ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN PRÔTEIN SỮA TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN,CHẾ BIẾN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

*******

ĐỀ TÀI
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN PRÔTEIN SỮA
TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN,
CHẾ BIẾN
GVHD: ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG
NHÓM: 7
Thành viên:
Mai Thanh Thanh

13116124

Khương Thị Thanh Thảo

13116127

Nguyễn Thị Quỳnh Trâm

13116154

Lương Thị Thùy Trâm

13116180

Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
TP HỒ CHÍ MINH, 11/2015

Mục lục

PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1: Thành phần hóa học của một số loại
sữa……………………………………….

4

Bảng 2: Tỷ lệ của casein và protein hòa tan (%)
…………………………………………

8

Bảng 3: Tỷ lệ các loại casein trong protein
sữa………………………………………….

9

Bảng 4: Tỷ lệ các loại protein hòa tan trong
sữa………………………………………..

10

Bảng 5: Ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, Ph lên hiệu quả tác động của áp
suất cao đổi với alpha-lactalbumin và betalactoglobulin……………………………………….

17

PHỤ LỤC HÌNH
Hình 1: Cấu tạo của một micenlle casein
...............................................................................................................................
9
Hình 2: Cấu trúc α-lactalbumin…………………………………………………………
11
Hình

3:

Cấu

trúc

lactoglobulin…………………………………………………………11
2

β-


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
Hình

4:

Cấu

trúc

Immunoglobulins…………………………............................................12
Hình 5: Cấu trúc
lactoferrin……………………………………………………………...12
Hình 6: Sự hình thành cầu sulphur gây biến tính whey
protein........................................14
Hình 7: Sự biến tính giữa k- casein và ßlactoglobulin………………………………….14
Hình 8: Ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình cuarcacs casein
micelle…….17
Hình 9: Sự suy thoái protein
sữa…………………………………………………………24

LỜI MỞ ĐẦU
Sữa là loại thức uống đặc biệt, mềm, dễ tiêu hóa và dễ hấp thu, cung cấp
nhiều chất dinh dưỡng và có mùi vị thơm ngon. Ngày nay các sản phẩm làm từ
sữa xuất hiện ngày càng đa dạng và phong phú về chủng loại đáp ứng được nhu
cầu, thị hiếu ngày càng cao của người tiêu dùng. Không dừng lại ở đó, công
nghiệp sản xuất các sản phẩm sữa hiện nay đang được nghiên cứu sâu hơn và
3


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
định hướng nhiều hướng phát triển mới. Để thực hiện được điều đó việc áp
dụng và điều chỉnh các yếu tố công nghệ phù hợp là một yếu tố vô cùng quan
trọng giúp đa dạng hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong sữa protein là
thành phần chính có vai trò quyết định đối với tính chất và giá trịnh dinh dưỡng
của sản phẩm sau chế biến vì thế ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến
protein sữa trong quá trình bảo quản và chế biến là vấn đề đang được quan tâm
hàng đầu. Bài viết sau đây sẻ giúp chúng ta tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này.

4


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

1. Giới thiệu[1]
1.1 Đặc điểm, thành phần và cấu trúc của sữa
Sữa là chất lỏng sinh lý do các tuyến sữa tổng hợp được từ các hợp chất có
trong máu, được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi
sống động vật non. Sữa là một thực phẩm giàu chất dinh dưỡng cần thiết cho sự
phát triển của cơ thể. Những chất này có khả năng đồng hóa cao vì vậy từ lâu
con người đã biết sử dụng sữa như một loại thực phẩm rất bổ dưỡng cho cơ thể
nhất là đối với trẻ sơ sinh. Trong sữa có chứa glucid, protein, lipid, một số
khoáng chất và vitamin. Những hợp chất này rất cần thiết cần thiết trong khẩu
phần ăn hằng ngày của con người.
+ Thành phần vật lý của sữa
Sữa tươi ở dạng lỏng, hơi nhớt có màu trắng đục hay vàng nhạt, có mùi thơm
đặc trưng, vị hơi ngọt.
Sữa thường có đặc điểm và tính chất sau:
• Tỷ trọng

: 1,028 – 1,038

• Nhiệt độ đông đặc

: - 0, 550C

• pH

: 6,5 – 6,6

• Độ axit tính bằng độ Donic 0D
• Chỉ số khúc xạ ở 200C

: 16 – 18
: 1,35

+ Thành phần hóa học của sữa
Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương
pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống
và nhiều yếu tố khác.
Bảng 1: Thành phần hóa học của một số loại sữa
Sữa

Nước (%)

Người
Bò
Dê
Ngựa
Trâu

85
87
89
82
85

Chất khô
(%)
12.0
12.4
13.0
10.5
17.9

Protein (%)

Lipid (%)

Glucid (%)

Tro (%)

