Protein của sữa

MỤC LỤC MỞ ĐẦU : TỔNG QUAN VỀ PROTEIN SỮA…………………………………...….……3 CHƯƠNG 1 :CASEIN…………………………………………………………………..…..4 1.1. GIỚI THIỆU………………………………………………………….……….4 1.2. CÁC LOẠI CASEIN………………………………………………..…………5 1.3. PHỨC HỆ MICELLE CỦA CASEIN VÀ CANXIPHOTPHAT………..……7 1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ SỰ DÔNG TỤ……………………….7 1.4.1. Ảnh hưởng nhiệt độ………………………………………….….………7 1.4.2. Sự đông tụ ……………………………………………………..………..7 1.5. CHỨC NĂNG………………………………………………………..………..8 CHƯƠNG 2: WHEY PROTEIN………………………………………………….………...9 2.1. GIỚI THIỆU…………………………………………………….…………….9 2.2. CÁC LOẠI WHEY CASEIN CHỦ YẾU…………………………………….9 2.2.1. α-lactalbumin…………………………………………………………..10 2.2.2. Β-lactoglobulin…………………………………………………………10 2.2.3. Immunoglobulins (globulin miễn dịch) ………………………….…….11 2.2.4. Lactoferrin……………………………………………………………..12 CHƯƠNG 3 :CÁC PROTEIN THIỂU SỐ…………………………………………………12 3.1. PROTEIN MÀNG……………………………………………….……………12 3.2. ENZYM TORNG SỮA…………………………………………….…………12 3.3. LACTOPEROXIDASE…………………………………………….…………12 3.4. PHOSPHATASE…………………………………………………..…………..13 3.5. LIPASE…………………………………………………………….………….14 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc micelle casein..........................................................................................6 Hình 1.2: Sự phân tách sữa đông và whey.............................................................................8 Hình 2.1: Cấu trúc α-lactalbumin.........................................................................................10 Hình 2.2: Cấu trúc β-lactoglobulin.......................................................................................10 Hình 2.3: Cấu trúc Immunoglobulin.....................................................................................11 Hình 2.4: Cấu trúc Lactofeerin.............................................................................................11 … Hình 3.1: Cấu trúc Lactoperoxidase ....................................................................................13 Hình 3.2: Cấu trúc phosphatase............................................................................................13 Hình 3.3: Cấu trúc Liapase...................................................................................................14 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Tỉ lệ các loại casein trong protein sữa……………………………………….….5 Bảng 1.2: Đặc trưng của siêu micelle và micelle……………………………………..…....6 Bảng 2.1: Tỉ lệ các loại protein hòa tan trong sữa……………………………………..…...9 MỞ ĐẦU : TỔNG QUAN VỀ PROTEIN 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( không hòa tan) , whey protein( hòa tan ) và các protein thiểu số. Protein nằm ở bề mặt của giọt chất béo và các enzyme thì thuộc vào nhóm protein thiểu số. Người ta phân biệt ba nhóm protein chính của sữa dựa trên những biểu hiện và hình thức tồn tại rất khác nhau. Casein rất dễ kết tủa khỏi sữa chủ yếu do men dịch vị hay ở độ pH thấp, trong khi protein huyết thanh luôn hòa tan trong dung dịch. Những protein huyết thanh thể cầu biến tính khi tăng nhiệt vừa phải, trong khi casein lại khá bền nhiệt. Đúng như tên gọi, các protein màng của giọt chất béo kết dính với bề mặt của giọt chất béo và chỉ bị giải phóng bằng tác động cơ học, ví dụ như đánh kem thành bơ. CHƯƠNG 1: CASEIN GIỚI THIỆU : Casein là tên của một nhóm protein chủ yếu trong sữa (chiếm hơn 75% protein của sữa), bao gồm các protein không tan. 