hệ enzyme sử dụng trong công nghiệp sữa

Enzyme công nghiệp sữa LỜI NÓI ĐẦU Sữa thực phẩm có giá trò dinh dưỡng cao nhất.Trong sữa có đầy đủ chất dinh dưỡng cần thiết dễ thể hấp thu Ngòai thành phần protein, lactose , lipit , muối khóang có tất lọai vitamin chủ yếu , enzyme , nguyên tố vi lượng không thay Protein sữa đặc biệt , chứa nhiều hài hòa acid amin cần thiết Cơ thể người sử dụng protein sữa để tạo thành hemoglobin dễ dàng protein thành phẩm khác Sữa thích hợp cho tất người từ trẻ em người già.Từ sữa , người ta sản xuất nhiều lọai thực phẩm khác : sữa trùng , sữa tiệt trùng , sữa cô đặc , sữa bột , sữa lên men yaourt , kefir , phômai , bơ , kem … Trong phômai sản phẩm đạt gía trò dinh dưỡng cao nước NaUy, Hà Lan …sản xuất sử dụng từ lâu Ở đề tài chúng em xin giới thiệu sữa : thành phần sữa , cách bảo quản sữa trước chế biến , cách để xác đònh chất lượng sữa, sản phẩm từ sữa Enzyme công nghiệp sữa MỤC LỤC A-TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN CỦA SỮA I-TÍNH CHẤT VẬT LÝ II-THÀNH PHẦN CỦA SỮA II.1-Thành phần dinh dưỡng II.2-Enzyme a- Enzyme oxy hóa sinh học b-Enzyme thủy phân II.3-Vi sinh vật sữa vai trò .9 a- Nấm mốc b- Nấm men c- Vi kuẩn B- TÁC ĐỘNG CỦA ENZYME LÊN CÁC THÀNH PHẦN CỦA SỮA & CÁC CÁCH BẢO QUẢN SỮA I- TÁC ĐỘNG CỦA ENZYME LÊN CÁC THÀNH PHẦN CỦA SỮA I.1-Thủy phân chất béo 11 I.2- Thủy phân protein 12 I.3- Các biến đổi hóa học hóa sinh khác liên quan đến trao đổi chất hệ vi sinh vật 13 II-CÁC CÁCH BẢO QUẢN II.1- Bảo quản sữa nhiệt độ thấp .13 II.2- Bảo quản sữa nhiệt dộ cao 14 II.2.1- Thanh trùng sữa 15 II.2.2- Tiệt trùng sữa .17 II.3-Bảo quản sữa phương pháp hóa học 18 C-KIỂM TRA CHẤT LƯNG SỮA D-ENZYME ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT PHOMAT I-Giới thiệu chung .22 II-Phân lọai sản phẩm phomat 23 III-nguyên liệu 24 IV-Quy trình sản xuất phomat 26 V-Sự thay đổi thành phần sữa sản xuất phomat 33 VI-Sản phẩm lại sau tách khối đông tụ 38 VII-Các enzyne sử dụng đông tụ sữa .40 Enzyme công nghiệp sữa A - TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN CỦA SỮA: [2] I-TÍNH CHẤT VẬT LÝ : Sữa chất lỏng máu trắng đục, có độ nhớt lớn hai lần so với nước, có vò đường nhẹ có mùi rõ nét Sữa thường có tính chất sau : - Mật độ quang 15 oC 1,030 – 1,034 - Tỷ nhiệt 0,93 - Điểm đông -0,55 oC - pH 6,5 – 6,6 o - Độ axit( D) 16 -18 o - Chỉ số khúc xạ 20 C 1,35 II- THÀNH PHẦN CỦA SỮA : II - DINH DƯỢNG: Sữa hỗn hợp với thành phần bao gồm : nước(khỏang 90%), protein, chất béo,đường lactose,các vitamin (A, D, E, B1, B2, B6, B12), hormon, chất khóang…Tuy nhiên hàm lượng chất sữa dao động khỏang rộng phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủng động vật, tình trạng sinh lý vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần thức ăn gia súc,chế độ cho ăn, thời tiết …) a) Nước: Trong sữa có dạng : nước tự nước liên kết Nước tự chiếm 96 – 97 % tổng lượng nước Có thể tách trình cô đặc sấy Trong trình bảo quản sản phẩm sữa, nước tự bốc bò ngưng tụ bề mặt sản phẩm Nước liên kết chiếm khỏang 3-4% Hàm lượng nước phụ thuộc vào thành phần hệ keo : protein, phosphatit, polysaccharid, … Nước liên kết thường gắn với nhóm : -NH2, -COOH, -OH, =NH, -CO – NH, …Tùy lọai sữa mà hàm lượng nước liên kết có sản phẩm khác Enzyme công nghiệp sữa b) Đường lactose: Đường lactose sữa có hàm lượng trung bình 50g/l,là disaccharride phân tử glucose phân tử galactose liên kết với tạo thành Tồn hai dạng α- β- lactose: -Dạng α-lactose monohydrate C12H22O11 H2O (phân tử α-lactose ngâm phân tử nước) -Dạngβ- lactose anhydrous C12H22O11 (phân tử β- lactose khan) Khi bò thủy phân lactose cho phân tử đường glucose phân tử đường galactosetheo phương trình tổng quát: C12H22O11 + H2O C6H12O + C6H12O Đường lactose sữa nhạy cảm nhiệt Giữa 110-130 oC xảy dạng mật nướccủa tinh thể đường Trên 150 oC ta nhân màu vàng 170 oC có máu nâu đậm hình thành trình carame hóa Đường lactose len men tác dụng vi sinh vật tạo sản phẩm khác có lợi có hại c) Protein: Protein sữa bao gồm nhiều lọai : α-lactalbulin, βlactoglobulin, proteose-peptone, Serum-albuminm, Imunoglobulin Trong thành phần chiếm tỉ lệ cao nhất, thành tố quan trọng protit có sữa casein Casein sữa chúng tồn dạng mixen(pH 4,6) Mỗi mixen chứa khỏang 65% nước, phần lại lọai casein khóang(Ca,Mg,P Citrate) Các mixen không đồng với nên phân chia thành thành phần khác biệt α-,β-,γ- va øκ casein: α- casein: 60% casein tòan phần β- casein: 30% casein tòan phần γ- casein: 4-8% casein tòan phần κ- casein: 2-6% casein tòan phần αs1- casein:do phân bố điện tích phần ưa béo không đồng phân tử protein nên đầu mạch αs1- casein tích điện có tính ưa nước, đầu mạch có tính kỵ nước Phân tử αs1- casein có cấu trúc xếp vòng cung β αs2- casein:có tính ưa nước cao lọai casein phân tử chứa nhiều nhóm phosphoryl gốc cation Enzyme công nghiệp sữa β- casein:có tính ưa béo cao Phân tử β- casein gồm 10% cấu trúc xoắn α, 13% cấu trúc xếp β 77% cấu trúc không trật tự κ- casein:chỉ chứa gốc phosphoryl Tương tự β- casein, κcasein có tính lưỡng cực Đầu amino phân tử protein ưa béo đầu carboxyl, nơi liên kết với nhóm glucid (gồm galactose,Nacetylglucosamin N- acetylneuraminic) lại ưa nước, κ- casein gồm 23% vùng xoắn α, 31% vùng xếp β 24% vùng vòng cung β γ- casein: γ1, γ2 γ3- casein sản phấm trình thủy phân β- casein bới plasmine từ máu động vật - d) Chất béo: Đặc điểm chất béo có sữa Chất béo sữa có lọai : Chất béo đơn giản(glyxerit sterit) có hàm lượng 35-45g/l gồm acid béo no không no: acid oleic(C18 không no),acid palmitic(C16 không no), acid stearic (C18 không no) Có công thức tổng quát: - Chất béo phức tạp sữa thường có chứa P, N, S phân tử Tên gọi chung phosphoaninolipid, đại diện lexitin xephalin Gồm nhóm chính: +Nhóm 1:hợp chất với glyxerol Có acid phosphoric phân tử Enzyme công nghiệp sữa Enzyme công nghiệp sữa + Nhóm 2: hợp chất với glyxerol Đặc tính hoá lýù chất keo: Mật độ quang 15oC Điểm nóng cháy Điểm hóa rắn Chỉ số iot Chỉ số xà phòng hóa Chỉ số acid bay không hòa tan Chỉ số acid bay hòa tan Chỉ số khúc xạ 0,91-0,95 31-36 oC 25-30 oC 25-45 218-235 1,5-3 26-30 1,453-1,462 Cấu trúc chất béo có sữa Chất béo có sữa tồn dạng huyền phù hạt hình cầu (tiểu cấu) hình ôvan với đường kính từ 2-10 µm tùy thuộc vào giống bò sản sinh sữa Cấu trúc tiểu cầu gồm phần:phần hòa tan phần hòa tan Các tiểu cầu vây quanh màng protit, bề mặt bên màng có lớp phụ có chất phospholipid có thành phần chủ yếu lexitin xephalin Ngòai màng tiểu cầu chứa nhiều chất khácvới hàm lượng nhỏ, chủ yếu :Fe, Cu, enzyme phosphatase mang tính kiềm tập trung phần protit enzyme ructase có phần không hòa tan e) Các vitamin : Là chất hữu có dạng vết sữa cần cho phát triển, tồn họat động quan Được chia làm lọai:  Vitamin hòa tan nước gồm:B1, B2, B3, B5, B6, B12, C, biotin(vitamin H),và acid folic …  Vitamin hòa tan chất béo gồm:A,D,E Enzyme công nghiệp sữa f) Các muối khóang: Thường bao gồm :muối clorua (2,01g/l), phosphat (3,32 g/l), xitrat(3,21g/l), natri bicarbonat(0,25g/l), natri sunfat (0,18g/l), muối canxi protein(0,16g/l) Các kim lọai nặng có sữa :Fe(1-1,5mg), Cu(0,2-0,5mg), Zn(2-3mg), Mn(0,05mg)… II - ENZYME: Trải qua nhiều nghiên cứu, đến phát sữa có 60 lọai enzyme khác Chúng tuyến vú tiết vi sinh vât sữa tổng hợp nên Trong có số enzyme quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sữa trình bảo quản sữa : a - Các enzyme oxi hóa sinh học: Lactoseperoxydase:Enzyme có sữa động vật, tuyến vú tiết Tuy