1.2- 1.5
3.3
3.1
1.7
4.5

3.5
3.7
4.3
2.0
7.7

6.0 – 7.0
4.7

4.8
6.5
4.8

0.3
0.7
0.8
0.3
0.8

5


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
 Các thành phần trong sữa
 Protein (casein và whey protein )
Sữa là một nguồn protein tuyệt vời bởi các protein trong sữa có cấu trúc
phân tử lớn, không hòa tan trong nước. Có hai loại protein trong sữa casein và
whey. Các protein casein trong sữa kết hợp với một số khoáng chất trong sữa và
hình thành các mixen (chứa khoảng 65% nước, còn lại là các casein và
khoáng gồm canxi, magie, photphat…). Ánh sáng phản xạ từ các mixen làm cho
sữa có màu trắng. Protein casein sẽ đông lại, tách khỏi nước khi có axit. Casein
trong sữa “túm tụm” lại với nhau và hoạt động như những bọt biển nhỏ để giữ
nước. Chúng có thể chứa và giữ tới 70% nước cho mỗi mảnh cợn sữa. Axit,
muối hay nhiệt độ cao có thể khiến các casein đông này bị mất nước. Đạm whey
cũng bị đông lại dưới sức nóng, chứ không phải là axit và muối.
 Chất béo
Sữa cũng là một nguồn chất béo dồi dào. Chất béo nổi trên sữa nước. Có
nhiều loại chất béo khác nhau trong sữa. Các chất béo trong sữa thường có
cholesterol thấp. Trong bơ, hàm lượng chất béo cao hơn và thường giá của nó

cũng cao hơn sản phẩm sữa. Ở sữa tươi, những hạt chất béo sẽ gắn kết với
nhau, lớn đến mức nổi lên bề mặt sữa, tạo ra 2 lớp khác nhau. Để ngăn chặn
điều này xảy ra, hầu hết sữa đóng hộp đều phải được xử lý chia nhỏ các phân tử
chất béo để tạo sự đồng nhất.
 Đường lactose
Sữa cũng chứa một số carbon hydrate dưới dạng đường tự nhiên.
Đường trong sữa được gọi là lactose và chỉ tìm thấy trong trong sữa. Lactose
tạo vị hơi ngọt cho sữa. Lactose chỉ có thể được tiêu hóa bởi 1 enzyme đặc biệt
do cơ thể sản xuất.
Một số người không thể uống sữa tươi vì họ không thể tiêu hóa lactose trong
sữa. Cơ thể họ thiếu enzym lactase trong hệ tiêu hóa. Không có lactase, lactose
không thể phân chia thành glucose và galactose để có thể hấp thụ và đốt cháy
thành năng lượng. Khi lactose lên men trong hệ tiêu hóa, nó sẽ sinh ra khí và 1
số axit (những người bất dung nạp lactose sẽ không thể chuyển hóa năng lượng
từ lactose). Lactose sẽ bị caramen hóa khi sữa được làm nóng và sẽ biến sữa
thành màu xỉn.
6


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
 Nước
Nước tự do chiếm 96-97% tổng lượng nước. Nó có thể tách được trong quá
trình cô đặc, sấy vì không có liên kết hóa học với chất khô. Nước tự do có thể
bốc hơi trong quá trình bảo quản pho mát hoặc cũng có thể bị ngưng tụ ngay
trên bề mặt. Khi bảo quản sữa bột, nước tự do xâm nhập vào làm cho sữa bột bị
vón cục.
Nước liên kết chiếm 1 tỷ lệ nhỏ, khoảng 3-4%. Hàm lượng nước liên kết phụ
thuộc vào các thành phần nằm trong hệ keo: protein, các photphatit, poly sacarit.
Nước liên kết thường được gắn với các nhóm như –NH2, -COOH, OH, =NH,
-CO-NH ... Hàm lượng nước liên kết trong các sản phẩm sữa rất khác nhau. Ví

dụ: trong sữa gầy có 2,13 -2,59% nước liên kết, sữa đầu có 4,15% nước liên
kết, nước tách ra trong quá trình sản xuất bơ chỉ có 1,75% nước liên kết. Nước
liên kết đóng băng ở nhiệt độ < 0 ֩C, không hòa tan muối, đường.
 Vitamin
Sữa là thức ăn có chứa rất nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể, nhưng
hàm lượng các vitamin không cao lắm. Số lượng và hàm lượng các loại vitamin
trong sữa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thức ăn, điều kiện chăn nuôi, giống
loài và tuổi của các loại gia súc. Trong sữa bò có rất nhiều loại vitamin tan trong
chất béo (vitamin A, D, E, K…), nhóm vitamin tan trong nước (vitamin B1, B2,
B12, C, PP…)
 Khoáng
Hàm lượng chất khoáng trong sữa khoảng 0.6-0.8% tùy từng loại sữa. Hàm
lượng khoáng trong sữa bò khoảng 0.7%. Chất khoáng trong sữa có rất nhiều
loại như: kali, canxi, natri, magiê, sắt, mangan, iốt, nhôm, crom,... Trong đó, kali
và canxi nhiều nhất. Các loại muối khoáng ở trong sữa có nhiều loại, phổ biến là
muối photphat, clorua, citrat, caseinat
 Enzyme
Các enzyme là các protein có khả năng kích hoạt các phản ứng hóa học và
ảnh hưởng đến giai đoạn và tốc độ của phản ứng. Enzyme xúc tác phản ứng mà
không bị biến đổi về lượng nên được gọi là xúc tác sinh học. Hai yếu tố ảnh
hưởng mạnh đến tính chất của enzyme là nhiệt độ và pH. Nhiệt độ thích hợp của
7


