ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN PRÔTEIN SỮA TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN,CHẾ BIẾN

Trong sữa protein là thành phần chính có vai trò quyết định đối với tính chất và giá trịnh dinh dưỡng của sản phẩm sau chế biến vì thế ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa

ĐỀ TÀI ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN PRÔTEIN SỮA TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN,

CHẾ BIẾN

GVHD: ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG

NHÓM: 7

Thành viên:

Mai Thanh Thanh 13116124

Khương Thị Thanh Thảo 13116127

Nguyễn Thị Quỳnh Trâm 13116154

Lương Thị Thùy Trâm 13116180

Hình 2: Cấu trúc α-lactalbumin………11

định hướng nhiều hướng phát triển mới Để thực hiện được điều đó việc áp dụng và điều chỉnh các yếu tố công nghệ phù hợp là một yếu tố vô cùng quan trọng giúp đa dạng hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm Trong sữa protein là thành phần chính có vai trò quyết định đối với tính chất và giá trịnh dinh dưỡng của sản phẩm sau chế biến vì thế ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là vấn đề đang được quan tâm hàng đầu Bài viết sau đây sẻ giúp chúng ta tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này.

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 Trong sữa có chứa glucid, protein, lipid, một số

khoáng chất và vitamin Những hợp chất này rất cần thiết cần thiết trong khẩu phần ăn hằng ngày của con người

+ Thành phần hóa học của sữa

Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống

12.0 12.4 13.0 10.5 17.9

1.2- 1.5 3.3 3.1 1.7 4.5

3.5 3.7 4.3 2.0 7.7

6.0 – 7.0 4.7 4.8 6.5 4.8

0.3 0.7 0.8 0.3 0.8

 Các thành phần trong sữa

 Protein (casein và whey protein )

Sữa là một nguồn protein tuyệt vời bởi các protein trong sữa có cấu trúc phân tử lớn, không hòa tan trong nước Có hai loại protein trong sữa casein và whey Các protein casein trong sữa kết hợp với một số khoáng chất trong sữa và hình thành các mixen (chứa khoảng 65% nước, còn lại là các casein và

khoáng gồm canxi, magie, photphat…) Ánh sáng phản xạ từ các mixen làm cho sữa có màu trắng Protein casein sẽ đông lại, tách khỏi nước khi có axit Casein trong sữa “túm tụm” lại với nhau và hoạt động như những bọt biển nhỏ để giữ nước Chúng có thể chứa và giữ tới 70% nước cho mỗi mảnh cợn sữa Axit, muối hay nhiệt độ cao có thể khiến các casein đông này bị mất nước Đạm whey cũng bị đông lại dưới sức nóng, chứ không phải là axit và muối

 Chất béo

Sữa cũng là một nguồn chất béo dồi dào Chất béo nổi trên sữa nước Có nhiều loại chất béo khác nhau trong sữa Các chất béo trong sữa thường có cholesterol thấp Trong bơ, hàm lượng chất béo cao hơn và thường giá của nó cũng cao hơn sản phẩm sữa Ở sữa tươi, những hạt chất béo sẽ gắn kết với nhau, lớn đến mức nổi lên bề mặt sữa, tạo ra 2 lớp khác nhau Để ngăn chặn điều này xảy ra, hầu hết sữa đóng hộp đều phải được xử lý chia nhỏ các phân tử chất béo để tạo sự đồng nhất

 Đường lactose

Sữa cũng chứa một số carbon hydrate dưới dạng đường tự nhiên

Đường trong sữa được gọi là lactose và chỉ tìm thấy trong trong sữa Lactose tạo vị hơi ngọt cho sữa Lactose chỉ có thể được tiêu hóa bởi 1 enzyme đặc biệt

do cơ thể sản xuất

Một số người không thể uống sữa tươi vì họ không thể tiêu hóa lactose trong sữa Cơ thể họ thiếu enzym lactase trong hệ tiêu hóa Không có lactase, lactose không thể phân chia thành glucose và galactose để có thể hấp thụ và đốt cháy thành năng lượng Khi lactose lên men trong hệ tiêu hóa, nó sẽ sinh ra khí và 1

số axit (những người bất dung nạp lactose sẽ không thể chuyển hóa năng lượng

từ lactose) Lactose sẽ bị caramen hóa khi sữa được làm nóng và sẽ biến sữa

thuộc vào các thành phần nằm trong hệ keo: protein, các photphatit, poly sacarit Nước liên kết thường được gắn với các nhóm như –NH2, -COOH, OH, =NH, -CO-NH Hàm lượng nước liên kết trong các sản phẩm sữa rất khác nhau Ví dụ: trong sữa gầy có 2,13 -2,59% nước liên kết, sữa đầu có 4,15% nước liên kết, nước tách ra trong quá trình sản xuất bơ chỉ có 1,75% nước liên kết Nước liên kết đóng băng ở nhiệt độ < 0 ֩C, không hòa tan muối, đường