nhiên vi khuẩn leucoCyt tổng hợp Là enzyme phânnhủy nước oxy già tạo thành oxy họat động liên kết với chất chứa oxy Đây metallo enzyme, có chứa Fe phân tử Phân tử lượng enzyme82 000 Da Enzyme có pH tối thích 6,8 Theo luquet (1985),hàm lượng trung bình sữa 30 mg/l Trong sữa non hàm lượng thường cao đun nóng sữa đến 80 oC vài giây, lactoperoxydase bò vô họat Reductase:được sinh từ vi sinh vật Trong thực tế diện enzyme dấn đến màu nhanh chóng hợp chất xanh metylen cho vào ban đầu sữa tươi (do hình thành hợp chất Leuco-derive không màu) Ở nhiệt đô 70 oC phút 80 oC 10 phút enzyme bò phà hủy hòan tòan Ý nghóa thực tế enzyme đáng kể : làm màu xanh metylen thể mối liên quan tốc độ làm màu xanh metylen cho vào sữa với lượngvi sinh vật có sản phẩm Catalase:được tiết từ nhiều lọai VSV Sữa tươi từ vật khỏe mạnh chứa lượng catalase thấp, sữa bò nhiễm VSV thường có họat tính catalase cao Là enzyme phân hủy nước oxy già, giải phóng O dạng tự dạng phân tử không họat động Phân tử lượng 240 000 Da, pH tối thích 6,8-7,0 Enzyme bền nhiệt nên cần phải đun nóng sữa đến 70 oC 30 phút để phá hủy b - Các enzyme thủy phân: Lipase:Trong sữa, số lipase hấp phụ lên màng bao xung quanh hạt cầu béo, số khác tìm thấy plasma, chúng liên kết với Enzyme công nghiệp sữa mixen casein Là enzyme xúc tác thủy phân liên kết este triglyxerid giải phóng acid béo tự Enzyme lipase quan trọng sữa mLPL (milk Lipo Prtein Lipase),là glycoprotein gồm tiểu phần Phân tử lượng tiểu phần 50 000Da Có pH tối ưu 8,9 Hàm lượng mLPL sữa khỏang 1-2mg/l, xúc tác thủy phân liên kết este chất triglycerid dạng nhũ tương bề mặt tiếp xúc pha chất béo nước Các enzyme lipase khác xúc tác thủy phân ests hòa tan không nhũ hóa Lipase không bền nhiệt,với nhiệt độ xấp xỉ 70oC vài giâu làm họat tímh Tronh điều kiện môi trường acid caokìm hãm họat động lipase kìm hãm xảy môi trường có mặt vài lọai kim lọai nặng(Cu,Fe, ) nh sáng mặt trời phá hủy nhanh chóng chúng Phosphatase: Các phosphatase tìm thấy sữa chủ yếu thuộc nhóm phosphomonoesterase Là enzyme xúc tác phản ứng thủy phân liên kết este acid phosphoric glyxerin Có dạng: oPhosphatase kiềm có pH tối thích 9,6 Enzyme họat hóa Mg2+, Mn2+ bò vô hoạt hóa Zn2+, Be2+,I2 Có khoảng 3040% lượng enzyme phân bố hạt cầu béo, phần lại dạng lipo protein Có khả tái họat hóa o Phosphatase acid: có pH tối thích 4,7 enzyme bền nhiệt sữa Để vô họat hoàn toàn, ta cần gia nhiệt sữa đến 96 oC phút Bò vô họat NaF Trong suốt chu kì tiết sữa bò, họat tính phosphatase acid sữa ổ đònh Ngược lại họat tính phosphatase kiềm tăng dần vào khỏang cuối chu kì tiết sữa Protease: Nhiều lọai vi sinh vật tiết enzyme Là enzyme xúc tác phản ứng thủy phân protein tạo sản phẩm pepton acid amin Các protease acid sữa có pH tối thích 4,0, cón protease kiềm họat động mạnh pH=7,5-8,0 Chúng bò kìm chế họat động điều kiện môi trường acid, chúng bò ức chế họat động môi trường nhiệt độ thấp bò phá hủybởi đốt nóng khỏang 80 oC 10 phút Amylase: Là enzyme thủy phân tinh bột thành dextrin Chúng bò phá vỡ hòan tòan chòu tác động đốt nónh khỏang 65 oC 30 phút Lysozyme: Là enzyme xúc tác phản ứng thủy phân liên kết  acid muramic glucosamine mucopolysaccharide màng tế bào vi khuẩn, từ gây phân hủy tế bào Họat động pH tối thích 7,9 Enzyme công nghiệp sữa Hàm lượng lysozyme sữa bò trung bình 130:g/l thấp khỏang 3000 lần sữa người (400mg/l) II.3 - VI SINH VẬT TRONG SỮA VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ: Hệ vi sinh vật tìm thấy sữa bao gồm : nấm mốc, nấm men vi khuẩn a) Nấm mốc : Ø Loài nấm mốc nhận sữa chu yếu lòai Mucor Rhizopus với số lượng lớn Ngoài có loài Penicilium, Aspergillus, Geotrichum, Oide Monilia Chúng phát triển thích hợp môi trường acid sữa tạo acid lactic