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
enzyme là 25-500C, nhiệt độ thấp làm ngừng hoạt động của enzyme, nhiệt độ
cao làm phân hủy enzyme. Trong sữa có nhiều loại enyme khác nhau, chúng
ảnh hưởng tới chất lượng của sữa và các sản phẩm chế biến từ sữa.
 Các chất khí
Trong sữa tươi thường có chứa một số chất khí như khí nitơ, khí cacbonic,

khí oxi… Hàm lượng các chất khí trong sữa không nhiều: trong một lít sữa có
khoảng 50-90 ml các chất khí. Các chất khí thường tạo thành các bọt khí ở trong
sữa, chính những bọt khí này là nơi thích hợp cho các loại vi sinh vật “ẩn nấp” và
phát triển. Vì vậy sữa càng có nhiều chất khí càng không có lợi. Trong quá trình
khử trùng, hàm lượng các chất khí ở trong sữa giảm.
1.2 Thành phần protein trong sữa
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 và whey protein. Whey protein là thuật ngữ thường
được dùng như là một từ đồng nghĩa với protein huyết thanh của sữa, nhưng
nên dùng nó để chỉ protein trong whey từ quá trình sản xuất pho mát. 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 dich 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.
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

8


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

Bảng 2: Tỷ lệ của casein và protein hòa tan (%)

9


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
1.2.1 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 26g cho 1 lít sữa. Casein là một photphoprotein,
trong thành phần của nó có gốc acid photphoric. Casein có nhiều nhóm chức tự
do như: amin, -COOH, = NH, -OH, -HS….Nhờ các nhóm này mà casein có khả
năng tham gia các phản ứng hóa học. Trong sữa casein tồn tại dưới dạng
caseinat và nó kết hợp với canxiphotphat tạo thành phức hợp
caxiphotphatcaseinat (micelle).
Casein được chia làm bốn nhóm phụ γ casein, β casein, κ casein, α 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 casein α- và β 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. 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 cho thấy các micelle casein bao gồm một phức hợp
các dưới-micelle, 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 dưới-micelle và có thể có kích
thước lớn tới 0.4 µm

10

Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

Hình 1: Cấu tạo của một micenlle casein

Bảng 3: Tỷ lệ các loại casein trong protein sữa

1.2.2 Whey protein
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 phomát. 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 chiếm gần 20% protein trong sữa. Chúng rất dễ hòa tan và có
thể được xếp vào chia thành các nhóm sau:
11


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
•

α-lactalbumin

•

β-lactoglobulin

•

Albumin huyết thanh

•

Immunoglobulins

•

Protein hỗn tạp và polypeptide

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.
Bảng 4: Tỷ lệ các loại protein hòa tan trong sữa

 α-lactalbumin

12


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

Hình 2: 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

Hình 3: cấu trúc β-lactoglobulin
Protein chỉ được tìm thấy ở loài có móng vuốt và là thành phần chính của
whey protein sữa bò. Nếu sữa được đun nóng trên 60°C, quá trình biến tính sẽ
bắt đầu khiến cho khả năng phản ứng của các amino axit chứa lưu huỳnh trong
β-lactoglobulin đóng vai trò quan trọng. Ở nhiệt độ cao, các hợp chất chứa lưu
huỳnh được giải phóng dần dần. Những hợp chất này đóng góp một phần vào
việc tạo hương vị “nấu” của sữa qua xử lý nhiệt.
 Immunoglobulins

13


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

Hình 4: cấu trúc Immunoglobulins
Immunoglobulins được tìm thấy trong máu hoặc 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 như vi khuẩn, virut. Immunoglobulin giữ vai trò
quan trọng trong việc bảo vệ động vật sơ sinh (kể cả con người) chống lại vi
khuẩn và bệnh tật.
 Lactoferrin

Hình 5: cấu trúc lactoferrin
Lactoferrin là một glycoprotein thuộc nhóm vận chuyển sắt. Ban đầu nó
được phân tách từ sữa bò, 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. Lactoferrin được xem là một protein đa chức năng. Nó đóng
một vài vai trò sinh học khác nhau. Với khả năng liên kết với sắt nên người ta
cho rằng lactoferrin có vai trò trong việc 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 và điều hòa miễn dịch.
14


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ lên protein sữa trong quá trình
bảo quản và chế biến
1.3.1 Nhiệt độ[2]
a. Nhiệt độ cao do tác động của quá trình gia nhiêt:
Whey protein nhạy cảm với nhiệt độ hơn so với casein (ß-lactoglobulin nhạy
cảm với nhiệt bắt đầu ở 60- 65◦C và hầu như biến tính hoàn toàn ở 90◦C trong 5
phút). Khi sữa bị gia nhiệt trên 60◦C, bắt đầu sự thay đổi cấu hình của protein
liên quan đến sự dãn ra của các polypeptide của globulin, sự biến tính bắt đầu
khi có sự tương tác giữa các amino acid chứa S và ß-lactoglobulin. Cầu sulphur
hình thành giữa các phân tử ß-lactoglobulin, giữa 1 phân tử ß-lactoglobulin và
một phân tử k- casein và giữa một phân tử ß-lactoglobulin và α-lactalbumin.