 Vitamin

Sữa là thức ăn có chứa rất nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể, nhưng hàm lượng các vitamin không cao lắm Số lượng và hàm lượng các loại vitamin trong sữa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thức ăn, điều kiện chăn nuôi, giống loài và tuổi của các loại gia súc Trong sữa bò có rất nhiều loại vitamin tan trong chất béo (vitamin A, D, E, K…), nhóm vitamin tan trong nước (vitamin B1, B2, B12, C, PP…)

 Khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong sữa khoảng 0.6-0.8% tùy từng loại sữa Hàm lượng khoáng trong sữa bò khoảng 0.7% Chất khoáng trong sữa có rất nhiều loại như: kali, canxi, natri, magiê, sắt, mangan, iốt, nhôm, crom, Trong đó, kali

và canxi nhiều nhất Các loại muối khoáng ở trong sữa có nhiều loại, phổ biến là muối photphat, clorua, citrat, caseinat

 Enzyme

Các enzyme là các protein có khả năng kích hoạt các phản ứng hóa học và ảnh hưởng đến giai đoạn và tốc độ của phản ứng Enzyme xúc tác phản ứng mà không bị biến đổi về lượng nên được gọi là xúc tác sinh học Hai yếu tố ảnh hưởng mạnh đến tính chất của enzyme là nhiệt độ và pH Nhiệt độ thích hợp của

enzyme là 25-500C, nhiệt độ thấp làm ngừng hoạt động của enzyme, nhiệt độ cao làm phân hủy enzyme Trong sữa có nhiều loại enyme khác nhau, chúng ảnh hưởng tới chất lượng của sữa và các sản phẩm chế biến từ sữa.

 Các chất khí

Trong sữa tươi thường có chứa một số chất khí như khí nitơ, khí cacbonic, khí oxi… Hàm lượng các chất khí trong sữa không nhiều: trong một lít sữa có khoảng 50-90 ml các chất khí Các chất khí thường tạo thành các bọt khí ở trong sữa, chính những bọt khí này là nơi thích hợp cho các loại vi sinh vật “ẩn nấp” và phát triển Vì vậy sữa càng có nhiều chất khí càng không có lợi Trong quá trình khử trùng, hàm lượng các chất khí ở trong sữa giảm

1.2 Thành phần protein trong sữa

Protein có thể được phân loại theo nhiều cách dựa vào tính chất hóa học hay vật lý, và chức năng sinh học của chúng Thông thường, người ta phân loại protein sữa thành casein và whey protein Whey protein là thuật ngữ thường được dùng như là một từ đồng nghĩa với protein huyết thanh của sữa, nhưng nên dùng nó để chỉ protein trong whey từ quá trình sản xuất pho mát Ngoài protein huyết thanh của sữa, whey protein còn chứa những đoạn của phân tử casein bị tách rời trong quá trình đông tụ men dich vị của sữa Một số protein huyết thanh sữa tồn tại với nồng độ thấp hơn trong sữa gốc Điều này là do biến tính nhiệt trong quá trình thanh trùng sữa trước khi làm phomat

Người ta phân biệt ba nhóm protein chính của sữa dựa trên những biểu hiện và hình thức tồn tại rất khác nhau Casein rất dễ kết tủa khỏi sữa chủ yếu do men dịch vị hay ở độ pH thấp, trong khi protein huyết thanh luôn hòa tan trong dung dịch Những protein huyết thanh thể cầu biến tính khi tăng nhiệt vừa phải, trong khi casein lại khá bền nhiệt Đúng như tên gọi, các protein màng của giọt chất béo kết dính với bề mặt của giọt chất béo và chỉ bị giải phóng bằng tác động cơ học

Bảng 2: Tỷ lệ của casein và protein hòa tan (%)

