Tiểu luận Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữa

Bộ Công Thương
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm
Khoa Công Nghệ Thực Phẩm
Báo Cáo Chuyên Đề
Môn: Thực hành công nghệ chế biến sữa và các sản
phẩm sữa
Đề tài: Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữa
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
SVTH:
3005100202 Đoàn Thị Mỹ Hạnh
3005100309 Vòng Minh Huyền
3005100709 Trần Nhã Thi
3005100385 Đinh Bảo Lộc
3005100449 Vũ Kim Ngân
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Mục lục 1
Mở đầu 3
Tài liệu tham khảo 29
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 2
Muïc luïc
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Sữa là loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và
cân đối nhất. Các sản phẩm từ sữa rất đa dạng và phổ biến. Từ nguyên liệu sữa, người
ta đã chế 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 các phomate với kết cấu hình thù và tính
cảm vị đặc trưng, dạng hạt đơn điệu như trong sữa bột, dạng đặc mịn màng như trong
sữa chua, dạng lỏng như trong sữa cô đặc với đường.
− Trong đó, mảng sản phẩm lên men truyền thống từ sữa vô cùng phong phú và chiếm
một vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm sữa. Có thể kể ra
đây là bơ, phomate, kefir, yoghurt,… Chỉ riêng phomate đã có đến 2000 chủng lạoi
khác nhau.

− Người Việt hay gọi phomai (hay phó mát). Phomai (tiếng Anh - cheese, tiếng pháp -
fromage) là sản phẩm được lên men hay không đươc lên men (tức là loại phomai chịu
tác động ít nhất của quá trình lên men lactic) chủ yếu từ thành phần casein của sữa tạo
thành dạng gel mất nước. Phomai giữ lại hoàn toàn lượng chất béo ban đầu gọi là
phomai béo. Ngoài ra trong sản phẩm còn chứa một ít lactoza dưới dạng acid lactic và
một tỷ lệ khác nhau về chất khoáng.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 3
Môû ñaàu
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Theo định nghĩa của PAO/WHO, phomai là protein của sữa được đông tụ, tách bớt
whey ở dạng tươi hoặc đã qua ủ chín. Pho mai là một sản phẩm rất giàu dinh dưỡng
được chế biến từ sữa (sữa bò,sữa dê…) với sự tham gia của một số nhóm vi sinh vật.
Đây là một thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, bảo quản được lâu. Trong pho mai
chứa: protein 20% (dưới dạng pepton, amino acid), lipit 30%, cac muối khoáng, các
vitamin (A, B1, B2, C, …)
− Pho mát rất giàu protein, axit béo amin, vitamin, khoáng chất và các thành phần khác,
nó là một sản phẩm sữa lên men có giá trị dinh dưỡng cao. Hàm lượng protein của pho
mát là khoảng 20% - 35%. Pho mát là rất dễ tiêu hóa, nó có một tỷ lệ tiêu hóa của
khoảng 96% do một loạt các quá trình tiêu hóa trước của protein trong quá trình trưởng
thành, trong khi tỷ lệ tiêu hóa của sữa nguyên chất chỉ là 91%. Hầu hết các loại pho
mát có chứa khoảng 30% chất béo, một số người lo lắng rằng ăn pho mát sẽ làm tăng
mức cholesterol của cơ thể, trong thực tế, điều này thường không phải là trường hợp,
bởi vì pho mát có cholesterol rất ít, thường ít hơn 0,1%.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 4
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Lactose, được chứa trong sữa tươi, đã được phần lớn chuyển vào sữa trong quá trình
sản xuất pho mát, phần còn lại của lactose bị phân hủy thành galactose và glucose,
giúp ngăn ngừa bệnh tiêu chảy và các bệnh lactose khác ở những người thiếu một loại
enzyme tiêu hóa lactose.
− Pho mát cũng có chứa đường, axit hữu cơ, canxi, phốt pho, natri, kali, magiê, sắt, kẽm