Hình 6: sự hình thành cầu sulphur gây biến tính whey protein
Khi nhiệt độ trên 100°C thì phần lớn các protein của lactoserum có thể ở
trạng thái liên kết với các mixen casein. Bề mặt của các mixen này bị biến đổi
làm cho chúng bền với proteaza (đặc biệt là với chimozin). Phức hợp ßlactoglobulin casein k được tạo thành có tác dụng làm bền các protein của sữa
đối với sự thanh trùng ở 120-140°c sau này cũng như đối với tác dụng đông tụ
của enzyme (Khi sữa bị gia nhiệt một số whey protein bị biến tính và tạo thành
phức hợp với k-casein, tạo tủa khi kết hợp với canxi giữa các phân tử casein.
Cục đông sản xuất từ sữa gia nhiệt sẻ không giải phóng whey giống như sữa
chưa gia nhiệt).

15

Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

Hình 7: sự biến tính giữa k- casein và ß-lactoglobulin
Ở nhiệt độ từ 110-120◦C, độ bền của protein sữa phụ thuộc rất mạnh vào pH. Từ
đó người ta phân biệt ra kiểu sữa:
-

Sữa kiểu A có độ bền bé nhất ở nhiệt độ 140◦C và ở pH= 6,8.
Sữa kiểu B có độ bền tăng liên tục cùng với pH.

Hiện tượng này bị chi phối do nhiều nhân tố khác nhau như sau:
-

Khi đính thêm các protein của lactoserum thì bề mặt của mixen bị xấu đi
làm cho điện thế và khá năng hydrat hóa của mixen bị thay đồi.

-

Trong quá trình gia nhiệt pH bị giảm (do tạo ra các acid hữu cơ từ lactoza
và từ phản ứng thủy phân phosphate hữu cơ của casein), nên làm cho sữa
nhạy cảm hơn với đông tụ nhiệt.

-

Khi gia nhiệt nghiêm ngặt sẽ làm biến đổi các casein. Vì nghèo cấu trúc bậc
2 và bậc 3 nên các casein không bị biến tính một cách thực thụ mà vẫn ở
dạng hòa tan khi ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, bắt đầu từ nhiệt độ 110°c 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.

-

Mặc dù hàm lượng nước cao, việc thanh trùng cũng kéo theo phản ứng
maillard làm cho một phần các gốc lizin bị mất hoạt động do đó sẽ ức chế
một giai đoạn phụ của quá trình đông tụ bang chimozin (nhóm 8- NH 2 của
lizin tham gia )

-

Nồng độ chất khô của sữa cũng có ảnh hưởng đến độ bền nhiệt, khi nồng
độ tăng sẽ làm giám đáng kể độ bền nhiệt của sữa và cũng làm tăng nguy
cơ tạo gel trong quá trình bảo quản.
Albumin và glubulin kém bền đổi với nhiệt hơn. Ngay ở 60°C albumin đã bắt
16


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
đầu bị biến tính và khi nhiệt độ càng tăng thì biến tính lại càng mạnh, ở 80-95°C
albumin bị biến tính hoàn toàn, globulin 75°C
Xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao hon 85°C khiến cho sữa có mùi thom đặc trung
(mùi hạnh nhân) do sự biến đổi các acidamin kèm theo sự tạo thành các nhóm
sunlfiiahydrin (-SH) của các protein.
b. Nhiệt độ thấp do tác động của quá trình xử lý lạnh

Khi bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp (2-6◦C) sẻ gây ra 2 kiểu biến đổi: khử bền
các mixen và proteolizo hạn chế.
Nhiệt độ thấp sẻ làm thay đổi cân bằng muối ( P và Ca) giữa các mixen và
pha hòa tan: hàm lượng Ca, P và casein của serum đều tăng lên, pH cũng tăng
lên một chút. Kết quả có thể tăng thời gian đông tụ, làm thay đổi độ cứng và làm

giảm hiệu suất của phomat. Có thể hồi phục lại tính chất ban đầu của sữa bằng
cách thêm một ít CaCl2, điều chỉnh về pH ban đầu hoặc xử lý nhiệt (60◦C trong
30 phút) để tái hấp thụ ß-casein vào trong mixen.
Lạnh cũng làm tăng sự thoái hóa của ß-casein thành ᵞ-casein. Tùy theo
nhiệt độ, thời gian bảo quản lạnh người ta nhận thấy hàm lượng ᵞ-casein của
sữa thay đổi rất lớn (2-10%). Quả vậy ß-casein khi di chuyển vào pha hòa tan
thường dễ bị thủy phân bởi các proteza sẵn có của sữa cũng như bởi các
proteza của vi khuẩn ưa lạnh. Các casein a S1 và k-casein cũng có thể bị thủy
phân bởi các proteza sẵn có của sữa để tạo ra casein εvàλ
Các quá trình proteolizo hạn chế này thường làm biến đổi thành phần của
mixen và do đó làm thay đổi tính chất vật lý và công nghệ của casein.
1.3.2