Phần đông nấm mốc tiết enzyme lipase có khả thủy phân chất béo enzyme protease có vai trò phân hủy chất chứa nitơ Vì chúng gây ảnh hưởng xấu đến trình sản xuất phomat dạng nhão trình bảo quản sữa b) Nấm men: Hầu hết nấm men có dạng hình cầu, elip hình trụ, chúng có kích hước lớn từ 2-9:m ngắn từ 1-5:m Phần đông lòai chuyển đường thành rựơu sinh sản theo kiểu nảy chồi Các lòai nấm men có sữa gồm :Saccharomyces, Mycorderma Torula c) Vi khuẩn: Là tế bào đồng có kích thước nhỏ Vi khuẩn Lactic: Vi khuẩn Lactic có hình cầu hình gậy, đứng riêng lẻ tạo chuỗi, Gram(+) Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 25-47 oC Để tồn môi trường sữa,vi khuẩn lactic tổng hợp lượng ATP từ chất lactose Và trình tổng hợp lượng tao sản phẩm acid lactic, acid acetic, ethanol, khí CO … Vì chúng ứng dụng sản xuất sản phẩm : yaourt, kefir, phô mai số loại bơ Tuy nhiên giống vi khuẩn lactic dùng sản xuất công nghiệp từ canh trường VSV khiết nhân lên qua nhiều cấp từ tế bào vi khuẩn ban đầu qua tuyển chọn Còn vi khuẩn lactic có mặt sữa tươi sau vắt VSV tạp nhiễm,chúng tạo chuyển hóa ngòai ý muốn trình bảo quản sữa trước chế biến như: giảm pH, đông tụ casein … xuấthiện hợp chất ethanol,acid acetic … làm thay đổi thành phần giá trò cảm quan sữa Các vi khuẩn lactic nhiễm vào sữa thuộc nhiều giống khác :StreptoCoCcus, LactoCoCcus, Lactobacillus, LeuconostoC, 10 Enzyme công nghiệp sữa Chuẩn bò sữa nguyên liệu Thanh trùng sữa lên men : sử dụng tổ hợp giống VSV khác nhau, thường gặp nhóm vi khuẩn latic ưa ấm (LeuconostoC latic, LactoCoCcus cremoris), nấm sợi Geotricum candidum nấm men Sau trình lên men, pH sữa đạt 6,10÷6,35 Đông tụ tách sơ huyết sữa sử dụng chế phẩm rennet Đổ khuôn kết thúc việc tách huyết Tách khuôn Ướp muối Cấy nấm sợi: phun bào tử nấm sợi Penicillium camembertti lên bề mặt khối đông qua ướp muối Cũng sử dụng loài Pencillium candidum sản xuất phô mai Camembert Ủ chín: bào tử giống Pencillium phát triển thành khuẩn ty thể bề mặt khối phô mai Thấy xuất đốm xanh lấm khắp bề mặt sản phẩm, tạo nát đặc trưng cho sản phẩm Camembert Bao gói phô mai Hệ VSV phô mai tiếp tục thực trình trao đổi chất suốt thời gian bảo quản sản phẩm Bao bì cho phô mai Camembert phải có độ thấm khí đònh Sản phẩm phô mai Camembert c Quy trình công nghệ sản xuất phô mai Bleu des causse: Các giai đoạn chuẩn bò sữa Cấy giống VSV lên men: nhóm vi khuẩn latic ưa ấm nấm sợi Penicillium roqueforti Quá trình lêm men latic chức nhóm vi khuẩn latic sản xuất phô mai Camembert des Causses tương tự Nấm sợi Penicillium roqueforti có khả sinh tổng hợp enzyme ngoại bào lipase protease Đông tụ tách sơ huyết sữa Đổ khuôn tách kiệt huyết sữa Tách khuôn ướp muối Xăm khối đông, ủ chín bao gói: tạo điều kiện cho Pen roqueforti phát triển bề sâu khối đông, tiến hành xăm khối đông để tạo thoáng khí, cung cấp oxy cho trao đổi chất phát triển nấm sợi 32 Enzyme công nghiệp sữa Sữa tươi Xử lý nhiệ Xử lýt Sữa tươi nhiệt Chuẩn hóa Vi khuẩn lactic Đồng hóa Thanh trùng Cấy giống vi sinh vật Nhân giống Nấm sợi P.roquefor ti Nhân giống Lên men Đông tụ renne t Tách sơ huyết sữa Đổ khuôn tách huyết Tách khuôn Muối Natri Ướp muối Xăm khối đông Ủ chín Bao gói Bao gói Phô mai Bleu des Causses 33 Huyết Enzyme công nghiệp sữa Công nghệ sản xuất phô mai bán cứng, cứng cứng sữa tươi Chuẩn hóa Vi khuẩn lactic Thanh trùng Nhân giống Cấy giống Lên men Đông tụ Rennet,CaCl Tách huyết Huyết Xử lý nghiền khối đông sữa Ướp muối Muối natri Đổ khuôn ép Bao bì Bao gói Ủ chín Phô mai Cheddar 34 Enzyme công nghiệp sữa Các giai đoạn đầu sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phô mai Cheddar (chuẩn hóa, trùng, cấy giống, lên men…) tương tự sản phẩm phô mai khác Đông tụ, tách huyết