và vitamin carotene A, và vitamin B1, B2, B6, B12, folic acid và chất dinh dưỡng khác
và các chất hoạt tính sinh học. Đặc biệt là canxi, trong quá trình sản xuất, các ion canxi
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 5
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
được thêm vào để làm cho hàm lượng canxi tăng pho mát, và nó có thể được hấp thụ
dễ dàng hơn. Có 49mg canxi mỗi 100g sữa, trong khi 720mg canxi mỗi 100g phô mai,
mà là 14 lần so với trong sữa, như vậy, chỉ cần 60g phô mai mỗi ngày trẻ đã nạp đủ
lượng can-xi trong một ngày. Ngoài ra, trong phô mai còn có chất kẽm rất tốt cho não,
da và hệ miễn dịch. Sau khi lên men, protein trong các pho mát bị phân hủy tạo thành
peptide, axit amin, vv, nên rất dễ được tiêu hóa. Pho mát cũng dồi dào vitamin tan
trong chất béo và tan trong nước, có 1.200 IU vitamin A mỗi 100g phô mai, khoảng
30% đến 40% sự tiêu thụ hàng ngày của người lớn.
− Nghiên cứu cho thấy rằng ăn pho mát có thể thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của
trẻ em, nó cũng có nhiều lợi ích như chống sâu răng, phòng ngừa loãng xương ở phụ
nữ và bảo vệ, người cao tuổi thị lực, duy trì sự cân bằng và ổn định của hệ thực vật
bình thường trong ruột, thúc đẩy tiêu hóa và ngăn ngừa tiêu chảy và táo bón. Các
nghiên cứu cũng cho thấy những người ăn pho mát thường có mức giá thấp hơn của
ruột kết và ung thư trực tràng.
− Phomate có đến hàng nghìn loại khác nhau, tuỳ theo đặc điểm mùi vị, hình dáng, hàm
lượng chất béo. Phomate được coi là sản phẩm sữa bổ nhất. Có những loại sản phẩm
mà ai cũng có thể làm, ví dụ như yoghurt, nhưng đối với phomate – một thực phẩm rất
phổ biến – thì không phải ai cũng biết cách sản xuất, nhất là trong quy mô công
nghiệp. Nguyên nhân chính khiến phomate không dễ dàng sản xuất được như yoghurt
là do quy trình sản xuất phormate phải qua một số công đoạn nhất định, cần phải điều
khiển quá trình sản xuất bằng các thiết bị, máy móc,… nên phomate thường chỉ được
sản xuất tại các nhà xưởng chứ không làm tại gia được.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 6
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Quy trình sản xuất phomate
− Một trong số các quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất phomate chính là

quá trình làm đông tụ protein casein trong sữa. Trong bài báo cáo này, những điều ít ai
biết đến về quá trình đông tụ protein caseintrong sản xuất phomate sẽ được trình bày
một cách khoa học, rõ ràng nhất.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 7
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
I. Protein sữa – 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
s1
-,α
s2
-, 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 axit amin. Điểm chung giữa α-casein và β-casein là các
axit amin được este hóa thành axit phosphoric. Axit phosphoric này liên kết với canxi
(có chứa nhiều trong sữa) để hình thành các liên kết nội phân tử và ngoại phân tử. Tất
cả các casein đều được phosphoryl hoá nhưng với mức độ khác nhau, trong đó, κ-
casein có tỷ lượng phosphoryl hoá thấp nhất và cũng là loại casein quan trọng nhất đối
với sản xuất phomate. Phân tử κ-casein có hai đầu:
− Đầu ưa béo: tương tác với α- và β-casein ở vùng tâm sub-micelle
− Đầu ưa nước: hướng ra ngoài vùng biên của micelle, chứa nhóm carbohydrate, nhóm
này đính ở bên ngoài của các micelle, tạo nên một “lớp tóc”, nhưng quan trọng hơn là
chúng giúp các micelle bền vững, chống lại sự kết tụ.
− Trong sữa, casein tồn tại dưới dạng các micelle có đường kính từ 20 – 300nm. Mỗi
micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm calci,
magie, phosphate cà citrate), cấu tạo micelle do khoảng 400 ÷ 500 sub-micelle hợp
thành.
− Sub-micelle có dạng hình cầu, có phân tử lượng trung bình 250.000Da, đường kính 5 ÷