Áp suất[3]

a. Ảnh hưởng lên casein micelle
Phương pháp xử lí bằng áp suất cao chủ yếu làm thay đổi kích thước trung
bình của các casein micelle. Tùy vào giá trị của áp suất xử lí mà kích thước
trung bình của các casein micelle có thể tăng hay giảm theo các mức độ khác
nhau. Ngoài ra, các yếu tố: thời gian xử lí, pH sữa, nhiệt độ, sự có mặt của whey
protein cũng gây ra những ảnh hưởng nhất định tới hiệu qủa tác động của áp
suất lên các casein micelle.
Ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các casein micelle
17


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
-

Để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình của các casein

micelle, người ta tiến hành xử lí các mẫu sữa gầy (raw skim milk) tại các giá trị
áp suất khác nhau (0 - 800 MPa). Sau đó, tiến hành xác định kích thước trung
bình của các casein micelle bằng thiết bị quang phổ lượng tử Malvern
Zetamaster ( Malvern Instruments, Ltd, Malvern, Worcestershire, UK).
-

Theo Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, việc tiến hành xử lí ở

áp suất 200 MPa, nhiệt độ là 20°C trong thời gian 30 phút không gây được
những ảnh hưởng đáng kể nào lên kích thước trung bình của các casein micelle.
Khi áp suất tăng lên 250 MPa, cũng trong những điều kiện nhiệt độ và thời gian
như trên, kích thước trung bình các casein micelle tăng thêm 25%, trong khi tại
các giá trị áp suất cao hơn (300 - 800 MPa), lại làm giảm kích thước của các
casein micelle xuống, chỉ còn khoảng 50% so với các mẫu sữa ban đầu. Thông
thường, sự thay đổi kích thước ở đây xảy ra không thuận nghịch và có thể kéo
dài tới 48 giờ sau khi xử lí. Việc tăng nhiệt độ bảo quản mẫu đã qua xử lí với áp
suất cũng góp phần làm tăng thêm kích thước trung bình của các casein micelle
trong thời gian sau xử lí.

18


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa

Hình 8: ảnh hưởng của áp suất lên kích thước trung bình cuarcacs casein
micelle
b. Ảnh hưởng lên whey protein
Dưới tác dụng của áp suất, các thành phần whey protein có thể bị hiến tính, tùy
vào cấu tạo của từng loại whey protein mà mức độ biến tính có thể rất khác
nhau.



Ảnh hưởng của áp suất cao lên thành phần alpha-lactalbumin và beta-

lactoglobulin:

Tất cả các nghiên cứu đều thống nhất rằng,dưới tác dụng của áp suất,
beta-lactoglobulin kém bền hơn một cách đáng kể so với alpha-lactalbumin. Áp
suất cao làm beta- lactoglobulin dễ dàng bị biến tính theo các dạng khác nhau,
trong đó, có những kiểu biến tính tương tự như sự biến tính gây ra bởi nhiệt độ.
Beta-lactoglobulin biến tính ngay ở áp suất trên 100 MPa và mức độ biến tính
tăng cùng với sự gia tăng của áp suất xử lí (Thom Huppertz, Patrick F Fox và
Allan L Kelly, Lopez-Fandino và Olano, 1998b; Arias và cộng sự, 2000; Scollard
và cộng sự; 2000). Khi áp suất xử lí là 600 MPa, các phân tử beta-lactoglobulin
bị biến tính hoàn toàn. Trong khi đó, ở áp suất lớn hơn 400 MPa thì alphalactalbumin mới bắt đầu biến tính và mức độ biến tính chỉ đạt khoảng 72% sau
30 phút ở 800 MPa (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly). Hơn nữa,
sự biến tính xảy ra đối với các phân tử beta-lactoglobulin còn làm các phân tử
này mất khả năng hòa tan trong sữa và bị lắng xuống (kết tủa, sedimentable
denatured beta-lactoglobulin). Ở áp suất 400-800 MPa, có tới 80% betalactoglobulin biến tính có khả năng lắng xuống được (Thom Huppertz, Patrick F
Fox và Allan L Kelly).