1.2.1 Casein

Casein là tên của một nhóm protein chủ yếu trong sữa Casein có mặt trong tất cả các sữa động vật, bao gồm cả sữa người Trong sữa bò casein chiếm gần 80% tổng số protein hay khoảng 26g cho 1 lít sữa Casein là một photphoprotein, trong thành phần của nó có gốc acid photphoric Casein có nhiều nhóm chức tự

do như: amin, -COOH, = NH, -OH, -HS….Nhờ các nhóm này mà casein có khả năng tham gia các phản ứng hóa học Trong sữa casein tồn tại dưới dạng

caseinat và nó kết hợp với canxiphotphat tạo thành phức hợp

caxiphotphatcaseinat (micelle)

Casein được chia làm bốn nhóm phụ γ casein, β casein, κ casein, α casein

Cả bốn nhóm này đều rất không đồng nhất và có chứa từ 2 – 8 các biến thể gen khác nhau Những biến thể này khác nhau chỉ bởi một số ít axit amin Điểm chung giữa casein α- và β là các axit amin được este hóa thành axit phosphoric Axit phosphoric này liên kết với canxi (có chứa nhiều trong sữa) để hình thành các liên kết nội phân tử và ngoại phân tử Điều này khiến casein dễ dàng tạo chuỗi polymer có chứa một vài loại casein giống hay khác nhau Do có nhiều nhóm phosphate và những nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polyme được hình thành từ casein rất đặc biệt và bền Những phân tử này được cấu tạo từ hàng trăm và hàng nghìn những phân tử đơn lẻ và hình thành nên dung dịch keo, tạo nên màu trắng của sữa Những phức chất này được gọi là các micelle casein Hình 1 cho thấy các micelle casein bao gồm một phức hợp các dưới-micelle, có đường kính từ 10 đến 15 nm (1 nm = 10–9 m) Một micelle với kích thước trung bình có tới 400 đến 500 dưới-micelle và có thể có kích thước lớn tới 0.4 µm

Hình 1: Cấu tạo của một micenlle casein

Bảng 3: Tỷ lệ các loại casein trong protein sữa

1.2.2 Whey protein

Whey protein là tên gọi thông dụng để chỉ các protein huyết thanh của sữa, tuy nhiên theo chuyên ngành nó chỉ bao gồm các protein trong whey thu được qua quá trình sản xuất phomát Nếu casein được tách ra khỏi sữa gầy bằng cách bổ sung axit khoáng thì một nhóm protein vẫn còn lại trong dung dịch sữa

và được gọi là protein huyết thanh sữa Chúng tương tự như các whey protein thực thụ, vì thế mới có tên gọi chung như vậy

Whey protein chiếm gần 20% protein trong sữa Chúng rất dễ hòa tan và có thể được xếp vào chia thành các nhóm sau:

Bảng 4: Tỷ lệ các loại protein hòa tan trong sữa

 α-lactalbumin

Hình 2: cấu trúc α-lactalbuminProtein 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).

 β-lactoglobulin

Hình 3: cấu trúc β-lactoglobulinProtein 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, quá trình biến tính sẽ bắt đầu khiến cho khả năng phản ứng của các amino axit chứa lưu huỳnh trong β-lactoglobulin đóng vai trò quan trọng Ở nhiệt độ cao, các hợp chất chứa lưu huỳnh được giải phóng dần dần Những hợp chất này đóng góp một phần vào việc tạo hương vị “nấu” của sữa qua xử lý nhiệt

 Immunoglobulins

Hình 4: cấu trúc ImmunoglobulinsImmunoglobulins được tìm thấy trong máu hoặc dịch cơ thể khác của động vật có xương sống và được sử dụng bởi hệ thống miễn dịch để xác định và trung hòa các đối tượng ngoài như vi khuẩn, virut Immunoglobulin giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ động vật sơ sinh (kể cả con người) chống lại vi khuẩn và bệnh tật.