10 nm bao gồm 10 phân tử casein kết hợp với nhau. Thành phần các casein α-, β- và
κ-casein trong sub-micelle có thể thay đổi theo các tỷ lệ khác nhau. Các phân tử α- và
β-casein nằm tập trung tại trung tâm sub-micelle tạo nên vùng ưa béo, còn các phân tử
κ-casein được sắp xếp tại vùng biên sub-micelle.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 8
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Cấu tạo sub-micelle casein
Cấu tạo một micelle casein.
− Chú thích :
A: sub – micelle;
B : đầu ưa nước của κ-casein;
C: Phosphat canxi;
D: κ -casein;
E: nhóm phosphat
− Trong cấu trúc của micelle, các sub-micelle liên kết với nhau nhờ muối calci
phosphate và sự tương tác giữa các gốc kị nước. Kích thước micelle phụ thuộc vào
hàm lượng ion Ca
2+
có trong sữa và dao động khoảng 0.2 ± 0.4µm. Các sub-micelle ở
vùng biên trong cấu trúc micelle thường chứa hàm lượng κ-casein khá cao. Do sự bố
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 9
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
trí các đầu ưa nước của κ-casein luôn hướng ra vùng biên nên chính các phân từ κ-
casein làm cho micelle hoà tan được trong sữa dưới dạng dung dịch keo và ổn định cấu
trúc của micelle trong sữa.
− Nếu tách κ-casein ra khỏi micelle hoặc lấy đi phần ưa nước của nó, cấu trúc micelle
trở nên không ổn định. Trong trường hợp này, nếu như có mặt Ca
2+
trong sữa, các
micelle sẽ liên kết lại với nhau và tạo nên hiện tượng đông tụ casein.

II. Quá trình đông tụ
− Đông tụ protein trong sữa chính là quá trình đông tụ casein
− Đông tụ casein trong sữa là quá trình chuyển casien từ trang thái keo sang khối đông
với cấu trúc gel. Đây là một trong những quá trình quan trọng nhất trong quy trình
công nghệ sản xuất phomate.
− Về mặt hóa lí học, hiện tượng đông tụ sữa được thể hiện bằng sự kết tụ giữa các mixen
casein để tạo ra gel đặc. Để thực hiện quá trình kết tụ trong sản xuất phomai, cần thiết
phải có một lượng acid lactic và men dịch vị được lấy từ múi khế của dạ dày bê để làm
đông tụ sữa khi chế biến phomai. Tất cả các dạng đông tụ trong sản xuất phomate đều
là kết quả đồng thời của men dịch vị và acide lactic vốn được sinh ra từ quá trình lên
men đường lactose bởi vi khuẩn lactic. Đôi khi một trong hai dạng kết tụ chiếm ưu thế.
Khi đông tụ do men dịch vị đóng vai trò chủ đạo thì lượng acide lactic tạo ra do vi
khuẩn là không đáng kể, ngược lại khi đông tụ bằng acide lactic thì vai trò của men
dịch vị bị hạn chế, do đó trong trường hợp này chính độ acide đóng vai trò quyết định
đến quá trình đông tụ.
− Để tiến hành đông tụ casein sữa, người ta thường sử dụng một trong hai phương pháp
sau:
II.1. Chỉnh giá trị pH sữa về điểm đẳng điện của casein:
− Phương pháp này được sử dụng trong công nghệ sản xuất một số loại phomate tươi
như Cottage, Quarg,…
− Khi giảm độ pH (do kết quả của quá trình lên men tạo acid lactic sinh ra bởi vi sinh vật
hay do acid được con người chủ động đưa vào), các ion H
+
của acid sẽ liên kết với
micelle casein mang điện tích âm và làm giảm điện tích của micelle casein. Khi tới
giới hạn, các micelle casein sẽ đông tụ tạo thành gel.
− Các nhà sản xuất sẽ sử dụng một hệ vi khuẩn lactic để chúng tạo ra acide lactic và làm
giảm giá trị pH của sữa, gây đông tụ casein. Cần lưu ý là việc sử dụng hệ vi khuẩn
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 10
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh

lactic còn có mục đích sinh tổng hợp một số sản phẩm trao đổi chất để góp phần tạo
nên mùi vị đặc trưng cho phomate thành phẩm.
II.2. Sử dụng enzyme đông tụ sữa:
− Chúng được thu nhận và tinh sạch từ nhiều nguồn gốc, được thương mại hoá với
những tên gọi khác nhau.
Một số enzyme đông tụ sữa trong sản xuất phômai:
Nhóm Nguồn gốc Tên enzyme
Thực vật Cynara Cardunculus Cyprosin 1,2,3 và cardosin A,B
Động vật Dạ dày bê
Dạ dày cừu
Dạ dày dê
Dạ dày heo
Chymosin A và B, Pepsin A và
gastricsin
Chymosin và pepsin
Chymosin và pepsin
Pepsin A, B và gastricsin
VSV Rhizomucor miehei
Rhizomucor pusillus
Cryphonectria
parasitica
Aspartic protease
Aspartic protease
Aspartic protease
VSV chuyển
gen chymosin
từ bê
Aspergilus niger
Kluyveromyces lactics
Chymosin B