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/1 lít sữa. Casein là một photphoprotein ,trong thành phần của nó co gốc axit photphoric. Casein có nhiều nhóm chức tự do như :amin,-COOH,=NH,-OH,-HS,-NH-CO-, , … Nhờ các nhóm này mà casein có khả năng tham gia các phản ứng hóa học. Trong đó, nhóm-COOH và nhóm amin là quan trọng nhất vì các nhóm này ở trạng thái tự do và quyết định tính chất hóa học của casein.Cũng vì các nhóm này mà trong dung dịch casein tạo thành các ion lưỡng tính Casein được coi là một chất điện li lưỡng tính đa hóa trị có khả năng tạo ra hang loạt các hơp chất với axit ,bazơ,kim loại,aldehyt……….. Casein dễ dàng tham gia phản ứng với các kim loại kiềm ,kiềm thổ như K,Na,Mg để tạo thành caseinat tan trong nước .Càng có nhiều nguyên tử kim loại lien két với casein thì độ hòa tan càng lớn. Trong sữa, casein tồn tại ở dang canxi caseinat và nó lại kết hợp với canxi photphat tạo thành phức hợp canxi photphat caseinat (mixen) CÁC LOẠI CASEIN : Casein được chia làm bốn nhóm phụ α S1 ,α S2 , β và κ-casein. Cả 4 nhóm này đều rất không đồng nhất và có chứa từ 2-8 biến thể gien khác nhau.Những biến thể này khác nhau chỉ bởi một số axit amin. Tất cả các casein đều bị photphoryl hóa với mức độ khác nhau, casein k có tỷ lượng photpho thấp nhất. Casein càng chứa nhiều nhóm photphat thì càng không bền khi có mặt canxi. Ngoài ra casein k còn chứa gluxit: Galactoza, naxetylgalactosamin, axit axetylneuraminic, ba gluxit này tồn tại dưới dạng trisacarit và tetrasacarit. Bảng 1.1: Tỉ lệ các loại casein trong protein sữa Casein α (45-55%) Casein β (25-35%) Casein κ (8-15%) Casein γ (3-7%) Casein α S1: 199 axit amin M=26614 Da 12-15g/l sữa đã tách bơ Casein α S2: 207 axit amin 2 Cys :2( -SH) 10-13P 25230 Da 3-4g/l sữa đã tách bơ 209 axit amin M= 23983 Da 9-11/l sữa đã tách bơ 169 axit amin 2 Cys: 2 (-SH) M= 19007 Da Casein k có tính chất khác với các casein khác : Dung dịch casein ở pH=7,T=20oC ở trạng thái mixen bền, khi thêm canxiclouride 0,4M thì các casein khác kết tủa còn casein k vẫn hòa tan Trong các casein thì chỉ có casein k là chứa gluxit (5%), nên casein k có tính háo nước Casein k có chứa hai gốc Cys/mol chứng tỏ casein k khong có cầu disunfua Có khả năng ổn định các casein khác bằng cách ngăn sự kết tủa của các casein này với canxi,nhờ tạo ra trong sữa phức hệ mixen ở dạng keo bền vững Khi casein k bị thủy phân bởi chimosin ở liên kết peptid Giữa Phe và Met 106 thì sẽ khử bền các mixen của sữa và do đó sữa bị đông tụ Trong casein k hàm lương photpho thấp nên không tạo muối với canxi không hòa tan PHỨC HỆ MICELLE CỦA CASEIN VÀ CANXIPHOTPHAT : Vì các casein đều bị photphoryl hóa nên có thể liên kết với canxi (có chứa nhiều trong sữa) để hình thành các liên kết nội phân tử và ngoại phân tử. Điều này khiến casein dễ dàng tạo chuỗi polymer có chứa một vài loại casein giống hay khác nhau. Do có nhiều nhóm phosphate và những nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polyme