệ thống này bao gồm nhiều bình cao áp được sắp xếp theo trình tự để có thể hoạt động liên tục Sơ đồ được biểu hiện trong hình dưới Trong khi một bình đang được tăng áp suất thì một bình khác lại đang giảm áp Phương pháp này đã được sử dụng trong một vài nhà máy ở Japan

Một hệ thống liên tục khác bao gồm 5m đường ống có khả năng chịu được áp suất 700MPa Một máy bơm để bơm chất lỏng vào đường ống Khi đóng van bên ngoài, nguyên liệu sẽ được tăng áp lực Giàn ống này được để trong một bể điều nhiệt, với nhiệt

độ duy trì trong khoảng từ 5-80oC Khi van được mở, nguyên liệu qua xử lý áp suất được vận chuyển đến thiết bị xử lý tiếp theo

Một hệ thống áp suất cao đã được cải tiến khác bao gồm việc sử dụng độ rung động áp suất cao Đặc điểm của hệ thống mới này là thiết bị gia tăng áp suất được truyền động bởi không khí, nó cho phép thay đổi áp suất nhanh chóng Thêm vào đó, van giảm

áp được kết nối đến bình cao áp rất tiện lợi cho việc giải thoát lượng nước cao áp Bắng cách sử dụng các van điều chỉnh áp lực, ta có thể có được độ rung động như mong muốn Các bình cao áp được để trong bể điều nhiệt Người điều khiển có thể tăng áp suất lên

500 MPa chỉ trong 10s Thời gian xử lý có thể giảm nếu kết hợp với nhiệt độ cao

Chi phí của quá trình áp suất cao phụ thuộc vào áp suất, thời gian và nhiệt độ Vì thế, quá trình vận hành cần phải được lựa chọn cẩn thận

III/Ảnh hưởng của áp suất cao đến giá trị dinh dưỡng của sữa tươi:

1/ Ảnh hưởng đến thành phần protein trong sữa tươi:

a/ Ảnh hưởng lên casein micelle:

- Phương pháp xử lí bằng áp suất cao chủ yếu làm thay đổi kích thước trung bình của các casein micelle Tùy vào giá trị của áp suất xử lí mà kích thước trung bình của các casein micelle có thể tăng hay giảm theo các mức độ khác nhau Ngoài ra, các yếu tố: thời gian

xử lí, pH sữa, nhiệt độ, sự có mặt của whey protein cũng gây ra những ảnh hưởng nhất định tới hiệu qủa tác động của áp suất lên các casein micelle

* Ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các casein micelle:

- Để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các casein micelle, người ta tiến hành xử lí các mẫu sữa gầy ( raw skim milk ) tại các giá trị áp suất khác

nhau (0 – 800 MPa) Sau đó, tiến hành xác định kích thước trung bình của các casein micelle bằng thiết bị quang phổ lượng tử Malvern Zetamaster ( Malvern Instruments, Ltd, Malvern, Worcestershire, UK )

- Theo Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, việc tiến hành xử lí ở áp suất 200 MPa, nhiệt độ là 20oC trong thời gian 30 phút không gây được những ảnh hưởng đáng kể nào lên kích thước trung bình của các casein micelle (hình 2) Khi áp suất tăng lên 250 MPa, cũng trong những điều kiện nhiệt độ và thời gian như trên, kích thước trung bình các casein micelle tăng thêm 25%, trong khi tại các giá trị áp suất cao hơn (300 – 800 MPa), lại làm giảm kích thước của các casein micelle xuống, chỉ còn khoảng 50% so với các mẫu sữa ban đầu Thông thường, sự thay đổi kích thước ở đây xảy ra không thuận nghịch và có thể kéo dài tới 48 giờ sau khi xử lí ( hình 2 ) Việc tăng nhiệt độ bảo quản mẫu đã qua xử lí với áp suất cũng góp phần làm tăng thêm kích thước trung bình của các casein micelle trong thời gian sau xử lí

Hình 2: Ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các casein micelle

* Ảnh hưởng của thời gian xử lí lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein micelle:

- Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lí lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với các casein micelle người ta tiến hành xử lí sữa gầy trong khoảng thời gian từ 1 giây –

60 phút tại các giá trị áp suất khác nhau

- Theo Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, ở giá trị áp suất là 250 MPa, trong thời gian xử lí cực ngắn (1 giây), kích thước trung bình của casein micelle không có

sự thay đổi Trong khoảng thời gian xử lí ngắn (5 phút), kích thước trung bình của các casein micelle giảm xuống Ở các khoảng thời gian dài hơn (10 – 60 phút), việc tăng thời gian xử lí sẽ làm tăng kích thước trung bình của các casein micelle Mặt khác, ở các giá trị áp suất cao hơn (400 MPa), tác động của áp suất lên kích thước trung bình của casein micelle hầu như xảy ra ngay tức thì ( trong 1 giây làm giảm 40% kích thước trung bình của casein micelle so với mẫu chưa qua xử lí ), trong khi ở các khoảng thời gian dài hơn không tạo ra thêm được sự khác biệt ( trong thời gian lên tới 30 phút, kích thước trung bình của các casein micelle hầu như không giảm hơn so với khi xử lí trong 1 giây ) ( Hình 3 )

Hình 3: Ảnh hưởng của thời gian xử lí áp suất cao lên casein micelle

* Ảnh hưởng của pH lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein micelle:

- Tại tất cả các giá trị áp suất, pH thấp làm tăng hiệu qủa tác động của áp suất lên kích thước trung bình của các casein micelle Theo Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, kích thước của các casein micelle trong mẫu sữa đã acid hóa đến pH 6.2 nhỏ hơn đáng kể so với mẫu sữa có pH là 6.7 khi xử lí ở áp suất 250 MPa (hình 4)

Hình 4: Ảnh hưởng của pH lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein micelle

* Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein micelle:

- Trong phương pháp xử lí bằng áp suất cao, tại giá trị áp suất thấp (khoảng 250 MPa), nhiệt độ có ảnh hưởng tới kích thước trung bình của các casein micelle Nhìn chung, nhiệt độ thấp sẽ làm giảm kích thước trung bình của casein micelle, khi nhiệt độ tăng, kích thước trung bình của các casein micelle cũng sẽ tăng lên Tại giá trị áp suất cao (trên

400 MPa), nhiệt độ không tạo được ảnh hưởng lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein micelle

- Theo Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, khi tiến hành xử lí mẫu sữa gầy

ở áp suất 250 MPa tại các nhiệt độ 20 và 40o

C làm tăng kích thước trung bình của các

casein micelle lên lần lượt là 25% và 150% so với mẫu ban đầu Trong khi đó, nếu tiến hành xử lí cũng với áp suất này ở nhiệt độ 5oC sẽ làm giảm kích thước trung bình của các casein micell Tại giá trị áp suất 400 hay 600 MPa, trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, kích thước trung bình của các casein micelle đều giảm xuống 50% so với mẫu ban đầu

Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với casein

Hình 6: Ảnh hưởng của whey protein lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với

casein micelle

b/ Ảnh hưởng lên whey protein:

- Dưới tác dụng của áp suất, các thành phần whey protein có thể bị hiến tính, tùy vào cấu

tạo của từng loại whey protein mà mức độ biến tính có thể rất khác nhau

* Ảnh hưởng của áp suất cao lên thành phần alpha-lactalbumin và lactoglobulin:

beta Tất cả các nghiên cứu đều thống nhất rằng,dưới tác dụng của áp suất, betabeta lactoglobulin kém bền hơn một cách đáng kể so với alpha-lactalbumin Áp suất cao làm beta-lactoglobulin dễ dàng bị biến tính theo các dạng khác nhau, trong đó, có những kiểu biến tính tương tự như sự biến tính gây ra bởi nhiệt độ Beta-lactoglobulin biến tính ngay ở áp suất trên 100 MPa và mức độ biến tính tăng cùng với sự gia tăng của áp suất xử lí (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, López-Fandino và Olano, 1998b; Arias và cộng sự, 2000; Scollard và cộng sự; 2000) Khi áp suất xử lí là 600 MPa, các phân tử beta-lactoglobulin bị biến tính hoàn toàn Trong khi đó, ở áp suất lớn hơn 400 MPa thì alpha-lactalbumin mới bắt đầu biến tính và mức độ biến tính chỉ đạt khoảng 72% sau 30 phút ở 800 MPa (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly) Hơn nữa, sự biến tính