Chymosin B
II.2.1. Đặc điểm của một số loại chế phẩm enzyme từ động vật:
− Các chế phẩm enzyme từ động vật là nhóm enzyme đông tụ sữa đầu tiên được sử dụng
trong sản xuất phômai.
− Enzyme phổ biến nhất là enzyme rennet, được tách chiết từ ngăn thứ tư của dạ dày bê.
Rennet là hỗn hợp của chymosin (rennin) và pepsin. Tuy nhiên, thành phần chủ chốt là
chymosine. Tỷ lệ pepsin/chymosin thay đổi, vì chymosin chỉ hiện diện trong dạ dày
của động vật chưa cai sữa và sau đó được thay thế bởi pepsin, hàm lượng chymosin
phụ thuộc vào tuổi và loại động vật. Thông thường, hàm lượng chymosin chiếm từ 80
– 90% và pepsin chỉ khoảng 10 – 20% (tính theo protein). Khi bê trưởng thành tỷ lệ
thành phần enzyme sẽ thay đổi, hàm lượng pepsin sẽ tăng đến 80 – 90%. Vì thế hoạt
tính của chymosin không thể tối ưu cho việc chế biến phô mai.Do đó, Rennet cần được
cải tiến để thích ứng với công nghệ sản xuất phô mai. Hướng phát triển hiện nay là
thay đối cấu trúc enzyme nhằm gia tăng hiệu suất thủy phân một số liên kết trong
casein và hạn chế những liên kết khác.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 11
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Trong công nghệ truyền thống, rennet được tách chiết từ mô ruột của động vật bằng
dung dịch muối NaCl 10%. Sau đó enzyme được bảo quản trong dung dịch muối NaCl
20% có bổ sung natri benzoate hoặc natri propionate.
 Chymosin
− Chymosin: là enzyme có hoạt tính đông tụ sữa rất cao nhưng khả năng xúc tác protein
của chymosin kém hơn nhiều so với các protease khác.
− Chymosin có thể tồn tại dưới dạng không hoạt động zymogen, được gọi là
prochymosin
− Prochymosin có trọng lượng phân tử khoảng 36000 – 37000Da và điểm đẳng điện pI =
5. Trong môi trường kiềm, prochymosin bền hơn chymosin nhưng nếu pH >= 11
prochymosin bị mất khả năng chuyển hóa thành chymosin. Trong điều kiện pH = 6,5
và ở nhiệt độ phòng , sau 24 giờ có khoảng 5% prochymosin tự chuyển hóa thành
chymosin dưới tác dụng của pepsin bằng cách tách khỏi phân tử prochymosin một đoạn

polypeptide có phân tử lượng khoảng 5300 – 6300Da.
− Chymosin trong dạ dày bê tồn tại trong dạ dày bê dưới hai dạng A và B và chúng có
một số đặc điểm khác nhau sau:
Chymosin A Chymosin B
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 12
Enzyme renin
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Vị trí acid amin số 244 trong mạch
protein là acid aspartic
Kém bền, dễ bị phânn hủy thành
chymosin C ở pH thấp
Hoạt tính riêng cao hơn: 290 đơn vị
IMCU/mg
Vị trí acid amin số 244 trong mạch
protein là glycine
Bền hơn, không bị phân hủy thành
chymosin C
Hoạt tính riêng thấp hơn: 223 đơn vị
IMCU/mg
− Renin làm biến đổi casein thành paracasein có khả năng kết tủa trong môi trường sữa
có đủ nồng độ Ca
2+.
Đây là quá trình đông tụ sữa rất điển hình, được nghiên cứu và
ứng dụng đầy đủ nhất.
− Quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của rennin thực chất là quá trình thủy
phân hạn chế κ-casein, vỏ háo nước bị phá hủy do đó các ion canxi dễ dàng tiếp cận
với các casein α-, β- tạo thành paracasein và paracasein làm cho chúng tạo gel. Renin
thủy phân liên kết peptit giữa Phe-Met (ở vị trí 105 – 106) của κ-casein để tạo ra
caseinopeptit hòa tan và paracasein không hòa tan. Phản ứng này không phụ thuộc vào
ion Ca

