Bài 5. Prôtêin
Chia sẻ bởi nguyễn hồng hiệp |
Ngày 10/05/2019 |
61
Chia sẻ tài liệu: Bài 5. Prôtêin thuộc Sinh học 10
Nội dung tài liệu:
Mở Đầu
Sữa bò là thực phẩm chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và cân đối nhất. Các sản phẩm từ sữa bò cũng đa dạng và phong phú nhất. Từ nguyên liệu sữa bò, người ta đã sáng tạo ra vô vàn các sản phẩm có cấu trúc, trạng thái và hương vị khác nhau.
Các sản phẩm từ sữa có thể ở dạng rắn như phô mai với kết cấu,hình thù và tính cảm vị đặc trưng của từng sứ sở, quê hương; dạng đặc mịn màng, đôi khi có mang hương sắc của trái cây như trong sữa chua; dạng lỏng như trong các sữa cô đặc với đường. Về thành phần, đa số các sản phẩm từ sữa có thành phần chủ yếu là protein casein. Vậy, tính chất gì của protein trong sữa đã tạo nên các sản phẩm có hình dạng, kết cấu và tính cảm vị đặc trưng khác nhau tùy theo từng sản phẩm?
Từ những thắc mắc trên, nhóm mình đã tiến hành tìm hiểu để lí giải tại sao lại có sự khác nhau ở các sản phẩm được chế biến từ sữa. Do thời gian tìm hiểu tài liệu trong các sách cũng như trên internet còn hạn chế, nên không tránh khỏi những thiếu xót, mong cô góp ý kiến thêm để nhóm em hoàn thiện hơn đề tài : “ hệ thống protein và những tính chất của nó trong chế biến các sản phẩm từ sữa” .
B. Nội Dung Chính
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ PROTEIN
1.1 Khái quát về protein
1.1.2 Vai trò
Protein là thành phần không thể thiếu của tất cả các cơ thể sống, là nền tảng cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật.
Xúc tác tất cả phản ứng của cơ thể (enzyme).
Vận tải: vận chuyển các chất trong cơ thể.
Chuyển động: co cơ, chuyển vị trí NST trong quá trình phân bào.
Bảo vệ: kháng lại các chất lạ xâm nhập vào cơ thể.
Truyền xung thần kinh
Điều hòa: quá trình truyền thông tin di truyền, quá trình trao đổi chất.
Kiến tạo, chống đỡ cơ học.
Dự trữ dinh dưỡng
1.2 Cấu tạo
Protein là phân tử sinh học rất lớn, được kết hợp bởi 20 amino acid khác nhau bằng liên kết peptid.
Protein có chứa các nguyên tố C, H, O, N, S và một số các nguyên tố vi lượng khác như: P, Zn, Fe…
Protein có 4 mức cấu trúc khác nhau:
Bậc 1: là thành phần và trình tự sắp xếp các gốc acid amin trong 1 chuỗi polypeptid. Cấu trúc bậc 1 là bản phiên dịch mã di truyền, cho biết quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống.
Bậc 2: là sự sắp xếp thích hợp trong không gian của 1 chuỗi polypeptid tạo ra cấu trúc bậc 2. Chủ yếu là 2 loại cấu trúc: xoắn α và nếp gấp β.
Bậc 3: là cấu trúc bậc 2 liên kết với nhau nhờ các cầu disulfide và liên kết Van der van của gốc không cực, phản ánh sự sắp xếp trong không gian 3 chiều của tất cả các nguyên tử trong phân tử protein.
Bậc 4: do 2 hay nhiều cấu trúc bậc 3 kết hợp: nhờ liên kết hydro, liên kết Van der van và liên kết tĩnh điện.
1.1.3 Tính chất
Khối lượng và hình dạng
Khối lượng phân tử của protein rất lớn, thường lớn hơn 10.000dalton.
Hình dạng: hình sợi (keratin trong tóc, miozin trong cơ…), hình cầu (albumin, globulin trong sữa…).
Tính lưỡng tính
Protein có tính lưỡng tính do có nhiều nhóm phân cực ở mạch bên.
+ Acid hóa protein bằng HCl thì tạo muối clorua.
+ Kiềm hóa protein bằng NaOH tạo muối Natri protein.
Tính hòa tan
Do phân tử protein chứa cả nhóm kỵ nước (gốc alkyl) và háo nước.
Tính hòa tan của protein phụ thuộc vào:
+ Nồng độ muối trung tính của dung dịch: nồng độ càng cao thì khả năng hòa tan càng giảm.
+ Nhiệt độ: trong khoảng nhiệt độ mà protein chưa bị biến tính (0 – 40oC) thì nhiệt độ càng cao khả năng hòa tan càng cao.
1.2 Protein trong thực phẩm
1.2.1 Vai trò
Protein là hợp phần chủ yếu quy định toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn.
Là chất có khả năng tạo cấu trúc, hình khối, trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm.
Gián tiếp tạo ra chất lượng thực phẩm.
Có khả năng tạo và cố định màu, mùi cho các sản phẩm thực phẩm
1.2.2 Tính chất của protein trong thực phẩm
Khả năng tạo gel: do các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự (giò, chả, bành mì…)
Khả năng tạo bột nhão: cố kết, dẻo và giữ khí tạo cấu trúc xốp (bánh mì).
Khả năng tạo màng: tạo ra chủ yếu bằng liên kết hydro, có tính thuận nghịch.
Khả năng nhũ hóa
Khả năng tạo bọt
Khả năng cố định mùi
1.2.3 Hệ thống protein trong sữa
Sữa có chứa hàng trăm loại protein nhưng hầu hết trong số này chỉ chiếm một lượng rất nhỏ. 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, whey protein và các protein thiểu số. Protein nằm ở bề mặt của giọt chất béo và các enzyme thì thuộc vào nhóm protein thiểu số.
1.2.3 Hệ thống protein trong sữa
1.2.3.1 Whey Protein
Whey protein là thuật ngữ được dùng như là một từ đồng nghĩa với protein huyết thanh của sữa. 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 dịch 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.
Whey protein chiếm gần 20% protein trong sữa. Chúng rất dễ hòa tan và có thể được xếp vào chia thành các nhóm sau:
1.2.3.1 Whey Protein
α-lactalbumin: là protein dạng hình cầu. Cấu trúc của nó gần giống với lysozyme. α-lactalbumin là một metalloprotein. Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci. α-lactalbumin là một protein có giá trị dinh dưỡng cao. Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối. α-lactalbumin gồm 123 axitamin
8 Cys: 4 (-S-S) và 1(-SH).
Khối lượng phân tử 14175 Da.
Trọng lượng khoảng 0,6-1,7 g/l sữa đã tách bơ.
Điểm đẳng điện ở pH=5,1. Không bị đông tụ bởi renin
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. Các gốc phân cực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử , riêng các gốc ưa béo tập trung chủ yếu ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-Lactoglobulin ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác.
Beta-lactoglubulin: gồm có 162 axitamin
5 Cys: 2 (-S-S) và 1(-SH).
Khối lượng phân tử 18277 Da.
Trọng lượng khoảng 3-4 g/l sữa đã tách bơ.
Điểm đẳng điện ở pH=5,3.
Beta-lactoglubulin có hai cầu disulfua và các nhóm SH tự do, chúng có thể tự liên hợp tạo thành các dime, octame. Khi đun nóng đến 800 C, beta-lactoglubulin đông tụ một cách dễ dàng. Sự đông tụ xảy ra theo hai giai đoạn. Giai đoạn 1 ở 65-700C kèm theo sự thay đổi cấu hình phân tử của protein liên quan tới sự giãn ra của các polypeptide của globulin. Giai đoạn 2 là giai đoạn đông tụ tạo thành gel. Khi đó xảy ra sự liên hợp tạo thành các liên kết S-S do các nhóm tiol tự do trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử. Renin không làm đông tụ beta-lactoglobulin ở điều kiện thường nhưng beta-lactoglobulin bị biến tính do xử lý nhiệt độ cao nên sau đó khi lên men beta-lactoglobulin sẽ chuyển vào quện sữa.
Immunoglobulins
Immunoglobulin là các phân tử glycoprotein, có chức năng kháng thể. Hầu hết các immunoglobulin được tổng hợp bởi bạch cầu lymphocyte B. Immunoglobulin có cấu tạo gồm 2 chuỗi giống hệt nhau, liên kết với nhau bằng liên kết disulfua. Trong mỗi chuỗi polypeptide các acid amin cũng được liên kết với nhau bằng liên kết disulfua.
1. Chuỗi light - V L (110 axit amin) và C L (110 axit amin)
2. Chuỗi heavy - V H (110 axit amin) và C H (330-440 axit amin)
Immunoglobulins
Người ta tìm thấy được các loại Immunoglobulin IgG, IgA, và IgM trong sữa bò. Trong số các immunoglobulin, IgG là linh hoạt nhất vì nó có khả năng thực hiện tất cả chức năng của globulin miễn dịch. ImG được tìm thấy với hàm lượng cao nhất. Trong sữa non, hàm lượng IgG1 có thể chiếm đến 80% tổng khối lượng các protein hòa tan trong sữa.
IgM là một glyco-protein. Các nhà khoa học cho rằng cả IgG và IgM đều hoạt động như kháng thể theo cùng một số cơ chế là liên kết với kháng nguyên và tạo ra mạng lưới không gian ba chiều không tan.
IgA nó có chức năng chống nhiễm trùng đường ruột
Protein hỗn tạp và polypeptide
β2 - microglobulin: protein này được tìm thấy trong các dịch cơ thể và trên bề mặt của các tế bào mầm. Β2 – microglobulin là một thành phần phần của hệ miễn dịch. Β2 – microglobulin được hình thành bởi quá trình thủy phân proetein từ phân đoạn tế bào bạch cầu.