xảy ra đối với các phân tử beta-lactoglobulin còn làm các phân tử này mất khả năng hòa

tan trong sữa và bị lắng xuống (kết tủa, sedimentable denatured beta-lactoglobulin) Ở áp

suất 400-800 MPa, có tới 80% beta-lactoglobulin biến tính có khả năng lắng xuống được

(Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly)

Bảng 1: Ảnh hưởng các yếu tố nhiệt độ, pH lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối

với alpha-lactalbumin và beta-lactoglobulin:

* Ảnh hưởng của thời gian xử lí lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với

alpha-lactalbumin và beta-lactoglobulin:

- Ở áp suất 250-400 MPa, các phân tử alpha-lactalbumin vẫn không bị biến tính khi tăng

thời gian xử lí, trong khi mức độ biến tính của beta-lactoglobulin tăng theo thời gian xử lí

( đạt khoảng 20% sau 60 phút ở 250 MPa và 94% sau 30 phút ở 400 MPa, Thom

Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly) Cùng với sự gia tăng mức độ biến tính của

beta-lactoglobulin, mức độ beta-lactoglobulin biến tính có khả năng lắng cũng tăng theo

thời gian khi xử lí ở khoảng giá trị áp suất này, lên tới 68% sau 60 phút ở 250 MPa và

64-72% sau 8 phút ở 400 MPa (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly)

Bảng 2: Ảnh hưởng của thời gian xử lí lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với

alpha-so với ở pH 6.7 trong khi tại giá trị pH 7.0 lại cho những kết qủa ngược lại (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly) Nhìn chung, trong khoảng pH từ 6-7, mức độ biến tính của cả alpha-lactalbumin và beta-lactoglobulin tăng theo giá trị pH

* Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với lactalbumin và beta-lactoglobulin:

alpha Tại các giá trị áp suất thấp (dưới 400 MPa), alphaalpha lactalbumin không bị biến tính khi xử

lí với các giá trị nhiệt độ khác nhau Tại giá trị áp suất cao hơn, 600 MPa, mức độ biến tính tăng khi tăng nhiệt độ (mức độ biến tính lần lượt là 22, 62 và 78% ở các nhiệt độ 5,

20 và 40oC, Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly)

- Trong khoảng nhiệt độ thấp (từ 5-20oC), ảnh hưởng của nhiệt độ lên mức độ biến tính của beta-lactoglobulin là rõ rệt (mức độ biến tính tăng khi tăng nhiệt độ) Nhưng khi nhiệt

độ tiếp tục tăng thì mức độ biến tính beta-lactoglobulin không tăng thêm nữa Đồng thời, mức độ beta-lactoglobulin biến tính có khả năng lắng xuống cũng chỉ tăng khi nhiệt độ

tăng trong khoảng 5-20oC, nếu nhiệt độ tăng ngoài khoảng này thì mức độ lactoglobulin biến tính lắng xuống tăng không đáng kể (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly)

beta-* Ảnh hưởng của casein micelle lên hiệu qủa tác động của áp suất cao đối với lactalbumin và beta-lactoglobulin:

alpha Để nghiên cứu liệu whey protein có khả năng lắng có thể kết hợp lại với nhau trong qúa trình xử lí áp suất cao hay không, người ta xác định mức độ protein hòa tan trong huyết thanh sữa chứa casein micelle tự do (CMF milk serum) đã qua xử lí bằng áp suất cao Quá trình xử lí trong 30 phút, ở 250-600 MPa, 20oC không ghi nhận được ảnh hưởng đáng kể nào trên các protein tan trong huyết thanh sữa chứa casein micelle tự do (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly) Tuy nhiên, sự giảm sút đáng kể của protein hòa tan trong sữa ở phân đoạn protein không đông tụ tại pH 4.6 là đáng kể khi tăng áp suất chứng tỏ có sự biến tính của whey protein