2+
.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 13
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Paracasein kết hợp với Canxi tạo thành quện sữa (gel).
− Trong quá trình này, dưới tác dụng của enzyme rennin, casein và paracasein của sữa sẽ
bị phân giải một phần tạo pepton và amino acid (tyrosine, tryptophan…) tập trung tại
cục đông tồn tại ở dạng dung dịch.
− Như vậy rennin trong một vai trò rất quan trọng trong quá trình đông tụ của sữa, do đó
nguồn cung cấp rennin là rất quan trọng. Trong thực tế thì nguồn khai thác rennin rất
hạn chế nên người ta thường dùng phối hợp các protease khác như rennin của bò hoặc
pepsin của lợn.
− Pepsin A: thường được tìm thấy trong hệ tiêu hóa các động vật có vú
− Pepsin B: được tìm thấy trong dạ dày heo với hàm lượng khá thấp. khả năng đông tụ
sữa của pepsin B kém.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 14
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Gastriscin: enzyme này thuộc nhóm aspartic protease và còn được gọi là pepsin B, C,
I, II, III, 6 hoặc 7.
II.2.2. Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ thực vật:
− Một số chế phẩm enzyme từ thực vật cũng có thể làm đông tụ casein sữa. Quan trọng
nhất là enzyme được chiết từ Cynara carduculus. Enzyme này thuộc nhóm aspartic
protease và khả năng gây đông tụ sữa của nó không kém chymosin (ngày xưa được
người Bồ Đào Nha sử dụng để đông tụ phomate). Hiện nay chế phẩm này không sản
xuất được trên quy mô lớn và thương mại hoá, mà chỉ được sản xuất thủ công và sử
dụng tại một số địa phương.
− Các enzyme từ thực vật có khả năng đông tụ tương đối tốt nhưng có một bất lợi là
phomate thường bị đắng sau quá trình tồn trữ.
II.2.3. Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ vi sinh vật:
− Một số loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme có hoạt tính đông tụ sữa. Tuy

nhiên, tính đặc hiệu của chúng lại khác nhau. Chính vì tính đặc hiệu không cao như
các enzyme từ động vật nên nó chỉ dùng cho phomate tươi, vì hoạt lực thuỷ phân của
các enzyme này thường khá cao, nên sau khi đông tụ, các enzyme này lại tiếp tục thuỷ
phân, do đó, làm phá vỡ cấu trúc định hình của phomate, đôi khi tạo vị đắng. Các loại
enzyme này chỉ được sử dụng để sản xuất phomate tươi.
− Đáng chú ý nhất là enzyme đông tụ sữa từ Rhizomucor miehei và Rhizomucor pusillus.
Enzyme này bền nhiệt và có hoạt lực thuỷ phân protein cao. Enzyme đông tụ sữa từ
Cryphonectria parasitica là một protease với hoạt tính thủy phân protein rất cao.
− Gần đây có nghiên cứu sản xuất protease từ vi sinh vật có đặc tính renin như ở các loài
Eudothia Parasitica và Mucor Purillus.
II.2.4. Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ vi sinh vật
chuyển gene:
− Vào đầu năm 1980, những thành tựu của kỹ thuật di truyền đã giúp các nhà nghiên cứu
tìm ra chymosin đầu tiên bắt nguồn từ vi khuẩn biến đổi gen (Escherichia coli,
Kluyveromyces lactis and Aspergillus niger). Khi nuôi cấy các VSV này chúng sẽ sinh
tổng hợp enzyme gây đông tụ sữa với phân tử protein có trật tự các acid amin hoàn
toàn giống với chymosin được chiết từ bê. Các chế phẩm enzyme này được gọi là
chymosin được sản xuất theo phương pháp lên men.(Fermentation Produced
Chymosin – FPC). Ngày nay khoảng 90% phomat cứng được làm bằng cách sử dụng
chymosin từ các vi khuẩn biến đổi gen.
− Các enzyme công nghệ sinh học này hoạt động theo đúng như hoạt động của rennin bê
nhưng hoạt động của chúng có thể dự đoán được và chúng tinh sạch hơn. Các enzyme
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 15
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
như thế nhận được sự ủng hộ của tổ chức những người an chay và của một vài người
có thẩm quyền trong tôn giáo. Chymosin thu được từ các sinh vật biến đổi gen đã được
giám sát để kiểm tra nghiêm ngặt để bảo đảm sự tinh sạch.
− Các chế phẩm enzyme gây đông tụ casein trong sữa rất đa dạng. Trong công nghệ sản
xuất phômai hiện nay, nhóm enzyme tách chiết từ động vật có tỷ lệ sử dụng cao nhất
và cũng là nhóm enzyme đông tụ sữa đầu tiên được sử dụng trong sản xuất phomate.

Tuy nhiên nhóm chế phẩm chymosin được sản xuất bằng phương pháp lên men sẽ
được sử dụng phổ biến trong tương lai
III. Cơ sở khoa học của phương pháp đông tụ protein sữa
III.1. Cơ sở khoa học của phương pháp đông tụ protein sữa bằng điều chỉnh
pH:
− Casein trong sữa tồn tại dưới dạng micelle. Chúng có điểm đẳng điện pI=4,6. Theo
Cheftel J.C và cộng sự cho rằng khi bảo quản sữa tươi ở 4 – 7
0
C, các micelle sẽ bị
phân ly một phần thành các sub-micelle, sau 24 giờ có đến 50% β-casein tách khỏi cấu
trúc micelle trong sữa. Khi gia nhiệt sữa trở lại, các phân tử β-casein sẽ liên kết chậm
chạp lại với các micelle ban đầu. Như vậy sữa được bảo quản trong thời gian dài ở
nhiệt độ thấp sẽ có hàm lượng casein hòa tan cao. Quá trình đông tụ casein hòa tan sẽ
khó khăn và không triệt để bằng các casein tồn tại dưới dạng micelle.
− Nếu ta đưa pH sữa về giá trị điểm đẳng điện của casein sẽ làm tăng lực hút tĩnh điện
giữa các phân tử với nhau. Khi đó, tương tác giữa các gốc kỵ nước của những phần tử
protein sẽ chiếm ưu thế, casein sẽ chuyển sang trạng thái không tan và sẽ xuất hiện
các khối đông tụ trong sữa.
− Độ pH của sữa sẽ giảm nếu axit được bổ sung hoặc sữa có chứa các vi khuẩn sinh axit.
Sữa, thông thường có độ pH vào khoảng 6.5-6.7, khi được axit hóa thì một vài quá
trình sẽ xảy ra:
− Trước hết photphat canxi có trong micelle casein sẽ hòa tan và tạo ra các ion Ca
2+
, các
ion này sẽ thâm nhập cấu trúc micelle và tạo nên những liên kết nội bền vững.
− Sau đó độ pH của sữa sẽ tiến đến điểm đẳng điện của từng loại casein. Điểm đẳng điện
là điểm mà tại đó khả năng hòa tan của casein là thấp nhất và thường nằm trong
khoảng 4.2 -4.7.
− Hai quá trình này khởi đầu sự thay đổi trong chính những micelle, bắt đầu là sự tăng
về kích thước của micelle thông qua qúa trình kết tụ và cuối cùng tạo thành một khối

kết tụ đặc.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 16
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Sự phân tách của sữa đông và whey
III.2. Cơ sở khoa học của phương pháp đông tụ casein bằng enzyme:
− Quá trình đông tụ sữa bằng enzyme được chia thành ba giai đoạn;
Giai đoạn 1: Enzyme chymosin xúc tác thủy phân liên kết peptide tại một vị trí đặc
hiệu trong phân tử κ-casein.
− Các phân tử κ-casein giữ vai trò quan trọng troong việc ổn định cấu trúc micelle của
sữa. Đầu amino của κ-casein (đầu ưa béo) được liên kết với các phân tử α-, β-casein
trong micelle luôn hướng về phía tâm micelle, còn đầu carboxyl ( đầu ưa nước) luôn
hướng ra ngoài vùng biên micelle.
− Chymosin sẽ xúc tác thủy phân liên kết peptide tại vị trí giữa acid amin số 105 (phe)
và acid amin số 106 (met) trong phân tử k-casein.
− Kết quả là phân đoạn caseinomacropeptide được tách khỏi phân tử k-casein và hòa tan
vào dung dịch. Riêng phân đoạn paracasein vẫn còn gắn lại trên các gốc micelle để tập
hợp lại với nhau chuẩn bị tạo khối đông.
− Trong giai đoạn thứ nhất chỉ có các phân tử k-casein bị thủy phân tại enzyme
chymosin tại vị trí liên kết đặc hiệu nói trên. Các phân tử -casein gần như không thay
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 17
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
đổi. Độ nhớt sữa vào thời điểm đầu của phản ứng thủy phân k-casein bị giảm nhẹ
nhưng lại tăng dần cho đến khi các khối đông tụ bắt đầu xuất hiện.
Giai đoạn 2: Đông tụ casein.
− Ở giai đoạn này, các micelle sau khi bị mất đoạn caseinomacropeptide trong phân tử k-
casein bắt đầu liên kết lại với nhau. Đó là hiện tượng giảm sự tích điện bề mặt của
micelle từ đó lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle cũng bị giảm. Bề mặt trở nên ưa béo
hơn do chỉ chứa các phân đoạn paracssein k và chúng có thể liên hợp lại với nhau một
cách dễ dàng hơn. Ngoài ra, phần tích điện dương của phân đoạn paracssein k có thể
tương tác với phần điện tích âm của -casein. Cầu calci photphate xuất hiện giữa các

micelle và góp phần làm tăng kích thước khối đông tụ.
− Trong quá trình liên hợp lại với nhau để tạo nên khối đông, các micelle sẽ kéo theo
một số phân tử lipid và các hợp chất khác có trong sữa như lactose, vitamin…. Như
vậy,trong cấu trúc gel của khối đông, ngoài casein là thành phần chính, người ta còn
tìm thấy lipid, lactose, nước và một số thành phần khác.
− Các nhà nghiên cứu cho rằng sự đông tụ sữa chỉ xảy ra khi có hơn 85% k-casein trong
micelle bị thủy phân bởi enzyme. Khi sử dụng chymosin để đông tụ, hàm lượng casein
thu được trong khối đông có thể lên đến 95% tổng lượng caseiin ban đầu có trong sữa.
Ngược lại, khi sử dụng các protease từ nấm sợi để đông tụ thì hiệu suất thu hồi casein
trong khối đông chỉ đạt được 40 – 45%. Bên cạnh đó quá trình thủy phân protein diễn
ra mạnh mẽ và làm tăng đáng kể hàm lượng nitơ trong huyết thanh sữa.
Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình đông tụ và tách huyết thanh sữa
− Khi casein đã đông tụ hoàn toàn, người ta thực hiện giai đoạn tách khối đông ra khỏi
huyết thanh sữa. Ở giai đoạn này , enzyme chymosini không làm thay đổi đáng kể cấu
trúc khối đông. Hàm lượng nitơ amin trong sữa gần như không thay đổi.
− Nếu dùng các protease VSV làm tác nhân đông tụ sữa, độ cứng của khối đông tụ sẽ bị
giảm và hàm lượng nitơ amin trong khối đông tiếp tục gia tăng.
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đông tụ protein trong sữa:
IV.1. Hàm lượng enzyme sử dụng:
− Chế phẩm enzyme đông tụ sữa ở dạng lỏng hoặc dạng bột. Hoạt tính của của chúng
thường được biểu diễn dưới một tỷ lệ. Ví dụ: chymosin có hoạt tính dao độnng từ
1:10000 – 1:15000. Điều đó có nghĩa là 1 phần chymosin có thể làm đông tụ được
10000 – 15000 phần sữa trong thời gian 40 phút ở 35
0
C.
− Hàm lượng chymosin sử dụng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân liên kết
peptide đặc hiệu trong phân tử k-casein. Còn tốc độ quá trình đông tụ sữa lại phụ thuộc
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 18
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
vào tần số va chạm của các micelle đã giải phóng được lớn phân đoạn

caseinomacropeptide trên bề mặt chúng. Như vậy hàm lượng chymosin sử dụng sẽ ảnh
hưởng gián tiếp đến tốc độ đông tụ sữa và cấu trúc của khối đông.
− Hàm lượng chymosin sử dụng càng cao thì tốc độ phản ứng thủy phân k-casein sẽ càng
lớn, số micelle giải phóng được phân đoạn caseinomacropeptide trên bề mặt chúng sẽ
càng nhiều, tốc độ quá trình đông tụ sẽ nhanh hơn.
− Trong thực tế sản xuất, nếu chymosin có hoạt lực 1: 10000 – 1: 15000 thì người ta sử
dụng 30ml enzyme cho 100kg sữa tươi. Ta cần hòa lượng enzyme trên trong một thể
tích nước tối thiểu gấp hai lần thể tích enzyme rồi cho vào bồn đông tụ đã chứa sẵn
nguyên liệu sữa tươi, sau đó khuấy đều trong thời gian 2 – 3 phút. Ta có thể sử dụng
đầu phun để phân bố đều dung dịch chymosin lên bề mặt khối sữa trong bồn đông tụ.
IV.2. pH:
− Hoạt tính enzyme phụ thuộc vào pH. Giá trị pH tối ưu của chymosin là 6. Khi giảm pH
sữa từ 6,6 – 6,7 về giá trị 6,0 thì tốc độ đông tụ sữa được cải thiện đáng kể.
− Ngoài ra pH cũng ảnh hưởng đến cấu trúc micelle trong sữa. Khi ta giảm pH
phosphate calci bị tách ra khoỏi cấu trúc micelle, làm giảm điện tích micelle, nhờ đó
thời gian đông tụ sữa sẽ được rút ngắn.
IV.3. Nhiệt độ:
− Theo nghiên cứu, khi nhiệt độ nhỏ hơn 15
0
C, quá trình đông tụ sữa bởi chymosin
không diễn ra được. Thực tế ở nhiệt độ dưới 15
0
C, enzyme chymosin vẫn xúc tác thủy
phân liên kết peptide đặc hiệu trong phân tử k-casein để giải phóng ra
caseinomacropeptide. Tuy nhiên các phân tử -casein từ vùng trung tâm sẽ nhô ra bề
mặt ngoài micelle và làm cho các micelle không tập hợp lại được với nhau, trạng thái
keo của micelle trong sữa trở nên ổn định và bền vững.
− Nhiệt độ tăng sẽ làm tăng tốc độ phản ứng hóa sinh và tăng tần số va cham giữa các
micelle đã giải phóng được các đoạn caseinomacropeptide trên bề mặt của chúng. Kết
quả là tốc độ đông tụ của sữa gia tăng.

− Nhiệt độ tối ưu cho quá trình đông tụ casein trong sữa khoảng 42,5 – 45
0
C.
IV.4. Calci:
− Ion Ca
2+
sẽ làm giảm điện tích của các casein do chúng tạo liên kết với các nhóm tích
điện trong phân tử casein, do đó sẽ làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle với
nhau và giúp cho quá trình đông tụ sữa diễn ra nhanh và dễ dàng hơn.
− Trong sản xuất, người ta thường dùng muối CaCl
2
để bổ sung vào sữa trước khi thực
hiện quá trình đông tụ. Hàm lượng dùng từ 5 – 20g cho 100kg sữa tươi.
− Việc bổ sung CaCl
2
có thể làm giảm nhẹ pH sữa. Hiện tượng này cũng có lợi cho quá
trình đông tụ.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 19
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
− Nếu bổ sung Ca
2+
với hàm lượng quá cao, khối đông tụ trở nên cứng hơn và có thể gây
khó khăn cho việc cắt khối đông và các giai đoạn chế biến tiếp theo trong sản xuất
phômai.
− Đối với những sản phẩm phômai có hàm lượng chất béo thấp, ở một số nước người ta
thường bổ sung Na
2
HPO
4
vào sữa với hàm lượng 10 – 20g/kg trước khii cho CaCl

2
vào. Khi đó độ dẻo của khối đông được cải thiện đáng kể do sự tạo thành dạng keo
Ca
3
(PO
4
)
2
chúng có chức năng tạo khối đông tương tự như các hạt cầu béo.
IV.5. CO
2
:
− CO
2
có thể tìm thấy trong sữa tươi. Việc bổ sung CO
2
vào sữa sẽ làm giảm pH tự nhiên
của sữa xuống 0,1 – 0,3 đơn vị. khi đó thời gian đông tụ sữa rút ngắn. Việc bổ sung
CO
2
vào sữa giúp chúng ta tiết kiệm được một lượng nhỏ enzyme đông tụ sữa cần dùng
mà thời gian đông tụ vẫn không thay đổi.
IV.6. Thíết bị và thông số :
− Sử dụng bể đông hình chữ nhật , họat động theo phương bán cơ giới .
− Lượng chế phẩm chymosin sử dụng là 190 - 230ml/1000L sữa tươi . Nhiệt độ sữa
đông tụ là 36 - 39
o
C thời gian đông tụ kéo dài 30 - 45phút . Sự đông tụ chỉ xảy ra khi
có hơn 85% к - casein trong micelle bị thủy phân bởi enzyme . Khi chúng ta sử dụng
chymosin để đông tụ , tổng lượng casein thu được trong khối đông có thể lên đến 95%

tổng lượng casein ban đầu có trong sữa . Ngược lại , khi sử dụng cacprotease từ nấm
sợi để đông tụ , hiệu suất thu hồi khối casein trong khối đông tụ sẽ là 40 - 45% .
V. Thiết bị đông tụ protein trong sữa:
V.1. Bể đông tụ sữa
− Bể đông tụ sữa hình hộp chữ nhật, xung quanh là lớp vỏ áo để dẫn tác nhân điều nhiệt
nhằm ổn định nhiệt độ sữa chứa trong bể. Trên thân thiết bị, tại vị trí gần sát đáy là cửa
bể bơm sữa vào bồn và để tháo huyết thanh sữa ra khỏi bồn. dưới đay là hệ thống chân
đỡ. Phía trên thiết bị là một thanh đỡ nơi gắn các cánh khuấy, hệ thống dao cắt hoặc
bảng ép tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng ở những thời điểm khác nhau trong quá trình
đông tụ casein.
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 20
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 21
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 22
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 23
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 24
GVHD: Lê Thị Hồng Ánh
Quá trình đông tụ protein trong sản xuất sữaPage 25