Proteose pepton 3: proteose pepton 3 không phải lá sản phẩm thủy phân từ β- casein bởi plasmin. Proteose peptone 3 là một phosphoglycoprotein bền nhiệt. Chuỗi đơn polypeptide của nó có tất cả 135 acid amin với 5 vị trí phosphoryl hóa và 3 vị trí glycosyl hóa. Thành phần đường có trong proteose peptone 3 bao gồm fucose, mannose, galactose, N-acetylglucosamin, N-acetylgalactosamin và sialic acid. Các nhà sản xuất cần lưu ý là proteose peptone 3 có khả năng tạo bọt và nhũ hóa rất tốt. Do có tính chất bề mặt, proteose peptone có thể ngăn ngừa sự tiếp xúc giữa lipase và cơ chất cũa nó trong sữa, từ đó hạn chế sự thủy phân chất béo
Protein hỗn tạp và polypeptide
Osteopontin: đây là một gkycoprotein đã được phosphoryl hóa và có tính acid. Chuỗi polypeptide của osteopontin có tất cả 261 acid amin và có phân tử lượng là 29.283 Da. Phân tử osteopontin có đến 50 vị trí có thể liên kết được với acid
Các protein liên kết với kim loại: ngoại trừ casein với cấu trúc micell có chứa nhiều thành phần khoáng khác nhau, trong sữa bò còn có những protein khác có khả năng liên kết với kim loại như lactoferrin, transferrin và ceruloplasmin. Cả ba đều là những glycoprotein. Trong phân tử lactoferrin có 3 cầu disulphide. Mạch polypeptide của lactoferrin có tất cả 689 acid amin. Mỗi phân tử lactoferrin có thể liện kết được với 2 nguyên tử Fe. Transferrin có mạch polypeptyde với phân tử lượng là 75.830 Da. Mỗi mole transferrin có thể liên kết được với mole sắt. Ceruloplasmin còn có tên gọi khác là ferroxidase. Mỗi phân tử ceruplasmin có thể liên kết được với 6 nguyên tử Cu
Protein màng: là một nhóm các protein hình thành nên lớp bảo vệ xung quanh các giọt chất béo nhằm ổn định thể sữa của các giọt chất béo trong sữa. Một số protein này có chứa gốc lipid và được gọi là lipoprotein. Protein globulin màng chiếm tỉ lệ nhỏ nhất trong protein sữa, chỉ khoảng 1.5% tổng lượng protein.Chất béo và các amino acid kị nước của những protein này khiến những phân tử định hướng phần kị nước về bề mặt chất béo, trong khi những phần ít kị nước hơn thì hướng về phía nước.
Phospholipid và enzyme thủy phân lipid nói riêng được hấp phụ trong cấu trúc màng.
Whey protein nói chung và α -lactalbumin nói riêng có giá trị dinh dưỡng rất cao. Thành phần amino acid của chúng rất gần với thành phần được xem là tối ưu sinh học. Những sản phẩm có nguồn gốc whey protein được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm.
Whey protein biến tính trong quá trình gia nhiệt, điều này gây nên sự kết tụ của whey protein, mà chủ yếu là với micelle casein. Ở quy mô sản xuất công nghiệp người ta tách whey protein bằng công nghệ màng.
1.2.3.2 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 26 g cho 1 lít sữa.
Casein được chia làm bốn nhóm phụ α -,α 2 -, β- và κ-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 acid amin. Điểm chung giữa casein α- và β là các acid amin được este hóa thành acid phosphoric. Acid phosphoric này liên kết với canxi (có chứa nhiều trong sữa) để hình thành các liên kết nội phân tử và ngoại phân tử
αS1-casein
Do sự phân bố điện tích và các phần ưa béo không đồng đều trên phân tử protein nên một đầu mạch αS1-casein tích điện và một đầu có tính ưa nước, còn đầu mạch kia có tính kỵ nước. Phân tử αS1-casein có cấu trúc lá xếp và vòng cung
αS2-casein
Có tính ưa nước cao nhất trong các loại casein do phân tử của nó có chứa nhiều nhóm phosphoryl và gốc cation
β-casein
Có tính ưa béo cao nhất. Phân tử β-casein gồm 10% cấu trúc xoắn α, 13% cấu trúc lá xếp β và 77% cấu trúc không trật tự
-casein
Chỉ chứa một gốc phosphoryl. Tương tự như β-casein, -casein có tính lưỡng cực. Đầu amino của phân tử protein thì ưa béo còn đầu carboxyl, nơi liên kết với nhóm glucid lại ưa nước. -casein gồm 23% vùng xoắn α, 31% vùng lá xếp β, 24%vùng vòng cung β.
Do có nhiều nhóm phosphate và những nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polymer 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.
Các micelle casein bao gồm một phức hợp các submicelle, 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 submicelle và có thể có kích thước lớn tới 0.4 micron (0.0004 mm).
Sự tổ chức micelle do Morr đề xuất:
Các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ tương tác kỵ nước và muối phosphat canci
Các đầu ưa nước dạng sợi của -casein được bố trí luôn hướng ra vùng biên giống bộ rễ tự do
Nhờ hàm lượng P bé và giàu glucid của -casein làm nó rất háo nước
Sữa tươi luôn có độ pH xấp xỉ 6,6-6,7 và các micelle casein mang điện tích âm
Phosphat canxi và tương tác kỵ nước giữa các dưới-micelle đảm bảo cho tính bền vững của cấu trúc micelle casein. Phần ưa nước của κ -casein có chứa nhóm carbohydrate, nhóm này đính ở bên ngoài của các micelle phức hợp (B trong hình 1), tạo nên một “lớp tóc”, nhưng quan trọng hơn là chúng giúp các micelle bền vững, chống lại sự kết tụ.
Casein và các nhóm carbonhydrate của nó rõ ràng rất quan trọng trong sản xuất phomat. Được sử dụng trong công đoạn đầu tiên của quá trình sản xuất phomat, men dịch vị loại bỏ carbonhydrate của casein ra khỏi bề mặt của micelle. Do đó các micelle sẽ mất đi khả năng hòa tan và liên kết với nhau để tạo thành sữa đông
1.2.4 Các enzyme trong sữa
Các enzym trong sữa bắt nguồn hoặc từ sữa động vật mẹ hoặc từ vi khuẩn. Một số enzym của sữa được sử dụng nhằm mục đích kiểm nghiệm và kiểm soát chất lượng. Trong số đó, peroxidase, phosphatase và lipase là những enzym quan trọng hơn cả.
Lactoperoxidase: Peroxidase chuyển oxy từ hydro peroxide (H2O2) tới những chất dễ bị oxi hóa khác. Enzym này sẽ bị vô hoạt nếu sữa được đun nóng ở 800C trong vài giây. Người ta có thể dựa vào điều này để chứng tỏ sự tồn tại hay không của perosidase trong sữa và nhờ đó kiểm tra được nhiệt độ thanh trùng có đạt đến 800C hay không. Phương pháp này có tên gọi là Perosidase Storch.
1.2.4 Các enzyme trong sữa
Phosphatase: Phosphatase có khả năng phân cắt một số este phosphoric acid nhất định thành acid phosphoric và rượu tương ứng. Người ta nhận biết sự hiện diện của phosphatase trong sữa bằng cách bổ sung ester của phosphoric acid và một tác nhân có thể đổi màu khi tác dụng với rượu được giải phóng. Sự thay đổi màu sắc cho thấy sữa có chứa phosphatase. Enzym này bị phá hủy trong điều kiện thanh trùng thông thường (72°C trong 15 – 20 giây), do đó phương pháp phosphatase có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ thanh trùng có thực sự đạt yêu cầu hay không.
Lipase: Lipase có khả năng phân cắt chất béo thành glycerol và các acid béo tự do. Sự dư thừa các acid béo trong sữa và các sản phẩm từ sữa sẽ gây ra vị ôi thiu. Trong hầu hết các trường hợp, khả năng này của enzym là rất kém mặc dù sữa của một số loài động vật cho thấy hoạt tính lipase cao. Người ta tin rằng hàm lượng lipase trong sữa tăng về giai đoạn cuối của chu kì tạo sữa. Sẽ không có phản ứng nào xảy ra giữa lipase của sữa với chất béo khi bề mặt của giọt chất béo còn nguyên vẹn, nhưng ngay khi bề mặt bị phá hủy lipase sẽ có cơ hội tìm đến cơ chất và các acid béo tự do được giải phóng. Khi sữa được bơm trong điều kiện lạnh bằng máy bơm không đúng tiêu chuẩn hoặc sau quá trình đồng hóa sữa lạnh không thanh trùng, các acid béo tự do lập tức được hình thành ngay. Các acid béo và một số sản phẩm khác từ phản ứng của enzym này gây mùi vị “ôi thiu” cho sản phẩm
Catalase: Được tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các hạt cầu béo. Trong sản xuất pho mai, khi casein bị đông tụ, một số phân tử catalase cũng bị kết tủa theo. Enzyme này xúc tác phản ứng phân hủy hydrogen peroxyde thành nước và oxy tự do. Sữa tươi từ những con vật khẻo mạnh chứa một lượng catalase rất thấp. Sữa nhiễm vi sinh vật thường có hoạt tính catalase rất cao. Catalase là một metallenzyme (có chứa Fe trong phân tử). Phân tử lượng enzyme là 240000 DA
CHƯƠNG II. TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN TRONG CHẾ BIẾN CÁC SẢN PHẢM TỪ SỮA
2.1 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước
2.1.1 Khả năng hòa tan
Độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 – 40, 500C. Ở nhiệt độ cao hơn 40 - 500C chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá hủy các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc hai và bậc ba do đó protein bị tập hợp lại.
Độ hòa tan của đa số protein bị giảm một cách mạnh mẽ và không thuận nghịch trong quá trình đun nóng. Tuy nhiên việc xử lý nhiệt đôi khi là cần thiết để đạt một số mục tiêu khác ( như diệt vi sinh vật, khử các mùi xấu hoặc khử bớt nước…) mặc dù độ hòa tan của protein tất yếu sẽ bị giảm.
Sự hấp thụ nước của một protein đôi khi có thể tốt hơn khi được làm biến tính và làm “ bất tan” đến một mức độ nhất định. Chẳng hạn , khả năng tạo bọt , tạo nhũ tương cũng liên quan đến mức độ giãn mạch, mức độ tập hợp và mức độ “ bất tan” nhất định của protein.
Ngược lại, protein lactoserum và một số protein khác có độ hòa tan ban đầu khá cao để chúng tạo nhũ tương, tạo bọt và tạo gel tốt, protein khuyết tán được nhanh chóng và hoàn toàn do đó gel tạo ra sẽ có một kết cấu mịn và trơn. Độ hòa tan ban đầu cao cũng làm cho sự khuyết tán của protein đến bề mặt liên pha không khí/ nước và dầu/ nước được dễ dàng do đó làm cho hoạt động bề mặt của protein tốt hơn
2.1 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước
2.1.2 Khả năng tạo độ nhớt của protein
Các protein hình cầu tan trong nước, thường có một độ nhớt nhất định để tạo ra được cảm vị đặc trưng. Khi vật chịu tác dụng của ứng suất ngoài đủ lớn thì bị biến dạng dư. Đối với hệ lỏng, keo, gel và dung dịch cao phân tử, thì biến dạng dư biểu hiện ở sự chảy.
Thường ở chế độ chảy lớp, trong thể tích pha lỏng có xuất hiện những lớp chảy song song ứng với tốc độ chảy khác nhau. Tốc độ chảy khác nhau là do ma sát nội tại giữa các lớp.