được hình thành từ casein rất đặc biệt và bền. Những phân tử này được cấu tạo từ hàng trăm và hàng nghìn những phân tử đơn lẻ và hình thành nên dung dịch keo, tạo nên màu trắng của sữa. Những phức chất này được gọi là các micelle casein. Hình 1.1 cho thấy các micelle casein bao gồm một phức hợp các dưới-micelle (siêu micelle), có đường kính từ 10 đến 15 nm. Một micelle với kích thước trung bình có tới 400 đến 500 dưới-micelle và có thể có kích thước lớn tới 0.4 µm . Hình 1.1: Trên: Cấu tạo một micelle casein. Chú thích : A: dưới-micelle; B : chuỗi bề mặt; C: Phosphat canxi; D: κ -casein; E: nhóm phosphat 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. Bảng 1.2: Đặc trưng của siêu micelle và micelle ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ SỰ DÔNG TỤ : Ảnh hưởng nhiệt độ : Ở nhiệt độ thấp, cấu trúc của các micelle kém bền, nguyên nhân do chuỗi κ -casein bắt đầu phân ly và hydroxyphosphat canxi tách khỏi cấu trúc micelle. Người ta cho rằng vì β-casein là casein kị nước nhất và các tương tác kị nước lại kém bền khi nhiệt độ giảm thấp. Sự thủy phân β-casein thành γ-casein và proteose-peptones ( sản phẩm phân hủy ) đồng nghĩa với năng suất thấp trong sản xuất phomat bởi lẽ proteose-peptone bị mất đi trong whey. Các enzyme thủy phân protein khác cũng có thể được sử dụng để làm sữa đông, nhưng thường chúng không đặc hiệu. Người ta còn dùng các protease thực vật thay cho men dịch vị để sản xuất phomat chay. Tuy nhiên, những sản phẩm này có hương vị khác biệt và năng suất cũng thấp hơn. Sự đông tụ : Đông tụ bởi axit : Các mixen casein có điện tích âm nên chúng đẩy nhau và điều đó khiến các mixen casein ở dạng keo,các phân tử nước liên kết với các điện tích của casein và góp phần duy trì các mixen trong dung dịch Khi giảm pH(do quá trình lên men tạo ra axit lactic hoặc do con người đưa vào), các proton H sẽ liên kết với các mixen casein mang điện tích âm và làm giảm điện tích của các mixen,tới một giới hạn nào đó các mixen casein sẽ đông tụ tạo thành gel Điểm đẳng điện pI của casein vào khoảng 5,1-5,3.Trong dung dịch muối như điều kiện của sữa chua , casein đông tụ tốt nhất ở pH 4.2-4.7 Khi cho dư axit (lên men kéo dài )vào casein đã đông tụ ,casein sẽ tái hòa tan tạo thành muối và axit. Casein đã bị kết tủa bởi axit sẽ hòa tan trở lại nếu bổ sung một lượng dư lớn hydroxit natri. Sản phẩm tạo thành caseinate natri được sử dụng như là một thành phần thưc phẩm chủ yếu là nhờ đặc tính tạo thể sữa. Cấu trúc micelle gốc không thể phục hồi lại bằng cách bổ sung hydroxit. Hình 1.2: Sự phân tách của sữa đông và whey Bên cạnh khả năng đông tụ bởi axit ,casein còn đông tụ bởi renin(một proteaza chiết xuất từ dạ dày bê) :Thực chất ,quá trình đông tụ bởi renin là quá trình thủy phân hạn chế casein k, lớp vỏ háo nước bị phá vỡ do đó ion canxi dễ dàng tiếp cận với các casein α ,β, paracasein k làm cho chúng tạo gel. CHỨC NĂNG: 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. Casein cũng được sử dụng trong sản xuất các mặt hàng nonfood như keo dán, sơn và chất dẻo. Thường được sử dụng để bổ sung protein, vì phần casein từ sữa là hơn 90% protein. CHƯƠNG 2: WHEY PROTEIN GIỚI THIỆU : Whey protein là tên gọi thông dụng để chỉ các protein huyết thanh của sữa, tuy nhiên theo chuyên ngành nó chỉ bao gồm các protein trong whey thu được qua quá trình sản xuất phó mat. Nếu casein được tách ra khỏi sữa gầy bằng cách bổ sung axit khoáng thì một nhóm protein vẫn còn lại trong dung dịch sữa và được gọi là protein huyết thanh sữa. Chúng tương tự như các whey protein thực thụ, vì thế mới có tên gọi chung như vậy. Whey protein nói chung và α -lactalbumin nói riêng có giá trị dinh dưỡng rất cao. Thành phần amino axit của chúng rất gần với thành phần được xem là tối ưu sinh hoc. Những sản phẩm có nguồn gốc whey protein được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thưc 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. MỘT SỐ LOẠI WHEY PROTEIN CHỦ YẾU: Bảng 2.1 : Tỉ lệ các loại protein hòa tan trong sữa α-lactalbumin (2-5%) Β-lactoglobulin (7-12%) Immunoglobulins (9-3.3%) Proteo-pepton (2-6%) Serum albumin 123 axit anmin 8 Cys : 4(-S-S) và 1(-SH) 14 175Da 0.6-1.7g/l sữa đã tách bơ 162 axit amin 5 Cys: 2(-S-S) và 1(-SH) 180277 Da 3-4 g/l sữa đã tách bơ Ig G1 153-163000 Da 0.3-0.6g/l sữa đã tách bơ 582 acit amin 35 Cys :17 (-S-S) và (-SH) 66267 Da IgG2 146-154000 Da 0.05-0.1g/l sữa đã tách bơ IgA 385-417000 Da IgM 960-100000 Da 0.05/0.1 g/l sữa đã tách bơ α-lactalbumin : Trọng lượng phân tử là 14.178 Da, và điểm đẳng điện từ 4.2 đến 4.5.. Một trong những khác biệt về cấu trúc chính với β-lactoglobulin là nó không có bất kỳ nhóm thiol tự do là điểm khởi đầu cho một phản ứng kết hợp cộng hóa trị. Kết quả là, α-lactalbumin tinh khiết sẽ không tạo dạng gel khi làm biến tính và axit hóa. Hình 2.1: Cấu trúc α-lactalbumin Protein này được xem là whey protein đặc trưng. Nó có trong sữa của mọi động vật có vú và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp lactose (đường sữa). Β-lactoglobulin: β-lactoglobulin là đạm sữa lớn của sữa bò (~ 3 g / l), và cũng có mặt ở nhiều loài động vật có vú khác; một ngoại lệ đáng chú ý là con người pI 5,3 , có hai cầu disubfua và nhóm SH tư do nên có thể liên hợp tạo thành dime ,octame. Hình 2.2: Cấu trúc β-lactoglobulin Khi đun nóng đến 80oC, bi đông tụ dễ dàng.Sự đông tụ xảy ra theo 2 giai đoạn: Giai đoạn 1(65-70oC): kèm theo sự thay đổi cấu hình protein liên quan tới sự dãn ra của các polypeptit của globulin. Giai đoạn 2: Đông tụ tạo thành gel,xảy ra sự liên hợp tao thành cầu disunfua do các nhóm tiol tự do trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử. Ở nhiệt độ cao ,các hợp chất chứa lưu huỳnh được giải phóng tạo thành mùi nấu cho sữa. Renin không đông tụ β-lactoglobulin ở điều kiện thường nhưng β-lactoglobulin bị biến tính ở nhiệt độ cao nên khi lên men sau đó β-lactoglobulin sẽ chuyển vào quện sữa. Immunoglobulins (globulin miễn dịch): Immunoglobulin được tìm thấy trong máu hoặc chất dịch cơ thể khác của động vật có xương sống, và được sử dụng bởi hệ thống miễn dịch để xác định và trung hòa các đối tượng ngoài, chẳng hạn như vi khuẩn và virus. Bị kết tủa bởi magie sunfat và amon sunfat, trong sữa thường có hàm lượng thấp. Immunoglobulin giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ động vật sơ sinh (kể cả con người) chống