* Ảnh hưởng của áp suất cao lên thành phần serum albumin và immunoglobulin:

- Nhìn chung, cả serum albumin và immunoglobulin đều là những protein bền dưới tác dụng của áp suất Cấu hình không gian của serum albumin vẫn không bị thay đổi khi áp suất là 400 MPa (López-Fandino và cộng sự, 1996) trong khi immunoglobulin có thể chịu được áp suất lên đến 300 MPa (Felipe và cộng sự, 1997)

* Cơ chế 1: sự kết hợp giữa beta-lactoglobulin biến tính dưới tác dụng của áp suất cao

và casein micell:

- Trong điều kiện bình thường, sự kết hợp giữa beta-lactoglobulin và casein micelle không xảy ra Sự kết hợp của beta-lactoglobulin với các phân tử casein micelle có thể được giải thích như sau: tác dụng của áp suất cao làm thay đổi cấu hình không gian của các phân tử beta-lactoglobulin, mà quan trọng trong việc hình thành liên kết với casein micelle là việc các nhóm sulphydryl tự do trong phân tử beta-lactoglobulin bị lộ ra ngoài Các nhóm này có khả năng tương tác với các phân tử alpha-lactalbumin, beta-

lactoglobulin hay có thể cả với

- Tuy nhiên, sự gia tăng các beta-lactoglobulin biến tính lắng được ở áp suất 400 MPa lại không gây được ảnh hưởng đáng kể lên kích thước của casein micelle (hình 3) Điều này

sẽ được tiếp tục giải thích trong những phần tiếp theo

* Cơ chế 2: Sự kết hợp giữa các phân tử casein micelle lại với nhau dưới tác dụng của

áp suất cao:

- Kromkamp và cộng sự cho rằng tác dụng của áp suất làm tăng lên những chuyển động nhẹ nhàng trong sữa tươi Hiện tượng này xảy ra có tác dụng đảo trộn mẫu sữa một phần hay hoàn toàn khi tiến hành giảm áp suất sau khi đã xử lí ở 150-250 MPa hoặc 250-300 MPa Mặt khác, họ cũng chỉ ra sự phá hủy các casein micelle dưới áp suất, kèm theo đó

là qúa trình tái tổ hợp các casein micelle lại khi áp suất giảm xuống Needs và cộng sự (2000a) cho rằng sự tái tổ hợp xảy ra là do các liên kết kị nước tăng lên cùng với sự tăng lên của nhiệt độ Lí thuyết này phù hợp với những báo cáo về việc giảm bề mặt kị nước sau khi xử lí sữa ở 250 MPa khi tăng nhiệt độ xử lí từ 4oC lên 40oC (Gaucheron và cộng

sự, 1997) Ở nhiệt độ cao (40oC), các liên kết kị nước giữa các tiểu micelle tái hình thành nhiều hơn kéo theo sự hình thành trở lại các tập hợp casein lớn dẫn tới làm tăng kích thước micelle (hình 5) Ở nhiệt độ thấp (5oC), các liên kết kị nước tái hình thành không nhiều (Johnston và cộng sự, 1992; Needs và cộng sự, 2000a) nên sự hình thành trở lại của các tiểu micelle bị ngăn cản (hình 5) Ở 20oC có thể hình thành một số tập hợp casein micell, do đó có thể làm tăng kích thước các casein micelle khi xử lí với áp suất 250 Mpa, nhiệt độ 20oC (hình 2-6)

- Trong thời gian bảo quản sữa sau khi xử lí ở áp suất 250 MPa, việc gia tăng kích thước trung bình của các casein micelle là một qúa trình thuận nghịch (hình 2) Có thể giải thích