Dung dịch cao phân tử hoặc gel là những hệ sonvat hóa rất mạnh nên độ nhớt của chúng lớn hơn của dung dịch khác rất nhiều
2.1 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước
2.1.2 Khả năng tạo độ nhớt của protein
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng protein:
Đường kính bên trong của phân tử protein ( hoặc các tiểu phần) bị phân tán phụ thuộc vào các thông số như:
Đặc tính bên trong của phân tử protein ( khối lượng, kích thước, thể tích, sự bất đối của phân tử, độ dễ dàng của biến dạng: pH, nhiệt độ có thể làm biến đổi các đặc tính này do sự giãn mạch của phân tử).
Các tương tác protein – protein quyết định kích thước của các tập hợp. Nói chung, các hợp phần protein thường dùng ở nhiệt độ cao nên tương tác protein- protein sẽ chiếm ưu thế.
Các tương tác protein- dung môi sẽ ảnh hưởng đến sự trương nở, độ hòa tan và cầu hydrat hóa thủy động bao quanh phân tử.
Độ nhớt đa phần chất lỏng protein đều tăng theo luật số mũ cùng với nồng độ protein là do các tương tác protein- protein khi các tương tác protein –protein là vừa đủ ( như trong gel protein ).
Các thay đổi pH, nhiệt độ, lực ion ( khi cho thêm Ca 2+, các tác nhân oxi hóa…dẫn đến phá hủy các liên kết hydro hoặc disulfua ) đều có thể làm thay đổi độ nhớt
2.2 Các tính chất do tương tác giữa protein và protein: tạo gel, đông tụ ( được tìm hiểu ở phần phô mai)
+ Tính chất tạo gel của protein sữa:
Khả năng đông tụ của các mixen casein được khởi đầu bằng tác dụng proteolitic của chimozin trên casein K nhưng nhất thiết phải có ion canxi và có một nhiệt độ cao hơn 150C.
Axit hóa sữa ở pH đẳng điện của casein cũng làm cho sữa đông tụ. Khi pH > 6 các mixen casein và các casenat rất bền với nhiệt, nhất là khi được gia nhiệt ở chính trong sữa thì phải tới 20- 60 phút ở nhiệt độ 1400C mới làm chúng đông tụ được. Sở dĩ chúng có tính bền này là do tỷ lệ có trật tự cấu trúc bậc hai hoặc bậc ba của casein rất thấp. Chỉ sau khi cô đặc tính bền nhiệt này mới bị giãm xuống.
Các protein lactoserum trong dung dịch khi có nồng độ trên 5% sẽ tạo gel tốt ở nhiệt độ 70 – 850C. Các dịch đậm đặc protein lactoserum có hàm lượng lactoza và canxi thấp có bị biến tính chút ít. Có nghĩa là chúng có độ hòa tan cao và có số nhóm – SH tự do cực đại thì tạo ra gel rất giống gel từ lòng trắng trứng.
2.3 Các tính chất bề mặt: khả năng nhũ hóa, khả năng tạo bọt…
2.3.1 Khả năng nhũ hóa:
Nhũ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha phân tán liên tục. Phần lớn các nhũ tương thực phẩm đều là kiểu dầu trong nước ( D/ N ) hoặc ( N/ D ).
Việc thành thành các giọt nhũ tương sẽ đi đôi với việc tạo nên một bề mặt liên pha giữa hai pha lỏng không trộn lẫn được. Bề mặt phân chia pha này sẽ tăng theo số mũ khi đường kính của các giọt giảm ( với cùng một lượng pha bị phân tán ).
Các protein là những chất làm bền nhũ tương thực phẩm như các sản phẩm được chế biến từ sữa do các hợp phần protein của chúng thường có tác dụng làm bền hệ thống keo này:
2.3.1 Khả năng nhũ hóa:
Màng của các cầu béo đóng vai trò là chất nhũ hóa thụ nhiên và bảo vệ các cầu béo chống lại các hiện tượng hợp giọt. Màng này được cấu tạo từ các lớp triglixerit, phospholipit lipoprotein không tan và protein hòa tan được hấp thụ kế tiếp nhau. Khi đồng hóa độ bền của nhũ tương tăng lên do làm giảm kích thước của cầu béo và cũng do các siêu mixen casein được tân tạo ra sẽ thay chỗ các imunoglobulin ( protein hòa tan ) và được hấp thụ vào trên các cầu béo.
Các protein được hấp thụ vào bề mặt liên pha giữa các giọt dầu bị phân tán vào pha nước liên tục, sẽ tạo ra những tính chất cơ lý như : độ dày, độ nhớt độ đàn hồi, độ cứng, có tác dụng chống lại sự hợp giọt. Sự ion hóa các axit amin mạch bền của protein ( xảy ra tùy theo pH ) cũng sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện làm cho độ bền của nhũ tương tăng lên.
Protein là chất làm bền nhũ tương dầu/ nước có thể là do bản chất háo nước của nó, nên khi được hấp thụ thì phần lớn nhất của phân tử sẽ nằm về phía “ nước “ của bề mặt liên pha.
Tính chất bề mặt của protein trong sữa:
Các protein hình cầu có trong sữa, có một cấu trúc bền và một độ háo nước bề mặt cao như protein lactoserum, chúng có thể bị giãn mạch khi được gia nhiệt thích hợp mà vẫn không làm mất độ hòa tan. Các casenat là những chất nhũ hóa tốt nhất vì chúng có độ hòa tan cao, có cấu trúc phân ly, có độ giãn mạch tự nhiên và có sự tách biệt các vùng rất háo nước và rất ưu béo của chuỗi peptit. Các mixen casein cũng có những tính chất nhũ hóa tốt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nhũ hóa:
Mối tương quan thuận giữa độ hòa tan của protein và khả năng nhũ hóa hoặc độ bền của nhũ tương: các protein không hòa tan chỉ góp phần rất nhỏ vào quá trình nhũ hóa, các tiểu phần protein rắn đóng vai trò là chất ổn định các nhũ tương đã đựợc tạo thành.
pH có ảnh hưởng đến tính chất nhũ hóa của protein: protein ở điểm đẳng điện ít hòa tan do đó sẽ làm giãm khả năng làm bền nhũ tương của chúng. Protein ở trạng thái đó không thể góp phần vào sự tích điện bề mặt của các giọt.
Sự gia nhiệt bình thường sẽ làm giãm độ nhớt và độ cứng của màng protein đã được hấp thụ ở bề mặt liên pha do đó làm giãm độ bền của nhũ tương. Tuy nhiên, do khả năng tạo gel của màng protein ở bề mặt liên pha làm cho nước được giữ tốt , làm tăng độ nhớt bề mặt và độ cứng của nó, vì thế sẽ làm bền hệ nhũ tương.
Khi thêm chất hoạt động bề mặt có phân tử lượng thấp sẽ làm giảm độ cứng của màng protein và làm giãm các lực đang liên kết giữ protein ở bề mặt liên pha.
Tốc độ khuyết tán của một số protein trong lòng pha nước đến bề mặt liên pha có thể bị yếu đi là do nồng độ của chúng trong pha nước đã bị giãm thấp ( do protein bị hấp thụ vào trên giọt dầu ). Vì vậy , để tạo được một màng có bề dày và có tính chất lưu biến mong muốn thì nồng độ protein ban đầu phải cao. Thông thường trong thực tế, người ta thấy nồng độ protein phải từ 0,5 – 5% để nồng độ của nó ở bề mặt liên pha có từ 0,5 – 20mg/m2.
2.3.2 Tính chất tạo bọt đặc trưng của protein trong sữa:
Sự hình thành bọt bao gồm sự khuyết tán các protein hòa tan đến bề mặt liên pha không khí/ nước. Các phân tử mềm, dễ uốn, nghèo cấu trúc bậc hai và bậc ba như casein β sẽ có tác dụng một cách hiệu quả như là một chất hoạt động bề mặt. Một sự giãn mạch thích hợp các protein hình cầu bằng cách gia nhiệt vừa phải bằng các tác nhân biến tính ( như các chất khử của các liên kết cầu disulfua ) làm cho chúng định hướng tốt bề mặt liên pha và sẽ làm tăng khả năng tạo bọt của chúng, miễn là sự giãn mạch không kèm theo sự tập hợp hoặc sự tổn thất độ hòa tan.
Để có độ bền bọt thì màng mỏng protein tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày, cố kết, đàn hồi, liên tục và không thấm khí. Các protein hình cầu có khối lượng phân tử cao và khó bị giãn mạch ở bề mặt sẽ tạo ra được những màng hấp thụ dày do đó làm cho bọt rất bền.
2.3.2 Tính chất tạo bọt đặc trưng của protein trong sữa:
Các protein trong sữa có khả năng tạo bọt tốt như: protein của lactoserum, các mixen casein, casein β…
Casein β có cấu trúc ít trật tự ( có đuôi mềm dễ uốn ) nên làm giảm nhanh sức căng bề mặt liên pha và làm cho bọt hình hình dễ dàng nhanh chóng.
Casein K tự giãn mạch một cách chậm chạp trong khi tạo bọt ( do có cầu disulfua giữa các phân tử ) và tự trải ra ở bề mặt liên pha kém hơn casein β. Sự hình thành bọt chậm nhưng màng mỏng protein hấp thụ lại dày và bền do đó bọt thu được khá bền.
2.4 Cố định các chất thơm và giữ mùi cho sữa:
Trong môi trường nhiều nước hoặc các dung dịch thì khả năng cố định các hợp chất bay hơi của các gốc axit amin có cực hoặc không cực thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
Casein cố định các hợp chất cacbonyl, các rượu hoặc các este ở pH trung tính hoặc kiềm tốt hơn ở pH axit.
Khi biến tính protein bởi nhiệt sẽ làm tăng sự cố định các hợp chất bay hơi.
Khi có mặt các lipit sẽ có tác dụng tốt đối với việc cố định và giữ các hợp chất bay hơi chứa các nhóm cabonyl.
CHƯƠNG 3. PROTEIN TRONG CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA
3.1 SỮA CÔ ĐẶC CÓ ĐƯỜNG
3.1.2 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao:
Sữa cô đặc có đường là sản phẩm của phương pháp vật lý ( phương pháp đun nóng ,làm khô một phần và thêm đường) để bảo quản sữa. Việc cho thêm đường vào sữa trong quá trình cô đặc cho phép bảo quản phẩm cuối cùng không cần tiệt trùng khi đóng sữa vào bao bì, đường trong sữa tạo ra áp suất thẩm thấu rất cao làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật.
Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới, tác động của nhiệt độ cao cho phép tiêu diệt các loài vi sinh vật và chủ động điều khiển sự phát triển của chúng khi cần thiết, kéo dài thời gian bảo quản.
Phương pháp làm nóng có thể làm tăng chất lượng ban đầu của sản phẩm.