lại vi khuẩn và bênh tật. Hình 2.4: cấu trúc Immunoglobulin Lactoferrin: Hình 2.4: Cấu trúc Lactofeerin Lactoferrin là một glycoprotein thuộc nhóm vận chuyển sắt. Ban đầu nó được phân tách từ sữa bò (Lactoferrin sữa bò bão hòa một phần với sắt, 15-20%), nhưng nó cũng có mặt trong sữa của các loài động vật khác. Không chỉ có ở sữa, lactoferrin còn được tìm thấy trong dịch ngoại tiết của động vật có vú. Nó có một vài vai trò sinh học khác nhau. Bằng cách gia tăng hấp thu sắt, lactoferrin có thể làm giảm các trở ngại liên quan đến sự thiếu máu và cải thiện miễn dịch, hấp thu sắt của niêm mạc ruột ở động vật đang bú sữa. Ngoài ra, nó cũng có khả năng kháng khuẩn, kháng virut, kháng nấm, kháng viêm, chống oxi hóa. Hiện tại những tính chất này đang được nghiên cứu trên diện rộng. Chương 3 :Các protein thiểu số PROTEIN MÀNG: 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 axit 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. ENZYM TORNG SỮA: Các enzym trong sữa bắt nguồn hoặc từ sữa động vật mẹ hoặc từ vi khuẩn. Trong trường hợp đầu, chúng là thành phần thông thường của sữa. Trường hợp thứ hai, enzym từ vi khuẩn, rất đa dạng và phong phú theo bản chất và kích thước của quần thể 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: Một enzyme từ sữa tự bản than không có hiệu quả kháng khuẩn. Khi liên kết với thiocyanate oxyd hóa và hydrogen peroxide, phản ứng hóa học tạo ra một hợp chất kháng khuẩn là các ion hypoiodite hoặc hypothiocyanate. Các ion này oxy hóa chu trình trao đổi chất của vi khuẩn Chúng có trong các dịch sinh học và cùng với lactoperoxidase được gọi là hệ lactoperoxidase (LP-s). LP-s chứng tỏ khả năng chống và kìm hãm sự phát triển của nhiều loài vi khuẩn mà lại không có các tác dụng lên protein và enzym của những sinh vật sinh ra nó. Một số vi khuẩn có lợi như Streptococci và Lactobacilli, tạm thời bị ức chế nhưng sẽ hồi phục sau đó. Những loài khác, có hại hơn như E.coli, Salmonella và Pseudomonas thì bị tiêu diệt. Hệ thống này hoạt động trong các heo con theo mẹ nhưng có thể cũng vẫn ứng dụng trong thức ăn thú sau cai sữa. 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 80 C 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 80 C hay không. Phương pháp này có tên gọi là Perosidase Storch. Hình 3.1: Cấu trúc Lactoperoxidase PHOSPHATASE: Phosphatase có khả năng phân cắt một số este phosphoric axit nhất định thành axit phosphoric và rượu tương ứng. Người ta nhận biết sự hiện diện của phosphatase trong sữa bằng cách bổ sung ester của phosphoric axit 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. . Hình 3.2: Cấu trúc phosphatase LIPASE: Lipase có khả năng phân cắt chất béo thành glycerol và các axit béo tự do. Sự dư thừa các axit 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 axit 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 axit béo tự do lập tức được hình thành ngay. Các axit béo và một số sản phẩm khác từ phản ứng của enzym này gây mùi vị “ôi thiu” cho sản phẩm. Hình 3.3: Cấu trúc Liapase TÀI LIỆU THAM KHẢO TS. Lâm Xuân Thanh. 2003. Giáo trình Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa. NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội.