Casein – Thành phần quyết định khả năng đông tụ của sữa
Hệ thống protein của sữa bao gồm các protein hòa tan (nằm trong whey protein – sản phẩm phụ tách ra từ quá trình sản xuất phomat) và casein. Casein là thành phần protein chủ yếu của sữa (chiếm khoảng 78 – 85% tổng lượng protein sữa), không tan và ở dạng keo bền. Casein của sữa được chia làm bốn nhóm phụ gọi là casein alpha S1, casein alpha S2, casein beta và casein kapa.
Trong sữa, casein tồn tại dưới dạng canxi caseinat (muối canxi của casein). Casein kết hợp với muối canxiphosphat tạo thành phức hợp canxi phosphat caseinat, gọi là các mixen casein có kích thước trung bình 200 nm. Các mixen được tổ chức từ các siêu mixen (kích thước trung bình 20 nm). Siêu mixen được hợp thành từ các casein alpha S1, alpha S2, beta và kapa. Các hợp phần này được sắp xếp sao cho đầu kỵ nước gấp vào phía trong, đầu ưa nước phủ ở bề mặt. Trong đó, casein kapa có đặc tính háo nước, nằm ngoài bảo vệ mixen.
Các casein alpha S1, alpha S2 và beta liên kết với nhau thông qua các nhóm phosphate của phosphat canxi dạng keo rất mịn. Nhờ vậy mà các siêu mixen được tổ chức lại thành mixen casein. Mixen được tổ chức để các siêu mixen nghèo casein kapa nằm phía trong, casein giàu casein kapa phủ ở bề mặt ngoài. Quá trình hình thành mixen kết thúc khi toàn bộ mặt ngoài được bao phủ bởi casein kapa.
Cấu trúc mixen của casein
Trong sản xuất sữa chua và phomat, dưới các điều kiện công nghệ đặc biệt làm mất ổn định cấu trúc của mixen casein và khiến cho casein bị đông tụ.
Bản chất quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữa chua
Trong sản xuất sữa chua, protein của sữa được đông tụ bằng phương pháp thay đổi điện tích của mixen thông qua thay đổi pH. Ở điều kiện thường, pH của sữa ổn định trong khoảng 6,6 – 6,7; các mixen mang điện tích và tồn tại dựa vào sự cân bằng điện tích của chúng trong sữa. Các mixen cùng mang điện tích âm nên đẩy nhau và giữ hệ keo ở trạng thái thái cân bằng.
Bản chất đông tụ protein trong sản xuất sữa chua là làm tăng nồng độ ion H+ trong sữa nhờ quá trình lên men dưới tác động của vi khuẩn lactic chuyển hóa đường lactose thành axit lactic, hoặc chủ động bổ sung axit lactic vào sữa. Mục đích của quá trình này là làm giảm pH của sữa đến điểm đẳng điện của casein sữa. Khi đó, mixen tồn tại ở dạng các casein không mang điện tích nên chúng dễ dàng liên kết với nhau và trở thành khối đông tụ.
Điểm đẳng điện của casein dao động khoảng pI 5,1 – 5,3. Tuy nhiên, trong sữa, casein tồn tại dưới dạng muối canxi nên điều kiện đông tụ tốt nhất là 4,5 – 4,7. Trong trường hợp lên men quá, pH giảm xuống quá điểm đẳng điện của casein thì casein sẽ hòa tan trở lại.
Bản chất của quá trình đông tụ protein trong sản xuất phomat
Bản chất quá trình đông tụ protein trong sản xuất phomat được áp dụng là phá hủy casein kapa. Công nghệ sản xuất phomat sử dụng enzyme đặc hiệu là renin được tạo ra trong dạ dày của động vật nhai lại có vú, đặc biệt là dạ dày bê. Đây là một tập hợp phức tạp của các enzym, trong đó enzyme có vai trò đông tụ casein là một protease đặc hiệu gọi là chymosin.
Tác dụng đông tụ protein của renin
Quá trình đông tụ protein bằng renin (hay chymosin) diễn ra theo 2 giai đoạn: enzyme phân cắt κ-casein và casein đông tụ. Đầu tiên, chymosin phân cắt đặc hiệu casein kapa ở vị trí Phenylalanine 105 – 106 Methionine tạo thành caseinopeptit (hòa tan vào whey) và para casein kapa không tan (nằm trong khối sữa đông tụ).
Khi casein kapa bị phá hủy, sự đông tụ casein bắt đầu diễn ra. Khi đó, sự ổn định của mixen không còn làm cho các mixen liên kết nhau và thạo thành khối đông tụ. Trong điều kiện có mặt của ion canxi, ion canxi liên kết gốc phosphate của mixen làm phá hủy màng ưa nước và để lộ ra các gốc kỵ nước khiến cho các mixen dễ dàng liên kết với nhau hơn. Do đó, sự có mặt của ion canxi thúc đẩy quá trình xảy ra đông tụ nhanh hơn.
Tài liệu tham khảo
L. X. Thanh, Giáo trình Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2003.
Theo foodnk.com
(Khoa học công nghệ công thương VN)