Nhiệt độ sử dụng và thời gian đun nóng có ảnh hưởng sâu sắc đến cấu trúc của sữa thông qua việc biến đổi các thành phần chính chiếm tỷ lệ cao trong sữa như: chất béo,các chất chứa nitơ, đường lactoza, enzym, vitamin…
3.1 SỮA CÔ ĐẶC CÓ ĐƯỜNG
3.1.2 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao:
Bảng thành phần của sữa đặc có đường
3.1.2 Quy trình sản xuất
Trong quá trình cô đặc, lượng nước bốc hơi khoảng 45%.
Sữa được tiêu chuẩn hóa nhằm đồng nhất hóa các thành phần chất khô với chất béo để ổn định các thành phần trong sữa.
Sau khi tiêu chuẩn hóa, ta sẽ tiên hành lọc loại bỏ cặn đường, bột , bơ không đều rồi đem đi đồng hoá sữa. Mục đích của quá trình này nhằm ngăn ngừa chất béo tách khỏi cặn sữa, tránh làm cho thành phần protein bị đông tụ trong quá trình tàng trữ làm ảnh hưởng đến cấu trúc và độ nhớt của sữa. Bên cạnh đó, nó còn có tác dụng tăng cường khả năng hấp thụ của sữa trong cơ thể.
3.1.2 Quy trình sản xuất
Tiến hành thanh trùng ở nhiệt độ cao 90- 920C trong 30s nhằm tiêu diệt vi sinh vật và enzym Diastaza có trong sữa ban đầu. Mặt khác, nó còn giúp tránh hiện tượng sữa bị đặc thành khối không đều sau khi vô hộp, ổn định thể tương vốn có của chất béo trong dịch sữa.
Sau đó, sữa sẽ được chuyển vào bồn chứa bán thành phẩm kín, tại đây sữa sẽ được làm lạnh nhanh ở 7 -80C để tránh nhiễm vi sinh vật và tăng quá trình oxy hóa.Tuy làm lạnh nhanh sữa, song cũng không xảy ra hiện tượng kết tinh đường lactoza bởi hàm lượng nước trong sữa còn cao.
Sữa được rót tự động vào bao bì có dạng hình trụ và được gắn nắp kín nhờ mối ghép cuộn. Sau đó, sữa hộp được đem đi dán nhãn và qua thiết bị vô trùng và cho ra sản phẩm sữa đặc có đừơng.
Sữa được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát ở nhiệt độ lạnh 100C.
1.3.2 Tác động của nhiệt độ cao đến protein trong chế biến sữa đặc có đường
Ở nhiệt độ cao,các protein hòa tan đều bị biến tính một chiều ( biến tính không thuận nghịch). Bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 600C trong vài phút, các imunoglobulin là chất nhạy cảm với nhiệt độ nhất ( 89% bị biến tính ở nhiệt độ 700C trong 30 phút) sau đó đến β- lactoglobulin ( 32%) và cuối cùng là α- lactalbumin (6%).Protein bị biến tính tạo thành các kết tủa, làm giảm độ nhớt và tính keo của sản phẩm. Khi bảo quản ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài, protein sẽ bị biến tính nhưng không đông vón lại mà chỉ bị già cỗi, tính háo nước và trương nở của chúng bị giảm.
Bắt đầu từ 800C, protein trong dung dịch sẽ tự trùng hợp và có thể tạo ra gel. Các nhóm tiol tự do, vốn ban đầu được ẩn giấu ở trong lòng phân tử sẽ xuất hiện khi cấu trúc cầu bị giãn mạch, sẽ tương tác với các tiol khác hoặc với các cầu dísulfua trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử. Khi đó sẽ tạo ra các phức hợp giữa các protein hòa tan đã bị biến tính và các hợp phần chứa lưu huỳnh của mixen ( casein K, casein αs2).
Mặt khác, sự đốt nóng làm giải phóng các gốc –SH tự do từ các axit amin chứa lưu huỳnh như cystin và cystein vốn là các cấu tử chính cấu thành các protit hòa tan trong sữa. Sự giải phóng các gốc tự do –SH thường song hành với sự biến chất các chất này. Sự giải phóng các gốc tự do có liên quan đến các hợp phần chứa lưu huỳnh và đến các chất khử có thể oxi hóa bởi oxi không khí.
Gốc tự do –SH là nguyên nhân hình thành vị da trong sữa đun nóng. Sự có mặt của các nhóm – SH trong sữa đun nóng sẽ làm thay đổi điện thế oxi hóa- khử có tác dụng làm rối loạn sự phát triển của vi sinh vật, nhất là đối với các vi khuẩn.
Hơn nữa, sự có mặt của các chất khử trong sữa có vai trò bảo vệ các chất béo chống lại sự oxi hóa.
Ở nhiệt độ nhỏ hơn 1000C , cazein nguyên thể không bị biến tính ( vì nghèo cấu trúc bậc hai và bậc ba nên cazein không bị biến tính một cách thực thụ mà vẫn ở dạng hòa tan khi nhiệt độ cao ). Tuy nhiên bắt đầu từ nhiệt độ 1100C 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. Ở nhiệt độ 120 - 1300C trong nhiều giờ có thể gây ra sự hư hỏng đáng kể thành phần cazein.
Ngược lại, do cấu trúc phức tạp của canxi phosphocazeinat nên có sự biến tính khi nhiệt độ vượt quá 75 - 800C .
Khi nhiệt độ trên 1000C thì phần lớn các protein của lactoreum có thể ở trạng thái liên kết với các mixen casein. Bề mặt của các mixen này bị biến đổi làm cho chúng bền đối với proteaza ( đặc biệt là với chimozin). Phức hợp β- lactoglobulin – casein K được tạo thành có tác dụng làm bền các protein của sữa đối với sự thanh trùng ở 120 -1400C sau này cũng như đối với tác dụng đông tụ của casein.
Ở nhiệt độ từ 110 -1200C độ bền của protein sữa phụ thuộc rất mạnh vào pH. Trong quá trình gia nhiệt pH bị giảm ( do tạo ra các axit hữu cơ từ lactoza và từ phản ứng thủy phân phosphate hữu cơ của casein ) làm cho sữa nhạy cảm hơn với đông tụ nhiệt.
Việc đun nóng gây tác động đến sự cân bằng vốn được hình thành giữa các mixen phosphocazein và các muối khoáng hòa tan được. Đặc biệt, hàm lượng muối canxi hòa tan có trong sữa bị giãm trong quá trình chuyển hóa do một phần các muối hòa tan được chuyển thành canxi phosphat không hòa tan. Chính chúng cũng hình thành nên các muối liên kết phức tạp giữa cazein và β- lactoglobulin.
Việc đun nóng ở nhiệt độ cao dễ dàng dẫn đến sự sẫm màu của sữa: do các axit amin tự do phản ứng với đường lactoza tạo ra màu nâu cho sản phẩm ( thường xảy ra khi nhiệt độ đun nóng vượt quá 800C). Sự xuất hiện các chất màu melanoidin này thường kèm theo làm tăng độ pH của môi trường, cũng như làm tăng mùi cháy cho sản phẩm. Các biến đổi này làm giảm giá trị thực phẩm của sữa bởi một số axit amin cần thiết ( đặc biệt là lyzin) tham gia vào phức chất giữa lactoza- protein, mà phức chất này không có một loại enzym tiêu hóa nào có thể phân tách ra được.
Nồng độ chất khô của sữa cũng có ảnh hưởng đến độ bền nhiệt. Khi nồng độ tăng sẽ làm giảm đáng kể độ bền nhiệt của sữa và cũng làm tăng nguy cơ tạo gel trong quá trình bảo quản.
3.2 Kem Đá
Nguyên liệu
Kem đá được làm từ các nguyên liệu: đường, nước, sữa, kem, chất thơm (từ quả, nước quả hoặc từ chất thơm tự nhiên: socola, cà phê, vani,…) và một lượng chất làm bền không quá 1% ( có thể gelatin thực phẩm, lòng trắng trứng, thạch, pectin hoặc alginat kiềm nghĩa là những chất keo háo nước).
Các sản phẩm thực phẩm ít khi chứa một chất mà thường là tổ hợp nhiều thành phần. Mỗi hợp phần khi đã hòa vào thực phẩm, trước hết phải có những giá trị dinh dưỡng nhất định, thể hiện ở chỗ: hợp phần đó hoặc là chất làm vật liệu cần thiết để xây dựng và đổi mới tế bào, hoặc là chất để làm nguồn hóa năng cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể, hoặc là chất tham gia bảo vệ, kiểm tra và điều hòa sự trao đổi chất và những hoạt động của enzim trong cơ thể. Các quá trình công nghệ cũng như bảo quản sản phẩm thực phẩm đều nhằm giữ cho giá trị này được toàn vẹn hoặc chỉ bị thay đổi chút ít.
Nguyên liệu
Ngoài tính chất dinh dưỡng, mỗi hợp phần thực phẩm còn có những khả năng và tác dụng nhất định, có quan hệ đến việc tạo ra kết cấu, hình thù, trạng thái cũng như chất lượng của sản phẩm thực phẩm. Người ta thường gọi khả năng này là tính chất chức năng. Tính chất này có ảnh hưởng đến tính hữu ích của một hợp phần trong thực phẩm và nó chỉ được thể hiện ra trong những điều kiện gia công kỹ thuật nhất định và trong từng sản phẩm nhất định. Nó đem lại cho nhiều sản phẩm thực phẩm những kết cấu đẹp, sự hài hòa, tính hấp dẫn và chất lượng cảm quan cao.
Tính chất chức năng của protein là tất cả những tính chất hóa lý đã góp phần tạo ra những tính chất đặc trưng và mong muốn của sản phẩm thực phẩm. trong mỗi thực phẩm có thể có sự can dự của nhiều tính chất chức năng. Trong sản phẩm kem đá có sự thể hiện của các tính chất chức năng của protein: tạo nhũ tương, giữ được chất béo, tạo độ nhớt, tạo bọt, tạo gel đông tụ.
3.2.1 Tính chất tạo nhũ tương của protein trong kem đá:
Các nhũ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha phân tán liên tục. Phần lớn các nhũ tương thực phẩm đều là kiểu dầu trong nước hoặc nước trong dầu.Ở đây, sản phẩm kem đá thì kiểu nhũ tương là kiểu dầu trong nước. Dầu là những giọt béo của sữa còn nước là dung dịch nước.