thanh, xử lý, nghiền khối đông ướp muối Sau bổ sung rennet CaCl2 vào sữa, trình đông tụ kéo dài Tiếp theo giai đoạn tách huyết sữa Kế đến trình xử lý đặc biệt Khối đông tiếp tục acid hóa nhóm vi sinh khuẩn latic khoảng thời gian 2,0÷2,5 Trong giai đoạn xảy tượng kất dính khối đông lại với Quá trình đặc trưng công nghệ sản xuất phô mai Cheddar nên gọi la Cheddaring Công nghệ sản xuất phô mai nấu chảy Phô mai: _ Loai phô mai cứng/ bán cứng _ Loại phô mai mềm bán mềm _ Loại phô maimềm không qua giai đoạn ủ chín Sữa sản phẩm từ sữa cream, casein, bơ, huyết sữa… làm nguyên liệu phụ sản xuất phô mai nấu chảy Phụ gia thực phẩm thông dụng phụ gia sau: o Nhóm sodium polyphosphate (E 450) o Nhóm sodium orthophosphate (E 339) o Sodium citrate (E 331) o Acid citric (E 330) 35 Enzyme công nghiệp sữa Phô mai nguyên liệu sữa sản Xử lý phẩm từ sữa Gia nhiệt khuấy trộn Phụ gia Hơi nước Đổ khuôn Làm nguội Bao bì Cắt bao gói Phô mai nấu chảy Xử lý phô mai nguyên liệu Xử lý nhiệt: trao đổi ion Na+ Ca2+ Dưới tác dụng nhiệt độ cao quấy trộn học, số ion Na + phụ gia sử dụng chỗ ion Ca 2+ liên kết với phân tử casein phô mai làm phá vỡ cấu trúc gel giải phóng phần tử casein tự Vì phô mai nấu chảy sau có cấu trúc gel độ cứng hoàn toàn khác với phô mai nguyên liệu ban đầu Đổ khuôn, làm nguội, cắt bao gói sản phẩm 36 Enzyme công nghiệp sữa V Sự thay đổi thành phần sữa sản xuất: Sự thay đổi lactose: Lactose nguồn cacbon trình lên men sữa Lactose sau lên men chuyển hoá thành: rượu, loại acid hữu cơ, chất khí o Rượu hình thành lại chuyển hoá tiếp thành chất tạo mùi, tạo vò cho phomat o Các loại acid hữu tích lũy chuyển hoá thành chất thơm Kết pH khối sữa giảm, giúp cho khối sữa kết tủa lại, đông tụ lại va trình tạo khối kết tủa casein Còn giai đọan tạo phomat, lactose giảm nhanh, sau 5-10 ngày lên men, khối lên men không đường lactose Đường lactose sản xuất phomat chuyển hoá sau: Sự thay đổi casein: Trong trình lên men khối sữa, casein bò tách khỏi ion canxi Về cấu trúc casein có thay đổi, thay đổi mạnh tạo thành khối casein kết tủa pH đẳng điện Trong giai đoạn lên men phomat, casein bò biến đổi sâu sắc Casein không hòa tan chuyển dần sang hòa tan bò thủy phân enzyme tạo thành pepton, acid amin Trong giai đoạn hình thành: khí NH3 CO2 có nhiều Vi khuẩn lactic tạo acid lactic, tạo pH môi trường acid, dễ dàng đông tụ casein Rennin có tác dụng: đông tụ casein, thủy phân phần casein thành pepton, acid amin Trong khối phomat đông tụ có: paracasein, pepton, acid amin, đạm amin, chất béo, lượng nhỏ photpho Huyết sữa không đông, màu vàng trong, dễ tách khỏi phomat đông 37 Enzyme công nghiệp sữa a Bằng phương pháp sử dụng điểm đẳng điện: Đây phương pháp chỉnh giá trò pH sữa điểm đẳng điện casein: Phương pháp sử dụng công nghệ sản xuất số loại phomat Như ta biết casein sữa tồn dạng micelle Chúng có điểm đẳng điện pI= 4,6 Khi bảo quản sữa tươi 4÷7oC, micelle bò phân ly phần thành tiểu micelle, sau 24h có đến 50% ß – casein tách khỏi cấu trúc micelle sữa Do nhiệt độ thấp mạch ß-casein bò phân ly từ từ hydroxyphosphate calci bò tách khỏi cấu trúc micelle hòa tan vào dung dich sữøa,vì ß - casein có gốc ưa béo tương tác gốc ưa béo thường bò yếu giảm nhiệt độ Khi gia nhiệt sữa trở lại, phân tử ß-casein liên kết cách chậm chạp lại với micelle ban đầu Như vậy, sữa dược bảo quản khoảng thời gian dài nhiệt độ thấp có hàm lượng casein hòa tan tăng cao Quá trình đông tụ casein hòa tan khó khăn triệt để so với casein tồn dạng micelle Nếu ta đưa pH sữa giá trò 4,6 – điểm đẳng điện casein - làm tăng lực hút tónh điện phân tử với Khi đó, casein chuyển sang trạng thái không tan xuất khối đông tụ sữa b Bằng phương pháp sử dụng enzyme: Có hai loại protease acit quan