 Lactoferrin

Hình 5: cấu trúc lactoferrinLactoferrin 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

liên quan đến sự dãn ra của các polypeptide của globulin, sự biến tính bắt đầu khi có sự tương tác giữa các amino acid chứa S và ß-lactoglobulin Cầu sulphur hình thành giữa các phân tử ß-lactoglobulin, giữa 1 phân tử ß-lactoglobulin và một phân tử k- casein và giữa một phân tử ß-lactoglobulin và α-lactalbumin

Hình 6: sự hình thành cầu sulphur gây biến tính whey proteinKhi nhiệt độ trên 100°C thì phần lớn các protein của lactoserum có thể ở trạng thái liên kết với các mixen casein Bề mặt của các mixen này bị biến đổi làm cho chúng bền với proteaza (đặc biệt là với chimozin) Phức hợp ß- lactoglobulin casein k được tạo thành có tác dụng làm bền các protein của sữa đối với sự thanh trùng ở 120-140°c sau này cũng như đối với tác dụng đông tụ của enzyme (Khi sữa bị gia nhiệt một số whey protein bị biến tính và tạo thành phức hợp với k-casein, tạo tủa khi kết hợp với canxi giữa các phân tử casein Cục đông sản xuất từ sữa gia nhiệt sẻ không giải phóng whey giống như sữa chưa gia nhiệt)

Hình 7: sự biến tính giữa k- casein và ß-lactoglobulin

Ở nhiệt độ từ 110-120◦C, độ bền của protein sữa phụ thuộc rất mạnh vào pH Từ

đó người ta phân biệt ra kiểu sữa:

- 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 bị giảm (do tạo ra các acid hữu cơ từ lactoza

và từ phản ứng thủy phân phosphate hữu cơ của casein), nên làm cho sữa nhạy cảm hơn với đông tụ nhiệt

- Khi gia nhiệt nghiêm ngặt sẽ làm biến đổi các casein Vì nghèo cấu trúc bậc

2 và bậc 3 nên các casein không bị biến tính một cách thực thụ mà vẫn ở dạng hòa tan khi ở nhiệt độ cao Tuy nhiên, bắt đầu từ nhiệt độ 110°c sẽ xảy ra các phản ứng thủy phân để giải phóng ra phospho và nitơ phi protein Phospho bị giải phóng tức là khả năng cố định canxi bị giảm

- Mặc dù hàm lượng nước cao, việc thanh trùng cũng kéo theo phản ứng maillard làm cho một phần các gốc lizin bị mất hoạt động do đó sẽ ức chế một giai đoạn phụ của quá trình đông tụ bang chimozin (nhóm 8- NH2 của lizin tham gia )

- Nồng độ chất khô của sữa cũng có ảnh hưởng đến độ bền nhiệt, khi nồng

độ tăng sẽ làm giám đáng kể độ bền nhiệt của sữa và cũng làm tăng nguy

cơ tạo gel trong quá trình bảo quản

Albumin và glubulin kém bền đổi với nhiệt hơn Ngay ở 60°C albumin đã bắt

các mixen và proteolizo hạn chế.

Nhiệt độ thấp sẻ làm thay đổi cân bằng muối ( P và Ca) giữa các mixen và pha hòa tan: hàm lượng Ca, P và casein của serum đều tăng lên, pH cũng tăng lên một chút Kết quả có thể tăng thời gian đông tụ, làm thay đổi độ cứng và làm giảm hiệu suất của phomat Có thể hồi phục lại tính chất ban đầu của sữa bằng cách thêm một ít CaCl2, điều chỉnh về pH ban đầu hoặc xử lý nhiệt (60◦C trong

30 phút) để tái hấp thụ ß-casein vào trong mixen

Lạnh cũng làm tăng sự thoái hóa của ß-casein thành ᵞ-casein Tùy theo nhiệt độ, thời gian bảo quản lạnh người ta nhận thấy hàm lượng ᵞ-casein của sữa thay đổi rất lớn (2-10%) Quả vậy ß-casein khi di chuyển vào pha hòa tan thường dễ bị thủy phân bởi các proteza sẵn có của sữa cũng như bởi các proteza của vi khuẩn ưa lạnh Các casein aS1 và k-casein cũng có thể bị thủy phân bởi các proteza sẵn có của sữa để tạo ra casein εvàλ

Các quá trình proteolizo hạn chế này thường làm biến đổi thành phần của mixen và do đó làm thay đổi tính chất vật lý và công nghệ của casein

1.3.2 Áp suất [3]

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 20°C trong thời gian 30 phút không gây được những ảnh hưởng đáng kể nào lên kích thước trung bình của các casein micelle 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 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

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 lactalbumin mới bắt đầu biến tính và mức độ biến tính chỉ đạt khoảng 72% sau

alpha-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)