Khi cho các nguyên liệu nước, đường, sữa, kem vào với nhau và đánh lên ( đồng hóa) thì lúc này protein thể hiện khả năng nhũ hóa. Khi đồng hóa các chất lỏng bị phân tán và hình thành các giọt hình cầu có kích thước đồng đều và tiếp xúc sít với nhau tạo nên một bề mặt liên pha, lúc này sẽ hình thành các giọt nhũ tương. Và độ bền của n
Sữa bò là thực phẩm chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và cân đối nhất. Các sản phẩm từ sữa bò cũng đa dạng và phong phú nhất. Từ nguyên liệu sữa bò, người ta đã sáng tạo ra vô vàn các sản phẩm có cấu trúc, trạng thái và hương vị khác nhau.
Các sản phẩm từ sữa có thể ở dạng rắn như phô mai với kết cấu,hình thù và tính cảm vị đặc trưng của từng sứ sở, quê hương; dạng đặc mịn màng, đôi khi có mang hương sắc của trái cây như trong sữa chua; dạng lỏng như trong các sữa cô đặc với đường. Về thành phần, đa số các sản phẩm từ sữa có thành phần chủ yếu là protein casein. Vậy, tính chất gì của protein trong sữa đã tạo nên các sản phẩm có hình dạng, kết cấu và tính cảm vị đặc trưng khác nhau tùy theo từng sản phẩm?
Từ những thắc mắc trên, nhóm mình đã tiến hành tìm hiểu để lí giải tại sao lại có sự khác nhau ở các sản phẩm được chế biến từ sữa. Do thời gian tìm hiểu tài liệu trong các sách cũng như trên internet còn hạn chế, nên không tránh khỏi những thiếu xót, mong cô góp ý kiến thêm để nhóm em hoàn thiện hơn đề tài : “ hệ thống protein và những tính chất của nó trong chế biến các sản phẩm từ sữa” .
B. Nội Dung Chính
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ PROTEIN
1.1 Khái quát về protein
1.1.2 Vai trò
Protein là thành phần không thể thiếu của tất cả các cơ thể sống, là nền tảng cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật.
Xúc tác tất cả phản ứng của cơ thể (enzyme).
Vận tải: vận chuyển các chất trong cơ thể.
Chuyển động: co cơ, chuyển vị trí NST trong quá trình phân bào.
Bảo vệ: kháng lại các chất lạ xâm nhập vào cơ thể.
Truyền xung thần kinh
Điều hòa: quá trình truyền thông tin di truyền, quá trình trao đổi chất.
Kiến tạo, chống đỡ cơ học.
Dự trữ dinh dưỡng
1.2 Cấu tạo
Protein là phân tử sinh học rất lớn, được kết hợp bởi 20 amino acid khác nhau bằng liên kết peptid.
Protein có chứa các nguyên tố C, H, O, N, S và một số các nguyên tố vi lượng khác như: P, Zn, Fe…
Protein có 4 mức cấu trúc khác nhau:
Bậc 1: là thành phần và trình tự sắp xếp các gốc acid amin trong 1 chuỗi polypeptid. Cấu trúc bậc 1 là bản phiên dịch mã di truyền, cho biết quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống.
Bậc 2: là sự sắp xếp thích hợp trong không gian của 1 chuỗi polypeptid tạo ra cấu trúc bậc 2. Chủ yếu là 2 loại cấu trúc: xoắn α và nếp gấp β.
Bậc 3: là cấu trúc bậc 2 liên kết với nhau nhờ các cầu disulfide và liên kết Van der van của gốc không cực, phản ánh sự sắp xếp trong không gian 3 chiều của tất cả các nguyên tử trong phân tử protein.
Bậc 4: do 2 hay nhiều cấu trúc bậc 3 kết hợp: nhờ liên kết hydro, liên kết Van der van và liên kết tĩnh điện.
1.1.3 Tính chất
Khối lượng và hình dạng
Khối lượng phân tử của protein rất lớn, thường lớn hơn 10.000dalton.
Hình dạng: hình sợi (keratin trong tóc, miozin trong cơ…), hình cầu (albumin, globulin trong sữa…).
Tính lưỡng tính
Protein có tính lưỡng tính do có nhiều nhóm phân cực ở mạch bên.
+ Acid hóa protein bằng HCl thì tạo muối clorua.
+ Kiềm hóa protein bằng NaOH tạo muối Natri protein.
Tính hòa tan
Do phân tử protein chứa cả nhóm kỵ nước (gốc alkyl) và háo nước.
Tính hòa tan của protein phụ thuộc vào:
+ Nồng độ muối trung tính của dung dịch: nồng độ càng cao thì khả năng hòa tan càng giảm.
+ Nhiệt độ: trong khoảng nhiệt độ mà protein chưa bị biến tính (0 – 40oC) thì nhiệt độ càng cao khả năng hòa tan càng cao.
1.2 Protein trong thực phẩm
1.2.1 Vai trò
Protein là hợp phần chủ yếu quy định toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn.
Là chất có khả năng tạo cấu trúc, hình khối, trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm.
Gián tiếp tạo ra chất lượng thực phẩm.
Có khả năng tạo và cố định màu, mùi cho các sản phẩm thực phẩm
1.2.2 Tính chất của protein trong thực phẩm
Khả năng tạo gel: do các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự (giò, chả, bành mì…)
Khả năng tạo bột nhão: cố kết, dẻo và giữ khí tạo cấu trúc xốp (bánh mì).
Khả năng tạo màng: tạo ra chủ yếu bằng liên kết hydro, có tính thuận nghịch.
Khả năng nhũ hóa
Khả năng tạo bọt
Khả năng cố định mùi
1.2.3 Hệ thống protein trong sữa
Sữa có chứa hàng trăm loại protein nhưng hầu hết trong số này chỉ chiếm một lượng rất nhỏ. 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, whey protein và các protein thiểu số. Protein nằm ở bề mặt của giọt chất béo và các enzyme thì thuộc vào nhóm protein thiểu số.
1.2.3 Hệ thống protein trong sữa
1.2.3.1 Whey Protein
Whey protein là thuật ngữ được dùng như là một từ đồng nghĩa với protein huyết thanh của sữa. 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 dịch 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.
Whey protein chiếm gần 20% protein trong sữa. Chúng rất dễ hòa tan và có thể được xếp vào chia thành các nhóm sau:
1.2.3.1 Whey Protein
α-lactalbumin: là protein dạng hình cầu. Cấu trúc của nó gần giống với lysozyme. α-lactalbumin là một metalloprotein. Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci. α-lactalbumin là một protein có giá trị dinh dưỡng cao. Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối. α-lactalbumin gồm 123 axitamin
8 Cys: 4 (-S-S) và 1(-SH).
Khối lượng phân tử 14175 Da.
Trọng lượng khoảng 0,6-1,7 g/l sữa đã tách bơ.
Điểm đẳng điện ở pH=5,1. Không bị đông tụ bởi renin
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. Các gốc phân cực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử , riêng các gốc ưa béo tập trung chủ yếu ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-Lactoglobulin ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác.
Beta-lactoglubulin: gồm có 162 axitamin
5 Cys: 2 (-S-S) và 1(-SH).
Khối lượng phân tử 18277 Da.
Trọng lượng khoảng 3-4 g/l sữa đã tách bơ.
Điểm đẳng điện ở pH=5,3.
Beta-lactoglubulin có hai cầu disulfua và các nhóm SH tự do, chúng có thể tự liên hợp tạo thành các dime, octame. Khi đun nóng đến 800 C, beta-lactoglubulin đông tụ một cách dễ dàng. Sự đông tụ xảy ra theo hai giai đoạn. Giai đoạn 1 ở 65-700C kèm theo sự thay đổi cấu hình phân tử của protein liên quan tới sự giãn ra của các polypeptide của globulin. Giai đoạn 2 là giai đoạn đông tụ tạo thành gel. Khi đó xảy ra sự liên hợp tạo thành các liên kết S-S do các nhóm tiol tự do trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử. Renin không làm đông tụ beta-lactoglobulin ở điều kiện thường nhưng beta-lactoglobulin bị biến tính do xử lý nhiệt độ cao nên sau đó khi lên men beta-lactoglobulin sẽ chuyển vào quện sữa.
Immunoglobulins
Immunoglobulin là các phân tử glycoprotein, có chức năng kháng thể. Hầu hết các immunoglobulin được tổng hợp bởi bạch cầu lymphocyte B. Immunoglobulin có cấu tạo gồm 2 chuỗi giống hệt nhau, liên kết với nhau bằng liên kết disulfua. Trong mỗi chuỗi polypeptide các acid amin cũng được liên kết với nhau bằng liên kết disulfua.
1. Chuỗi light - V L (110 axit amin) và C L (110 axit amin)
2. Chuỗi heavy - V H (110 axit amin) và C H (330-440 axit amin)
Immunoglobulins
Người ta tìm thấy được các loại Immunoglobulin IgG, IgA, và IgM trong sữa bò. Trong số các immunoglobulin, IgG là linh hoạt nhất vì nó có khả năng thực hiện tất cả chức năng của globulin miễn dịch. ImG được tìm thấy với hàm lượng cao nhất. Trong sữa non, hàm lượng IgG1 có thể chiếm đến 80% tổng khối lượng các protein hòa tan trong sữa.
IgM là một glyco-protein. Các nhà khoa học cho rằng cả IgG và IgM đều hoạt động như kháng thể theo cùng một số cơ chế là liên kết với kháng nguyên và tạo ra mạng lưới không gian ba chiều không tan.
IgA nó có chức năng chống nhiễm trùng đường ruột
Protein hỗn tạp và polypeptide
β2 - microglobulin: protein này được tìm thấy trong các dịch cơ thể và trên bề mặt của các tế bào mầm. Β2 – microglobulin là một thành phần phần của hệ miễn dịch. Β2 – microglobulin được hình thành bởi quá trình thủy phân proetein từ phân đoạn tế bào bạch cầu.
Proteose pepton 3: proteose pepton 3 không phải lá sản phẩm thủy phân từ β- casein bởi plasmin. Proteose peptone 3 là một phosphoglycoprotein bền nhiệt. Chuỗi đơn polypeptide của nó có tất cả 135 acid amin với 5 vị trí phosphoryl hóa và 3 vị trí glycosyl hóa. Thành phần đường có trong proteose peptone 3 bao gồm fucose, mannose, galactose, N-acetylglucosamin, N-acetylgalactosamin và sialic acid. Các nhà sản xuất cần lưu ý là proteose peptone 3 có khả năng tạo bọt và nhũ hóa rất tốt. Do có tính chất bề mặt, proteose peptone có thể ngăn ngừa sự tiếp xúc giữa lipase và cơ chất cũa nó trong sữa, từ đó hạn chế sự thủy phân chất béo
Protein hỗn tạp và polypeptide
Osteopontin: đây là một gkycoprotein đã được phosphoryl hóa và có tính acid. Chuỗi polypeptide của osteopontin có tất cả 261 acid amin và có phân tử lượng là 29.283 Da. Phân tử osteopontin có đến 50 vị trí có thể liên kết được với acid
Các protein liên kết với kim loại: ngoại trừ casein với cấu trúc micell có chứa nhiều thành phần khoáng khác nhau, trong sữa bò còn có những protein khác có khả năng liên kết với kim loại như lactoferrin, transferrin và ceruloplasmin. Cả ba đều là những glycoprotein. Trong phân tử lactoferrin có 3 cầu disulphide. Mạch polypeptide của lactoferrin có tất cả 689 acid amin. Mỗi phân tử lactoferrin có thể liện kết được với 2 nguyên tử Fe. Transferrin có mạch polypeptyde với phân tử lượng là 75.830 Da. Mỗi mole transferrin có thể liên kết được với mole sắt. Ceruloplasmin còn có tên gọi khác là ferroxidase. Mỗi phân tử ceruplasmin có thể liên kết được với 6 nguyên tử Cu
Protein màng: là một nhóm các protein hình thành nên lớp bảo vệ xung quanh các giọt chất béo nhằm ổn định thể sữa của các giọt chất béo trong sữa. Một số protein này có chứa gốc lipid và được gọi là lipoprotein. Protein globulin màng chiếm tỉ lệ nhỏ nhất trong protein sữa, chỉ khoảng 1.5% tổng lượng protein.Chất béo và các amino acid kị nước của những protein này khiến những phân tử định hướng phần kị nước về bề mặt chất béo, trong khi những phần ít kị nước hơn thì hướng về phía nước.
Phospholipid và enzyme thủy phân lipid nói riêng được hấp phụ trong cấu trúc màng.
Whey protein nói chung và α -lactalbumin nói riêng có giá trị dinh dưỡng rất cao. Thành phần amino acid của chúng rất gần với thành phần được xem là tối ưu sinh học. Những sản phẩm có nguồn gốc whey protein được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm.
Whey protein biến tính trong quá trình gia nhiệt, điều này gây nên sự kết tụ của whey protein, mà chủ yếu là với micelle casein. Ở quy mô sản xuất công nghiệp người ta tách whey protein bằng công nghệ màng.
1.2.3.2 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 26 g cho 1 lít sữa.
Casein được chia làm bốn nhóm phụ α -,α 2 -, β- và κ-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 acid amin. Điểm chung giữa casein α- và β là các acid amin được este hóa thành acid phosphoric. Acid phosphoric này liên kết với canxi (có chứa nhiều trong sữa) để hình thành các liên kết nội phân tử và ngoại phân tử
αS1-casein
Do sự phân bố điện tích và các phần ưa béo không đồng đều trên phân tử protein nên một đầu mạch αS1-casein tích điện và một đầu có tính ưa nước, còn đầu mạch kia có tính kỵ nước. Phân tử αS1-casein có cấu trúc lá xếp và vòng cung
αS2-casein
Có tính ưa nước cao nhất trong các loại casein do phân tử của nó có chứa nhiều nhóm phosphoryl và gốc cation
β-casein
Có tính ưa béo cao nhất. Phân tử β-casein gồm 10% cấu trúc xoắn α, 13% cấu trúc lá xếp β và 77% cấu trúc không trật tự
-casein
Chỉ chứa một gốc phosphoryl. Tương tự như β-casein, -casein có tính lưỡng cực. Đầu amino của phân tử protein thì ưa béo còn đầu carboxyl, nơi liên kết với nhóm glucid lại ưa nước. -casein gồm 23% vùng xoắn α, 31% vùng lá xếp β, 24%vùng vòng cung β.
Do có nhiều nhóm phosphate và những nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polymer 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.
Các micelle casein bao gồm một phức hợp các submicelle, 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 submicelle và có thể có kích thước lớn tới 0.4 micron (0.0004 mm).
Sự tổ chức micelle do Morr đề xuất:
Các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ tương tác kỵ nước và muối phosphat canci
Các đầu ưa nước dạng sợi của -casein được bố trí luôn hướng ra vùng biên giống bộ rễ tự do
Nhờ hàm lượng P bé và giàu glucid của -casein làm nó rất háo nước
Sữa tươi luôn có độ pH xấp xỉ 6,6-6,7 và các micelle casein mang điện tích âm
Phosphat canxi và tương tác kỵ nước giữa các dưới-micelle đảm bảo cho tính bền vững của cấu trúc micelle casein. Phần ưa nước của κ -casein có chứa nhóm carbohydrate, nhóm này đính ở bên ngoài của các micelle phức hợp (B trong hình 1), tạo nên một “lớp tóc”, nhưng quan trọng hơn là chúng giúp các micelle bền vững, chống lại sự kết tụ.
Casein và các nhóm carbonhydrate của nó rõ ràng rất quan trọng trong sản xuất phomat. Được sử dụng trong công đoạn đầu tiên của quá trình sản xuất phomat, men dịch vị loại bỏ carbonhydrate của casein ra khỏi bề mặt của micelle. Do đó các micelle sẽ mất đi khả năng hòa tan và liên kết với nhau để tạo thành sữa đông
1.2.4 Các enzyme trong sữa
Các enzym trong sữa bắt nguồn hoặc từ sữa động vật mẹ hoặc từ vi khuẩn. Một số enzym của sữa được sử dụng nhằm mục đích kiểm nghiệm và kiểm soát chất lượng. Trong số đó, peroxidase, phosphatase và lipase là những enzym quan trọng hơn cả.
Lactoperoxidase: Peroxidase chuyển oxy từ hydro peroxide (H2O2) tới những chất dễ bị oxi hóa khác. Enzym này sẽ bị vô hoạt nếu sữa được đun nóng ở 800C trong vài giây. Người ta có thể dựa vào điều này để chứng tỏ sự tồn tại hay không của perosidase trong sữa và nhờ đó kiểm tra được nhiệt độ thanh trùng có đạt đến 800C hay không. Phương pháp này có tên gọi là Perosidase Storch.
1.2.4 Các enzyme trong sữa
Phosphatase: Phosphatase có khả năng phân cắt một số este phosphoric acid nhất định thành acid phosphoric và rượu tương ứng. Người ta nhận biết sự hiện diện của phosphatase trong sữa bằng cách bổ sung ester của phosphoric acid và một tác nhân có thể đổi màu khi tác dụng với rượu được giải phóng. Sự thay đổi màu sắc cho thấy sữa có chứa phosphatase. Enzym này bị phá hủy trong điều kiện thanh trùng thông thường (72°C trong 15 – 20 giây), do đó phương pháp phosphatase có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ thanh trùng có thực sự đạt yêu cầu hay không.
Lipase: Lipase có khả năng phân cắt chất béo thành glycerol và các acid béo tự do. Sự dư thừa các acid béo trong sữa và các sản phẩm từ sữa sẽ gây ra vị ôi thiu. Trong hầu hết các trường hợp, khả năng này của enzym là rất kém mặc dù sữa của một số loài động vật cho thấy hoạt tính lipase cao. Người ta tin rằng hàm lượng lipase trong sữa tăng về giai đoạn cuối của chu kì tạo sữa. Sẽ không có phản ứng nào xảy ra giữa lipase của sữa với chất béo khi bề mặt của giọt chất béo còn nguyên vẹn, nhưng ngay khi bề mặt bị phá hủy lipase sẽ có cơ hội tìm đến cơ chất và các acid béo tự do được giải phóng. Khi sữa được bơm trong điều kiện lạnh bằng máy bơm không đúng tiêu chuẩn hoặc sau quá trình đồng hóa sữa lạnh không thanh trùng, các acid béo tự do lập tức được hình thành ngay. Các acid béo và một số sản phẩm khác từ phản ứng của enzym này gây mùi vị “ôi thiu” cho sản phẩm
Catalase: Được tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các hạt cầu béo. Trong sản xuất pho mai, khi casein bị đông tụ, một số phân tử catalase cũng bị kết tủa theo. Enzyme này xúc tác phản ứng phân hủy hydrogen peroxyde thành nước và oxy tự do. Sữa tươi từ những con vật khẻo mạnh chứa một lượng catalase rất thấp. Sữa nhiễm vi sinh vật thường có hoạt tính catalase rất cao. Catalase là một metallenzyme (có chứa Fe trong phân tử). Phân tử lượng enzyme là 240000 DA
CHƯƠNG II. TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN TRONG CHẾ BIẾN CÁC SẢN PHẢM TỪ SỮA
2.1 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước
2.1.1 Khả năng hòa tan
Độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 – 40, 500C. Ở nhiệt độ cao hơn 40 - 500C chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá hủy các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc hai và bậc ba do đó protein bị tập hợp lại.
Độ hòa tan của đa số protein bị giảm một cách mạnh mẽ và không thuận nghịch trong quá trình đun nóng. Tuy nhiên việc xử lý nhiệt đôi khi là cần thiết để đạt một số mục tiêu khác ( như diệt vi sinh vật, khử các mùi xấu hoặc khử bớt nước…) mặc dù độ hòa tan của protein tất yếu sẽ bị giảm.
Sự hấp thụ nước của một protein đôi khi có thể tốt hơn khi được làm biến tính và làm “ bất tan” đến một mức độ nhất định. Chẳng hạn , khả năng tạo bọt , tạo nhũ tương cũng liên quan đến mức độ giãn mạch, mức độ tập hợp và mức độ “ bất tan” nhất định của protein.
Ngược lại, protein lactoserum và một số protein khác có độ hòa tan ban đầu khá cao để chúng tạo nhũ tương, tạo bọt và tạo gel tốt, protein khuyết tán được nhanh chóng và hoàn toàn do đó gel tạo ra sẽ có một kết cấu mịn và trơn. Độ hòa tan ban đầu cao cũng làm cho sự khuyết tán của protein đến bề mặt liên pha không khí/ nước và dầu/ nước được dễ dàng do đó làm cho hoạt động bề mặt của protein tốt hơn
2.1 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước
2.1.2 Khả năng tạo độ nhớt của protein
Các protein hình cầu tan trong nước, thường có một độ nhớt nhất định để tạo ra được cảm vị đặc trưng. Khi vật chịu tác dụng của ứng suất ngoài đủ lớn thì bị biến dạng dư. Đối với hệ lỏng, keo, gel và dung dịch cao phân tử, thì biến dạng dư biểu hiện ở sự chảy.
Thường ở chế độ chảy lớp, trong thể tích pha lỏng có xuất hiện những lớp chảy song song ứng với tốc độ chảy khác nhau. Tốc độ chảy khác nhau là do ma sát nội tại giữa các lớp.
Dung dịch cao phân tử hoặc gel là những hệ sonvat hóa rất mạnh nên độ nhớt của chúng lớn hơn của dung dịch khác rất nhiều
2.1 Các tính chất do tương tác giữa protein và nước
2.1.2 Khả năng tạo độ nhớt của protein
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng protein:
Đường kính bên trong của phân tử protein ( hoặc các tiểu phần) bị phân tán phụ thuộc vào các thông số như:
Đặc tính bên trong của phân tử protein ( khối lượng, kích thước, thể tích, sự bất đối của phân tử, độ dễ dàng của biến dạng: pH, nhiệt độ có thể làm biến đổi các đặc tính này do sự giãn mạch của phân tử).
Các tương tác protein – protein quyết định kích thước của các tập hợp. Nói chung, các hợp phần protein thường dùng ở nhiệt độ cao nên tương tác protein- protein sẽ chiếm ưu thế.
Các tương tác protein- dung môi sẽ ảnh hưởng đến sự trương nở, độ hòa tan và cầu hydrat hóa thủy động bao quanh phân tử.
Độ nhớt đa phần chất lỏng protein đều tăng theo luật số mũ cùng với nồng độ protein là do các tương tác protein- protein khi các tương tác protein –protein là vừa đủ ( như trong gel protein ).
Các thay đổi pH, nhiệt độ, lực ion ( khi cho thêm Ca 2+, các tác nhân oxi hóa…dẫn đến phá hủy các liên kết hydro hoặc disulfua ) đều có thể làm thay đổi độ nhớt
2.2 Các tính chất do tương tác giữa protein và protein: tạo gel, đông tụ ( được tìm hiểu ở phần phô mai)
+ Tính chất tạo gel của protein sữa:
Khả năng đông tụ của các mixen casein được khởi đầu bằng tác dụng proteolitic của chimozin trên casein K nhưng nhất thiết phải có ion canxi và có một nhiệt độ cao hơn 150C.
Axit hóa sữa ở pH đẳng điện của casein cũng làm cho sữa đông tụ. Khi pH > 6 các mixen casein và các casenat rất bền với nhiệt, nhất là khi được gia nhiệt ở chính trong sữa thì phải tới 20- 60 phút ở nhiệt độ 1400C mới làm chúng đông tụ được. Sở dĩ chúng có tính bền này là do tỷ lệ có trật tự cấu trúc bậc hai hoặc bậc ba của casein rất thấp. Chỉ sau khi cô đặc tính bền nhiệt này mới bị giãm xuống.
Các protein lactoserum trong dung dịch khi có nồng độ trên 5% sẽ tạo gel tốt ở nhiệt độ 70 – 850C. Các dịch đậm đặc protein lactoserum có hàm lượng lactoza và canxi thấp có bị biến tính chút ít. Có nghĩa là chúng có độ hòa tan cao và có số nhóm – SH tự do cực đại thì tạo ra gel rất giống gel từ lòng trắng trứng.
2.3 Các tính chất bề mặt: khả năng nhũ hóa, khả năng tạo bọt…
2.3.1 Khả năng nhũ hóa:
Nhũ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha phân tán liên tục. Phần lớn các nhũ tương thực phẩm đều là kiểu dầu trong nước ( D/ N ) hoặc ( N/ D ).
Việc thành thành các giọt nhũ tương sẽ đi đôi với việc tạo nên một bề mặt liên pha giữa hai pha lỏng không trộn lẫn được. Bề mặt phân chia pha này sẽ tăng theo số mũ khi đường kính của các giọt giảm ( với cùng một lượng pha bị phân tán ).
Các protein là những chất làm bền nhũ tương thực phẩm như các sản phẩm được chế biến từ sữa do các hợp phần protein của chúng thường có tác dụng làm bền hệ thống keo này:
2.3.1 Khả năng nhũ hóa:
Màng của các cầu béo đóng vai trò là chất nhũ hóa thụ nhiên và bảo vệ các cầu béo chống lại các hiện tượng hợp giọt. Màng này được cấu tạo từ các lớp triglixerit, phospholipit lipoprotein không tan và protein hòa tan được hấp thụ kế tiếp nhau. Khi đồng hóa độ bền của nhũ tương tăng lên do làm giảm kích thước của cầu béo và cũng do các siêu mixen casein được tân tạo ra sẽ thay chỗ các imunoglobulin ( protein hòa tan ) và được hấp thụ vào trên các cầu béo.
Các protein được hấp thụ vào bề mặt liên pha giữa các giọt dầu bị phân tán vào pha nước liên tục, sẽ tạo ra những tính chất cơ lý như : độ dày, độ nhớt độ đàn hồi, độ cứng, có tác dụng chống lại sự hợp giọt. Sự ion hóa các axit amin mạch bền của protein ( xảy ra tùy theo pH ) cũng sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện làm cho độ bền của nhũ tương tăng lên.
Protein là chất làm bền nhũ tương dầu/ nước có thể là do bản chất háo nước của nó, nên khi được hấp thụ thì phần lớn nhất của phân tử sẽ nằm về phía “ nước “ của bề mặt liên pha.
Tính chất bề mặt của protein trong sữa:
Các protein hình cầu có trong sữa, có một cấu trúc bền và một độ háo nước bề mặt cao như protein lactoserum, chúng có thể bị giãn mạch khi được gia nhiệt thích hợp mà vẫn không làm mất độ hòa tan. Các casenat là những chất nhũ hóa tốt nhất vì chúng có độ hòa tan cao, có cấu trúc phân ly, có độ giãn mạch tự nhiên và có sự tách biệt các vùng rất háo nước và rất ưu béo của chuỗi peptit. Các mixen casein cũng có những tính chất nhũ hóa tốt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nhũ hóa:
Mối tương quan thuận giữa độ hòa tan của protein và khả năng nhũ hóa hoặc độ bền của nhũ tương: các protein không hòa tan chỉ góp phần rất nhỏ vào quá trình nhũ hóa, các tiểu phần protein rắn đóng vai trò là chất ổn định các nhũ tương đã đựợc tạo thành.
pH có ảnh hưởng đến tính chất nhũ hóa của protein: protein ở điểm đẳng điện ít hòa tan do đó sẽ làm giãm khả năng làm bền nhũ tương của chúng. Protein ở trạng thái đó không thể góp phần vào sự tích điện bề mặt của các giọt.
Sự gia nhiệt bình thường sẽ làm giãm độ nhớt và độ cứng của màng protein đã được hấp thụ ở bề mặt liên pha do đó làm giãm độ bền của nhũ tương. Tuy nhiên, do khả năng tạo gel của màng protein ở bề mặt liên pha làm cho nước được giữ tốt , làm tăng độ nhớt bề mặt và độ cứng của nó, vì thế sẽ làm bền hệ nhũ tương.
Khi thêm chất hoạt động bề mặt có phân tử lượng thấp sẽ làm giảm độ cứng của màng protein và làm giãm các lực đang liên kết giữ protein ở bề mặt liên pha.
Tốc độ khuyết tán của một số protein trong lòng pha nước đến bề mặt liên pha có thể bị yếu đi là do nồng độ của chúng trong pha nước đã bị giãm thấp ( do protein bị hấp thụ vào trên giọt dầu ). Vì vậy , để tạo được một màng có bề dày và có tính chất lưu biến mong muốn thì nồng độ protein ban đầu phải cao. Thông thường trong thực tế, người ta thấy nồng độ protein phải từ 0,5 – 5% để nồng độ của nó ở bề mặt liên pha có từ 0,5 – 20mg/m2.
2.3.2 Tính chất tạo bọt đặc trưng của protein trong sữa:
Sự hình thành bọt bao gồm sự khuyết tán các protein hòa tan đến bề mặt liên pha không khí/ nước. Các phân tử mềm, dễ uốn, nghèo cấu trúc bậc hai và bậc ba như casein β sẽ có tác dụng một cách hiệu quả như là một chất hoạt động bề mặt. Một sự giãn mạch thích hợp các protein hình cầu bằng cách gia nhiệt vừa phải bằng các tác nhân biến tính ( như các chất khử của các liên kết cầu disulfua ) làm cho chúng định hướng tốt bề mặt liên pha và sẽ làm tăng khả năng tạo bọt của chúng, miễn là sự giãn mạch không kèm theo sự tập hợp hoặc sự tổn thất độ hòa tan.
Để có độ bền bọt thì màng mỏng protein tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày, cố kết, đàn hồi, liên tục và không thấm khí. Các protein hình cầu có khối lượng phân tử cao và khó bị giãn mạch ở bề mặt sẽ tạo ra được những màng hấp thụ dày do đó làm cho bọt rất bền.
2.3.2 Tính chất tạo bọt đặc trưng của protein trong sữa:
Các protein trong sữa có khả năng tạo bọt tốt như: protein của lactoserum, các mixen casein, casein β…
Casein β có cấu trúc ít trật tự ( có đuôi mềm dễ uốn ) nên làm giảm nhanh sức căng bề mặt liên pha và làm cho bọt hình hình dễ dàng nhanh chóng.
Casein K tự giãn mạch một cách chậm chạp trong khi tạo bọt ( do có cầu disulfua giữa các phân tử ) và tự trải ra ở bề mặt liên pha kém hơn casein β. Sự hình thành bọt chậm nhưng màng mỏng protein hấp thụ lại dày và bền do đó bọt thu được khá bền.
2.4 Cố định các chất thơm và giữ mùi cho sữa:
Trong môi trường nhiều nước hoặc các dung dịch thì khả năng cố định các hợp chất bay hơi của các gốc axit amin có cực hoặc không cực thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
Casein cố định các hợp chất cacbonyl, các rượu hoặc các este ở pH trung tính hoặc kiềm tốt hơn ở pH axit.
Khi biến tính protein bởi nhiệt sẽ làm tăng sự cố định các hợp chất bay hơi.
Khi có mặt các lipit sẽ có tác dụng tốt đối với việc cố định và giữ các hợp chất bay hơi chứa các nhóm cabonyl.
CHƯƠNG 3. PROTEIN TRONG CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA
3.1 SỮA CÔ ĐẶC CÓ ĐƯỜNG
3.1.2 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao:
Sữa cô đặc có đường là sản phẩm của phương pháp vật lý ( phương pháp đun nóng ,làm khô một phần và thêm đường) để bảo quản sữa. Việc cho thêm đường vào sữa trong quá trình cô đặc cho phép bảo quản phẩm cuối cùng không cần tiệt trùng khi đóng sữa vào bao bì, đường trong sữa tạo ra áp suất thẩm thấu rất cao làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật.
Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới, tác động của nhiệt độ cao cho phép tiêu diệt các loài vi sinh vật và chủ động điều khiển sự phát triển của chúng khi cần thiết, kéo dài thời gian bảo quản.
Phương pháp làm nóng có thể làm tăng chất lượng ban đầu của sản phẩm.
Nhiệt độ sử dụng và thời gian đun nóng có ảnh hưởng sâu sắc đến cấu trúc của sữa thông qua việc biến đổi các thành phần chính chiếm tỷ lệ cao trong sữa như: chất béo,các chất chứa nitơ, đường lactoza, enzym, vitamin…
3.1 SỮA CÔ ĐẶC CÓ ĐƯỜNG
3.1.2 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao:
Bảng thành phần của sữa đặc có đường
3.1.2 Quy trình sản xuất
Trong quá trình cô đặc, lượng nước bốc hơi khoảng 45%.
Sữa được tiêu chuẩn hóa nhằm đồng nhất hóa các thành phần chất khô với chất béo để ổn định các thành phần trong sữa.
Sau khi tiêu chuẩn hóa, ta sẽ tiên hành lọc loại bỏ cặn đường, bột , bơ không đều rồi đem đi đồng hoá sữa. Mục đích của quá trình này nhằm ngăn ngừa chất béo tách khỏi cặn sữa, tránh làm cho thành phần protein bị đông tụ trong quá trình tàng trữ làm ảnh hưởng đến cấu trúc và độ nhớt của sữa. Bên cạnh đó, nó còn có tác dụng tăng cường khả năng hấp thụ của sữa trong cơ thể.
3.1.2 Quy trình sản xuất
Tiến hành thanh trùng ở nhiệt độ cao 90- 920C trong 30s nhằm tiêu diệt vi sinh vật và enzym Diastaza có trong sữa ban đầu. Mặt khác, nó còn giúp tránh hiện tượng sữa bị đặc thành khối không đều sau khi vô hộp, ổn định thể tương vốn có của chất béo trong dịch sữa.
Sau đó, sữa sẽ được chuyển vào bồn chứa bán thành phẩm kín, tại đây sữa sẽ được làm lạnh nhanh ở 7 -80C để tránh nhiễm vi sinh vật và tăng quá trình oxy hóa.Tuy làm lạnh nhanh sữa, song cũng không xảy ra hiện tượng kết tinh đường lactoza bởi hàm lượng nước trong sữa còn cao.
Sữa được rót tự động vào bao bì có dạng hình trụ và được gắn nắp kín nhờ mối ghép cuộn. Sau đó, sữa hộp được đem đi dán nhãn và qua thiết bị vô trùng và cho ra sản phẩm sữa đặc có đừơng.
Sữa được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát ở nhiệt độ lạnh 100C.
1.3.2 Tác động của nhiệt độ cao đến protein trong chế biến sữa đặc có đường
Ở nhiệt độ cao,các protein hòa tan đều bị biến tính một chiều ( biến tính không thuận nghịch). Bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 600C trong vài phút, các imunoglobulin là chất nhạy cảm với nhiệt độ nhất ( 89% bị biến tính ở nhiệt độ 700C trong 30 phút) sau đó đến β- lactoglobulin ( 32%) và cuối cùng là α- lactalbumin (6%).Protein bị biến tính tạo thành các kết tủa, làm giảm độ nhớt và tính keo của sản phẩm. Khi bảo quản ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài, protein sẽ bị biến tính nhưng không đông vón lại mà chỉ bị già cỗi, tính háo nước và trương nở của chúng bị giảm.
Bắt đầu từ 800C, protein trong dung dịch sẽ tự trùng hợp và có thể tạo ra gel. Các nhóm tiol tự do, vốn ban đầu được ẩn giấu ở trong lòng phân tử sẽ xuất hiện khi cấu trúc cầu bị giãn mạch, sẽ tương tác với các tiol khác hoặc với các cầu dísulfua trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử. Khi đó sẽ tạo ra các phức hợp giữa các protein hòa tan đã bị biến tính và các hợp phần chứa lưu huỳnh của mixen ( casein K, casein αs2).
Mặt khác, sự đốt nóng làm giải phóng các gốc –SH tự do từ các axit amin chứa lưu huỳnh như cystin và cystein vốn là các cấu tử chính cấu thành các protit hòa tan trong sữa. Sự giải phóng các gốc tự do –SH thường song hành với sự biến chất các chất này. Sự giải phóng các gốc tự do có liên quan đến các hợp phần chứa lưu huỳnh và đến các chất khử có thể oxi hóa bởi oxi không khí.
Gốc tự do –SH là nguyên nhân hình thành vị da trong sữa đun nóng. Sự có mặt của các nhóm – SH trong sữa đun nóng sẽ làm thay đổi điện thế oxi hóa- khử có tác dụng làm rối loạn sự phát triển của vi sinh vật, nhất là đối với các vi khuẩn.
Hơn nữa, sự có mặt của các chất khử trong sữa có vai trò bảo vệ các chất béo chống lại sự oxi hóa.
Ở nhiệt độ nhỏ hơn 1000C , cazein nguyên thể không bị biến tính ( vì nghèo cấu trúc bậc hai và bậc ba nên cazein không bị biến tính một cách thực thụ mà vẫn ở dạng hòa tan khi nhiệt độ cao ). Tuy nhiên bắt đầu từ nhiệt độ 1100C 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. Ở nhiệt độ 120 - 1300C trong nhiều giờ có thể gây ra sự hư hỏng đáng kể thành phần cazein.
Ngược lại, do cấu trúc phức tạp của canxi phosphocazeinat nên có sự biến tính khi nhiệt độ vượt quá 75 - 800C .
Khi nhiệt độ trên 1000C thì phần lớn các protein của lactoreum có thể ở trạng thái liên kết với các mixen casein. Bề mặt của các mixen này bị biến đổi làm cho chúng bền đối với proteaza ( đặc biệt là với chimozin). Phức hợp β- lactoglobulin – casein K được tạo thành có tác dụng làm bền các protein của sữa đối với sự thanh trùng ở 120 -1400C sau này cũng như đối với tác dụng đông tụ của casein.
Ở nhiệt độ từ 110 -1200C độ bền của protein sữa phụ thuộc rất mạnh vào pH. Trong quá trình gia nhiệt pH bị giảm ( do tạo ra các axit hữu cơ từ lactoza và từ phản ứng thủy phân phosphate hữu cơ của casein ) làm cho sữa nhạy cảm hơn với đông tụ nhiệt.
Việc đun nóng gây tác động đến sự cân bằng vốn được hình thành giữa các mixen phosphocazein và các muối khoáng hòa tan được. Đặc biệt, hàm lượng muối canxi hòa tan có trong sữa bị giãm trong quá trình chuyển hóa do một phần các muối hòa tan được chuyển thành canxi phosphat không hòa tan. Chính chúng cũng hình thành nên các muối liên kết phức tạp giữa cazein và β- lactoglobulin.
Việc đun nóng ở nhiệt độ cao dễ dàng dẫn đến sự sẫm màu của sữa: do các axit amin tự do phản ứng với đường lactoza tạo ra màu nâu cho sản phẩm ( thường xảy ra khi nhiệt độ đun nóng vượt quá 800C). Sự xuất hiện các chất màu melanoidin này thường kèm theo làm tăng độ pH của môi trường, cũng như làm tăng mùi cháy cho sản phẩm. Các biến đổi này làm giảm giá trị thực phẩm của sữa bởi một số axit amin cần thiết ( đặc biệt là lyzin) tham gia vào phức chất giữa lactoza- protein, mà phức chất này không có một loại enzym tiêu hóa nào có thể phân tách ra được.
Nồng độ chất khô của sữa cũng có ảnh hưởng đến độ bền nhiệt. Khi nồng độ tăng sẽ làm giảm đáng kể độ bền nhiệt của sữa và cũng làm tăng nguy cơ tạo gel trong quá trình bảo quản.
3.2 Kem Đá
Nguyên liệu
Kem đá được làm từ các nguyên liệu: đường, nước, sữa, kem, chất thơm (từ quả, nước quả hoặc từ chất thơm tự nhiên: socola, cà phê, vani,…) và một lượng chất làm bền không quá 1% ( có thể gelatin thực phẩm, lòng trắng trứng, thạch, pectin hoặc alginat kiềm nghĩa là những chất keo háo nước).
Các sản phẩm thực phẩm ít khi chứa một chất mà thường là tổ hợp nhiều thành phần. Mỗi hợp phần khi đã hòa vào thực phẩm, trước hết phải có những giá trị dinh dưỡng nhất định, thể hiện ở chỗ: hợp phần đó hoặc là chất làm vật liệu cần thiết để xây dựng và đổi mới tế bào, hoặc là chất để làm nguồn hóa năng cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể, hoặc là chất tham gia bảo vệ, kiểm tra và điều hòa sự trao đổi chất và những hoạt động của enzim trong cơ thể. Các quá trình công nghệ cũng như bảo quản sản phẩm thực phẩm đều nhằm giữ cho giá trị này được toàn vẹn hoặc chỉ bị thay đổi chút ít.
Nguyên liệu
Ngoài tính chất dinh dưỡng, mỗi hợp phần thực phẩm còn có những khả năng và tác dụng nhất định, có quan hệ đến việc tạo ra kết cấu, hình thù, trạng thái cũng như chất lượng của sản phẩm thực phẩm. Người ta thường gọi khả năng này là tính chất chức năng. Tính chất này có ảnh hưởng đến tính hữu ích của một hợp phần trong thực phẩm và nó chỉ được thể hiện ra trong những điều kiện gia công kỹ thuật nhất định và trong từng sản phẩm nhất định. Nó đem lại cho nhiều sản phẩm thực phẩm những kết cấu đẹp, sự hài hòa, tính hấp dẫn và chất lượng cảm quan cao.
Tính chất chức năng của protein là tất cả những tính chất hóa lý đã góp phần tạo ra những tính chất đặc trưng và mong muốn của sản phẩm thực phẩm. trong mỗi thực phẩm có thể có sự can dự của nhiều tính chất chức năng. Trong sản phẩm kem đá có sự thể hiện của các tính chất chức năng của protein: tạo nhũ tương, giữ được chất béo, tạo độ nhớt, tạo bọt, tạo gel đông tụ.
3.2.1 Tính chất tạo nhũ tương của protein trong kem đá:
Các nhũ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha phân tán liên tục. Phần lớn các nhũ tương thực phẩm đều là kiểu dầu trong nước hoặc nước trong dầu.Ở đây, sản phẩm kem đá thì kiểu nhũ tương là kiểu dầu trong nước. Dầu là những giọt béo của sữa còn nước là dung dịch nước.
Khi cho các nguyên liệu nước, đường, sữa, kem vào với nhau và đánh lên ( đồng hóa) thì lúc này protein thể hiện khả năng nhũ hóa. Khi đồng hóa các chất lỏng bị phân tán và hình thành các giọt hình cầu có kích thước đồng đều và tiếp xúc sít với nhau tạo nên một bề mặt liên pha, lúc này sẽ hình thành các giọt nhũ tương. Và độ bền của n
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: nguyễn hồng hiệp
Dung lượng: |
Lượt tài: 0
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)