trọng tuyến tiêu hoá người động vật, có nhiều ứng dụng quan tâm pepsin rennin, đặc biệt khả đông tụ sữa Hai enzyme thu nhận từ tuyến dày động vật (heo, be, bò,…) Thông thường, hàm lượng chymosin chiếm đến 80÷90% pepsin khoảng 10÷20% 38 Enzyme công nghiệp sữa  Giai đoạn 1: Rennin xúc tác thủy phân liên kết peptit vò trí đặc hiệu phân tử κ-casein, giai đoạn phụ thuộc vào Ca 2+ Casein sữa tồn dạng micelle, sữa phân tử κ casein giữ vai trò quan trọng việc ổn đònh cấu trúc micelle Đầu amino phân tử κ - casein (đầu ưa béo ) liên kết với phân tử αs β - casein micelle hướng phía tâm micelle, đầu carboxyl (đầu ưa nước ) hướng vùng biên micelle Rennin xúc tác thuỷ phân liên kết peptide vò trí acide amin số 105 (Phenilalanin) acide amin số 106 (Methionin) phân tử κ-casein Kết phân đoạn caseinomacropeptide (106-169) tách khỏi phân tử κ-casein hoà tan vào dung dòch Riêng phân đoạn paracasein K (1105) gắn lại gốc micelle làm cho micelle dễ liên kết lại với chuẩn bò tạo khối đông Trong giai đoạn thứ có phân tử κ-casein bò thuỷ phân enzyme rennin vò trí liên kết đặc biệt nói Các phân tử αs β-casein gần không thay đổi Độ nhớt sữa vào thời điểm đầu phản ứng thuỷ phân κ-casein bò giảm nhẹ sau lại tăng dần khối đông tụ bắt đầu xuất 39 Enzyme công nghiệp sữa • Giai đoạn 2: Đông tụ casein Các micelle sau bò phân đoạn caseinomacropeptide phân tử κ-casein bắt đầu liên kết lại với Đó tượng giảm tích điện bề mặt micelle, từ lực đẩy tónh điện micelle bò giảm Bề mặt micelle trở nên ưa béo chứa phân đoạn paracasein κ chúng thể liên hợp lại với cách dễ dàng Ngoài phần tích điện dương phân đoạn paracasein κ tương tác với phần tích điện âm phân tử αs vàβ-casein Cầu calci phosphate xuất micelle góp phần làm tăng kích thước khối đông tụ Trong trình liên hợp lại với để tạo nên khối đông, micelle kéo theo số phân tử lipide hợp chất khác có sữa lactose, vitamin,…Như cấu trúc gel khối đông, casein thành phần chính, người ta tìm thấy lipide, lactose, nước số chất khác Sự đông tụ sữa xảy có 85%κ-casein micelle bò thuỷ phân enzyme nhiệt độ cao 150C Khi sử dụng rennin để đông tụ, hàm lượng casein thu khối đông lên đến 95% tổng lượng casein ban đầu có sữa Ngược lại sử dụng protease từ nấm sợi để đông tụ, hiệu suất thu hồi casein khối đông tụ đạt 40-45% Bên cạnh đo, trình thuỷ phân protein diễn mạnh mẽ làm tăng đáng kể hàm lượng nitơ huyết sữa 40 Enzyme công nghiệp sữa • Giai đoạn 3: Kết thúc trình đông tụ tách huyết sữa Khi casein đông tụ hoàn toàn, người ta thực giai đoạn tách khối đông tụ khỏi huyết sữa Ở giai đoạn này, nhìn chung xúc tác enzyme rennin không làm thay đổi đáng kể cấu trúc khối đông Hàm lượng nitơ amin sữa døng không thay đổi Nếu dùng protease vi sinh vật làm tác nhân đông tụ sữa, độ cứng khối đông thu bò giảm hàm lượng nitơ amin khối đông tiếp tục tăng c Các yếu tố ảnh hưởng đến trình đông tụ sử dụng enzyme: Nhiệt độ : Khi nhiệt độ nhỏ 150C rennin xúc tác thuỷ phân liên kết peptide phân tử κ-casein để giải phóng caseinomacropeptide, phân tử β - casein từ vùng trung tâm nhô bề mặt micelle làm cho micelle không tập hợp lại với được, trạng thái keo micelle sữa trở nên ổn đònh bền vững Khi tăng nhiệt độ phản ứng thuỷ phân diễn nhanh hơn, đồng thời tần số va chạm micelle giải phóng phân đoạn caseinomacropeptide bề mặt chúng Và làm cho sữa đông tụ nhanh chóng Nhiệt độ tối ưu cho trình đông tụ casein 42,5÷45,00C Còn tác dụng lên sữa nhiệt độ từ 70 0C trở lên, casein có khả hydrat hóa cao đạt cực đại 90÷95 0C việc xử lý sữa nhiệt làm giảm khả đông tụ rennin casein Sữa đun 120 0C 15 phút hoàn toàn khả dông tụ rennin Khi độ acid sữa cao khả đông tụ nhiệt độ thấp pH : Hoạt tính enzyme phụ thuộc vào pH Giá trò pH tối ưu rennin 6,0 Khi giảm pH sữa từ giá trò tự nhiên 6,6÷6,7 6,0 tốc độ đông tụ tăng đáng kể Và pH ảnh hưởng đến cấu trúc micelle sữa,khi giảm pH photphat calci bò tách khỏi cấu trúc micelle làm giảm điện tích micelle, nhờ thời gian đông tụ rút ngắn Hàm lượng rennin sử dụng: Hàm lượng rennin ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân liên kết peptide phân tử κ _casein Tốc độ trình đông tụ sữa phụ thuộc vào va chạm micelle giải phóng phân đọan caseinomacropeptide Vậy hàm lượng rennin ảnh hưởng đến trình đông tụ cấu trúc khối đông Hàm lượng rennin sử dụng nhiều tốc độ phản ứng thuỷ phân κ-casein lớn, số micelle giải phóng phân đoạn caseinomacropeptide bề mặt chúng nhiều chúng va chạm vào với làm cho tốc độ đông tụ nhanh Trong thực tế 41 Enzyme công nghiệp sữa sản xuất, với rennin có hoạt lực 1:10 000÷1:15 000, người ta thường sử dụng 30ml enzyme rennin cho 100kg sữa tươi Ta cần hoà lượng enzyme vào thể tích nước tối thiểu gấp hai lần thể tích enzyme cho vào bồn đông tụ chứa sẵn nguyên liệu sữa tươi, sau khuấy thời gian 2÷3 phút Hay ta phun dung dòch rennin lên bề mặt khối sữa Calci : Ion calci làm giảm điện tích casein chúng tạo liên kết với nhóm tích điện phân tử casein, làm giảm lực đẩy tónh điện micelle với giúp cho trình đông tụ sữa diễn nhanh dễ dàng Trong trình sản xuất, người ta thường sử dụng muối clorua calci (CaCl2) để bổ sung vào sữa trước thực trình đông tụ, hàm lượng dùng khoảng – 20g cho 100kg sữa tươi Việc bổ sung CaCl2 làm giảm pH sữa, có lợi cho trình đông tụ Nếu bổ sung hàm lïng cao, khối đông tụ trở nên cưng gây khó khăn việc chế biến CO2 : Việc bổ sung CO2 vào sữa làm giảm pH tự nhiên sữa xuống 0,1÷ 0,3 đơn vò Khi thời gian đông tụ rút ngắn, đồng thời tiết kiệm lượng nhỏ enzyme đông tụ sữa mà thời gian đông tụ không thay đổi Sự thay đổi thành phần hóa học khác: Chất béo bò thủy phân trình lên men thành acid béo no, acid béo không no, từ chuyển tiếp thành chất thơm sản phẩm khác Sự chuyển hoá phức tạp khối phomat lên men tạo nên đa dạng, phong phú sản phẩm phomat Mùi vò đặc trưng phomat đònh: acid amin tự do, loại acid hữu cơ, rượu, mùi thơm nhiều hợp chất khác VI Thành phần lại sữa tách khối phomat ra: Sau tạo kết tủa casein enzyme đông tụ sữa hay điểm đẳng điện ta thu dung dòch sữa lại ( gọi whey), chứa: α-lactalbumin, β-lactoglobulin lượng nhỏ protein albumin Protein lactoserum, đặc biệt α-lactalbumin có giá trò dinh dưỡng cao Thành phần acid amin chúng giống với thành phần acid amin lý tưởng o α-lactalbumin: có thành phần acid amin tương tự casein Điểm đẳng điện pH=5,1 Không bò tụ men sữa 42 Enzyme công nghiệp sữa o β-lactoglobulin: có điểm đẳng điện pH=5,3 Khi đun nóng, đầu sunfua bắt đầu hình thành β-lactoglobulin, β-lactoglobulin casein K, α-lactalbumin β-lactoglobulin Rennin không làm đông tụ β-lactoglobulin Rennin không làm đông tụ β-lactoglobulin điều kiện thường β-lactoglobulin bò biến tính xử lý nhiệt độ cao nên sau lên men β-lactoglobulin chuyễn vào quện sữa Mỗi năm công nghiệp sản xuất phomat sản sinh lượng lớn nước sữa tách từ phomat Nước sữa tách từ phomat (còn gọi whey) whey có chứa thành phần lactose chiếm khoảng 70÷75% thành phần whey Thủy phân lactose sử dụng chủ yếu acid galactosidase, nhằm chuyển đổi whey vào thành phần thức ăn hữu ích, thủy phân lactose thành glucose hay galactose Quá trình thủy phân cho phép sản phẩm sữa sử dụng nhiều Đối với người mà ruột có lượng acid galactosidase thấp, thuỷ phân lactose lượng lactose đến máu, nước tiểu tới ruột già Ta xem ảnh hưởng thể chứa lượng lactose mức:  nh hưởng đến khả nước từ mô hay ảnh hưởng đến hiệu ứng thẩm thấu  Do mật độ acid giảm dẫn đến khả hấp thụ canxi  Lên men lactose đường ruột hệ vi sinh vật sản sinh lượng H2 CO2 gây bệnh đầy ,tiêu chảy… Sự thuỷ phân lactose sữa ngăn chặn kết tinh sản phẩm: sữa đông đặc, sữa cô đặc Trong việc sản xuất thức uống có 43 Enzyme công nghiệp sữa mùi vò sữa, thuỷ phân lactose sữa giảm bớt yêu cầu lượng đường từ 20÷41% giảm bớt lượng calo khoảng 10% Sử dụng sữa thuỷ phân để sản xuất sữa chua phomat giảm bớt thời gian acid hoá, tăng nhòp độ phát triển cấu trúc hương vò sản xuất phomat Đồng thời sữa thủy phân giúp cho sinh vật khả sử dụng lactose nguồn cacon sản phẩm lên men từ sữa Thêm vào thủy phân lactose từ dang tan, không thành glucose galactose với độ hòa tan tăng 3÷4 lần độ tăng 0,8 Nước sữa thủy phân sử dụng thay tạo vi (vò lactose đặc trưng) sản phẩm như: siro trái đóng hộp đồ uống nhẹ, công nghiệp bánh kẹo Tóm lại, nước sữa thuỷ phân sử dụng theo cách sau:  Như dạng siro với đầy đủ chất dinh dưỡng sử dụng sữa, bánh kẹo thức uống  Như chất tạo màu sản phẩm bánh kẹo  Như môi trường lên men nhanh sản xuất yoghurt, phomat, bia rượu  Như thay sản xuất kem để ngăn chặn tình trạng có sạn kết tinh lactose VII Các enzyme sử dụng đông tụ sữa: Quá trình đông tụ casein sữa thực nhiều enzyme khác nhau, chế phẩm enzyme từ nguồn động vật (rennin, pepsin,…) có số enzyme từ nguồn thực vật số loài VSV có khả sinh tổng hợp enzyme có hoạt tính đông tụ sữa • Từ nguồn động vật:  Rennin (còn có tên gọi chymosin): có vai trò thay đổi sữa từ dạng dung dòch sang dạng khối (gel) Hoạt động enzyme khoảng thai bò tháng thứ 3-4 ngày tuổi bê bú Khi vật lớn, bắt đầu ăn, tạo rennin thay pepsin Rennin tác động lên chất casein sữa bò lọai sữa khác Đặc tính thủy phân casein rennin phụ thuộc nhiều vào pH Ở pH = 6,8 rennin phân cắt trung bình 1/33 pH = 2,3 phân cắt 1/8 số liên kết peptit phân tử casein  Rennet: rennet hổn hợp chymosin, gọi rennin pepsin trích từ dòch dày động vật bú bò, cừu Tỷ lệ pepsin/rennin thay đổi, rennin dày động vật chưa cai sữa sau thay pepsin 44 Enzyme công nghiệp sữa  Pepsin: hoạt động dòch vò động vật có vú, chim, bò sát, heo tập trung tế bào phần đáy bao tử Khi tiết, enzyme dạng tiền enzyme không hoạt động gọi pepsinogen Điểm đẳng điện pepsin thấp gần pH = Pepsin bền pH khoảng từ 4÷5, vùng hoạt lực enzyme có phần thay đổi giảm đi, từ pH = 5,5 trở pepsin không hoạt động Nói chung khả đông tụ pepsin Có hai loại pepsin: Pepsin A, pepsin B: Pepsin A tìm thấy hệ tiêu hoá động vật có vú, Pepsin B tìm thấy dày heo với hàm lượng thấp • Từ nguồn thực vật: Một số phế phẩm enzyme từ thực vật có khả làm đông tụ casein sữa, quan trọng enzyme chiết từ Cynara cardunculus, enzyme thuộc nhóm aspartic protease khả đông tụ không thua rennin Từ xưa, người ta sử dụng dòch chiết hoa Cynara cardunculus làm tác nhân đông tụ sữa để chế biến số loại phomat Tuy nhiên, hiên người ta không sản xuất với quy mô lớn, sản xuất thủ công • Từ nguồn VSV: Một số loài VSV có khả sinh tổng hợp enzyme có hoạt động đông tụ sữa, tính đặc hiệu chúng khác Đáng ý enzyme đông tụ sữa từ Rhizomucor michei Rhizomucor pusillus Enzyme bền nhiệt có hoạt lực thủy phân protein cao Enzyme đông tụ sữa từ Cryphonectria parasitica proteease acid với hoạt tính thủy phân cao Ngoài thành tựu kỹ thuật di truyền giúp việc chuyển gen rennin từ bê vào tế bào VSV vi khuẩn E Coli, nấm men Kluyveromyces lactis nấm mốc Aspegillus niger Chúng sinh tổng hợp enzyme gây đông tụ sữa với phân tử protein có trật tự acid amin hòan toàn giống với rennin tách từ bê 45 Enzyme công nghiệp sữa TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Việt Mẫn _ Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa thức uống _ tập 1: Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa Lâm Xuân Thanh _ Công nghệ chế biến sữa sản phẩm từ sữa _ tập 1, tập Nguyễn Đức Lượng _ Công nghệ enzyme 46