19


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
Bảng 5: Ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, Ph lên hiệu quả tác động của áp suất cao đổi
với alpha-lactalbumin và beta-lactoglobulin

  Ảnh hưởng của áp suất cao lên thành phần serum albumin và

immunoglobulin:

Nhìn chung, cả serum albumin và immunoglobulin đều là những protein bền
dưới tác dụng của áp suất, cấu hình không gian của serum albumin vẫn không bị
thay đổi khi áp suất là 400 MPa (López-Fandino và cộng sự, 1996) trong khi
immunoglobulin có thể chịu được áp suất lên đến 300 MPa (Felipe và cộng sự,
1997)
Cơ sở khoa học:
 Giải thích sự tăng kích thước trung bình của các phân tử casein
micelle ở áp suất 250 MPa:
Sự tăng kích thước các phân tử casein micelle được ghi nhận sau khi xử lí trong
khoảng thời gian là 20 phút ở 250 MPa (Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L
Kelly). Có thể giải thích hiện tượng này theo hai cơ chế sau:
* Cơ chế 1: sự kết hợp giữa beta-lactoglobulin biến tính dưới tác dụng của áp

suất cao và casein micell:
-

Trong điều kiện bình thường, sự kết hợp giữa beta-lactoglobulin và casein
20


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
micelle không xảy ra. Sự kết hợp của beta-lactoglobulin với các phân tử casein
micelle có thể được giải thích như sau: tác dụng của áp suất cao làm thay đổi
cấu hình không gian của các phân tử beta-lactoglobulin, mà quan trọng trong
việc hình thành liên kết với casein micelle là việc các nhóm sulphydryl tự do
trong phân tử beta-lactoglobulin bị lộ ra ngoài. Các nhóm này có khả năng
tương tác với các phân tử alpha-lactalbumin, beta- lactoglobulin hay có thể cả
với as -casein, nhưng quan trọng nhất là với các phân tử kappa-casein thông

qua các phản ứng trao đổi sulphydryl-disulphide .
-

Theo Thom Huppertz, Patrick F Fox và Allan L Kelly, việc xử lí ở áp suất 250

MPa làm tăng kích thước trung bình của các casein micelle trong sữa gầy
nhưng kích thước casein micelle trong huyết thanh sữa gầy chứa protein tự do
(serum protein-free skimmilk) không tăng. Hơn nữa, cùng với việc tăng thời gian
xử lí (5-40 phút) ở 250 MPa sẽ làm xảy ra đồng thời sự gia tăng lũy tiến mức độ
beta-lactoglobulin biến tính có khả năng lắng xuống và kích thước casein
micelle. Một số ý kiến khác cũng cho rằng, tại các giá trị pH khác nhau cũng xảy
ra song song sự gia tăng mức độ beta-lactoglobulin biến tính lắng được và kích
thước casein micell. Trên đây đều là những bằng chứng quan trọng về vai trò
tương tác giữa casein micelle và beta-lactoglobulin trong việc làm tăng kích
thước của casein micell.
-

Tuy nhiên, sự gia tăng các beta-lactoglobulin biến tính lắng được ở áp suất 400

MPa lại không gây được ảnh hưởng đáng kể lên kích thước của casein micelle.
Điều này sẽ được tiếp tục giải thích trong những phần tiếp theo.
*

Cơ chế 2: Sự kết hợp giữa các phân tử casein micelle lại với nhau dưới tác
dụng của áp suất cao:

-

Kromkamp và cộng sự cho rằng tác dụng của áp suất làm tăng lên những

chuyển động nhẹ nhàng trong sữa tươi. Hiện tượng này xảy ra có tác dụng đảo
trộn mẫu sữa một phần hay hoàn toàn khi tiến hành giảm áp suất sau khi đã xử
lí ở 150-250 MPa hoặc 250-300 MPa. Mặt khác, họ cũng chỉ ra sự phá hủy các
casein micelle dưới áp suất, kèm theo đó là qúa trình tái tố hợp các casein
micelle lại khi áp suất giảm xuống. Needs và cộng sự (2000a) cho rằng sự tái tổ
họp xảy ra là do các liên kết kị nước tăng lên cùng với sự tăng lên của nhiệt độ.
21


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
Lí thuyết này phù hợp với những báo cáo về việc giảm bề mặt kị nước sau khi
xử lí sữa ở 250 MPa khi tăng nhiệt độ xử lí từ 4°C lên 40°C (Gaucheron và cộng
sự, 1997). Ở nhiệt độ cao (40°C), các liên kết kị nước giữa các tiểu micelle tái
hình thành nhiều hơn kéo theo sự hình thành trở lại các tập hợp casein lớn dẫn
tới làm tăng kích thước micelle (hình 5). Ở nhiệt độ thấp (5°C), các liên kết kị
nước tái hình thành không nhiều (Johnston và cộng sự, 1992; Needs và cộng
sự, 2000a) nên sự hình thành trở lại của các tiểu micelle bị ngăn cản. Ở 20°C có
thể hình thành một số tập hợp casein micell, do đó có thể làm tăng kích thước
các casein micelle khi xử lí với áp suất 250 Mpa, nhiệt độ 20°C.
-

Trong thời gian bảo quản sữa sau khi xử lí ở áp suất 250 MPa, việc gia tăng

kích thước trung bình của các casein micelle là một qũa trình thuận nghịch. Có
thể giải thích hiện tượng này là do sự hình thành trở lại một lượng lớn các phân
tử micelle có kích thước nhỏ hơn kích thước của các tập hợp casein micell.Giả
thiết được Needs và cộng sự đưa ra (2000a) trong khi gia nhiệt sữa đã xử lí
bằng áp suất cao lên 43°C. Qúa trình này có thể xảy ra trong khi hình thành các
liên kết kị nước (Schrader & Buchheim, 1998). Tính thuận nghịch về kích thước
casein micelle của sữa giữ ở 20°c thì cao hơn sữa giữ ở 5°C.

 Giải thích sự giảm kích thước trung bình của phân tử casein micelle ở
áp suất 300-800 Mpa:
-

Nếu việc xử lí ở 250 MPa có hiện tượng tái tổ hợp làm tăng kích thước của các

phân tử casein micelle thì trong việc xử lí ở áp suất 300-800 MPa, sự hình thành
trở lại các micelle bị cản trở bởi sự kết hợp giữa các casein và các phân tử betalactoglobulin biến tính. Khi xử lí ở các giá trị áp suất này, một lượng lớn betalactoglobulin (lên tới 80%) sẽ kết hợp với các phân tử casein micell. Tuy nhiên,
vai trò của whey protein biến tính trong việc ngăn cản sự hình thành trở lại của
các micelle có khả năng chỉ là một phần nhỏ trong cả cơ chế gây tác động của
áp suất cao làm phá hủy các casein micell, bao gồm cả những phá hủy không
thuận nghịch các thành phần cấu tạo khác trong cấu trúc casein micelle sẽ được
trình bày trong phần tiếp theo đây.
-

Trong phân tử casein micelle tồn tại sự cân bằng giữa lực đẩy tĩnh điện và các

tương tác kị nước. Trong đó, các cầu nối calcium phosphate đóng vai trò liên kết
22


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
các phân tử casein lại với nhau và trung hòa các nhóm phosphoserine tích điện
âm, cho phép hình thành các tương tác kị nước giữa các phân tử casein (Hom,
1998). Dưới tác dụng của áp suất từ 300-800 MPa, các tương tác kị nước và
tĩnh điện bị phá vỡ (Mozhaev và cộng sự, 1996) còn các phân tử calcium
phosphate bị hòa tan (Buchheim và cộng sự, 1996; Schrader và cộng sự, 1997;
López-Fandino và cộng sự, 1998; De la Fuente và cộng sự, 1999). Điều này giải
thích cho sự phá vỡ các phân tử casein micelle ở khoảng áp suất này.
1.3.3 Độ pH[2]

Sữa tươi luôn có độ pH xấp xỉ 6,6-6,7 và các mixen casein mang điện tích
âm. Vì tất cả các mixen đều có điện tích âm nên chúng đẩy nhau và điều đó
khiến các mixen casein tồn tại dưới dạng keo
Các phân tử nước cũng liên kết với các điện tích của casein góp phần duy
trì các mixen trong dung dịch.
Khi giảm độ pH (do kết quả của quá trình lên men tạo acid lactic hoặc acid
do con người chủ động bỏ vào), các ion H + của acid sẽ liên kết với mixen casein
mang điện tích âm và làm giảm điện tích của mixen casein. Khi tới giới hạn, các
mixen casein sẻ đông tụ (tạo thành gel)
Theo lý thuyết điểm đẳng điện pI của casein là 5,1-5,3. Trong dung dịch
muối như điều kiện của sữa, casein đông tụ tốt nhất ở pH 4,5 đến 4,7
Khi cho dư acid (hoặc quá trình lên men quá dài, sữa có độ chua cao) và
casein đã đông tụ, casasein sẽ bị tái hòa tan, tạo thành muối và acid
Bên cạnh khả năng bị đông tụ bới acid như đã trình bày ớ trên casein còn
bị đông tụ bởi renin (là một proteaza được chiết xuất từ dạ dày bê).
Quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của renin thực chất là quá
trình thủy phân hạn chế casein K, vỏ háo nước bị phá hủy do các ion canxi dễ
dàng tiếp cận với casein a,ß và paracasein K và làm cho chúng tạo gel. Renin
thủy phân liên kết peptit giữa Phe-Met (ở vị trí 106-169) hòa tan và paracasein K
(1-105) không hòa tan. Phản ứng này không phụ thuộc vào ion Ca2+
Sự đông tụ tạo ra do loại bỏ một phần caseinoglucopeptit, làm giảm sự tích
điện bề mặt của mixen tức là giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các mixen. Bề mặt của
các mixen trở nên ưa béo và do đó mà các mixen liên hợp một cách dễ dàng.
23


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
Có thể nói tác động của renin đối với casein bao gồm ba bước: bước 1 cắt
liên kết Phe 105 và Met 106 trong phân tử casein K; bước 2: tạo thành tập hợp
(đông tụ); bước 3: tác dụng của renin với các cấu tử casein xảy ra trong quá

trình chín phomai.
Tốc độ của ba bước này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và pH. Riêng đối
với bước thứ hai thì còn chịu ảnh hưởng của canxi, các tính chất của mixen
casein có hoặc không có liên kết với serum protein biến tính.
Các tương tác ion cũng xảy ra giữa phần tích điện dương của paracasein K
và phần tích điện âm của casein a và ß. Các cầu canxi phosphat cũng được
thiết lập.
Sau khi kết tủa casein bằng axit, trong phần nước còn lại (whey) chứa alactalabumiin, ß-lactoglobulin và một lượng nhỏ protein albumin.
Khi sữa bị gia nhiệt, các protein lactoserum bị biến tính và liên kết với casein
bằng ransin và giảm khả năng liên kết với ion canxi
Protein lactosérum, đặc biệt là -lactalbumin có giá trị dinh dường rất cao.
Thành phần axit amin của chúng rất giống với thành phần axit amin lý tưởng.
a-Lactalbumin: Có thành phần axit amin tương tự casein. Điềm đẳng điện ở
PH=5,1. Không bị đông tụ bởi men sữa.
ß-Lactoglubulin: Có điêm đăng điện ớ PH=5,3. Khi đun nóng sữa trên 60°C,
hàng loạt các phản ứng xay ra. cầu disunfua bắt đầu tạo thành giữa các phân tử
ß-lactoglobulin và phân tử casein K, giữa phân tử ß-lactoglobulin và alactalbumin. Ở nhiệt độ cao, các hợp chất chứa lưu huỳnh như H2S lần lượt
được giải phóng , tạo thành mùi nấu cho sữa.
ß-Lactoglobulin có hai call disunfua và các nhóm -SH tự do, chúng có thể
liên họp tạo thành các dime, octame. Khi bị đun đến 80°C ß-Lactoglobulin đông
tụ một cách dễ dàng. Sự đông tụ này xảy ra theo hai giai đoạn . Giai đoạn 1 ở
65-70°C kèm theo sự thay đồi cấu hình phân cuả protein liên quan đến 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 đông tụ ß-lactoglobulin ở điều kiện thường nhưng ß24


Báo cáo môn công nghệ chê biến sữa
lactoglobulin bị biến tính do xử lý nhiệt độ cao nên sau đó, khi lên men ßlactoglobulin sẽ chuyển vào quện sữa.

Imunoglobulin(các globulin miễn dịch): Có thể kết tủa các globulin miễn
dịch bang magie sunfat, amonsunfat. Trong sữa bình thường hàm lượng globulin
miễn dịch rất thấp. Ngược lại, trong sữa đầu chúng chiếm đến 90% tổng so
protein lactoserum.
Khi tác dụng lên sữa nhiệt độ từ 70% trở lên, casein có khả năng hydrat hóa cao
và đạt mức cực đại ở 90-95°C, ở nhiệt độ cao hơn nữa, khá năng hydrat hóa
của casein lại giám
Việc xử lý nhiệt làm giảm khả năng đông tụ bàng renin của casein. Sừa
đun ở 120°C trong 15 phút hoàn toàn mất khả năng đông tụ bằng renin.
Khi độ acid của sữa cao thì casein lại đông tụ ớ nhiệt độ thấp.
1.3.4 Thời gian[4]
Thời gian bảo quản ảnh hưởng đến vi sinh vật trong sữa
Trong điều kiện bảo quản tốt thì sữa chứa một lượng lớn tế bào và có hệ vi sinh
vật đa dạng. Theo nhiều nghiên cứu trong thấy:
-

Trong 12 giờ đầu, trong sữa có nhiều loại vi khuẩn trong đó có vi khuẩn

-

gây thối và vi khuẩn gây kiềm hóa chiếm ưu thế.
Sau 24 giờ nhóm vi khuẩn trên sẽ bị vi khuẩn lên men (vi khuẩn lactic )

-

sữa chua kiềm chế.
Sau 72 giờ cầu khuẩn lactic bị nhóm vi khuẩn hình que chịu acid kiềm chế.
Sau cùng là nhóm vi khuẩn nấm mốc, nấm men xuất hiện gây hư hỏng
sữa.

+ Những biến đổi của sữa khi thời gian thay đổi
Trạng thái: Sữa bị biến đổi từ trạng thái chất lỏng đồng nhất, không vón cục
sang trạng thái vón cục, độ nhớt thay đổi, có lớp béo nổi trên bề mặt. Điều này
do protein bị đông tụ, vi khuẩn lactic, butyric làm sữa bị vón cục.
Màu sắc: thời gian càng lâu làm cho vi khuẩn Psedonomas synantha,
Bactricum synathum phát triển khiến sữa bị biến đổi từ màu trắng ngà thành màu
vàng kim loại trên mặt sữa.
Mùi vị: Sữa có mùi ôi vị này xuất hiện khi bảo quản lạnh sữa dài ngày, do sự
phân giải lipit, protein tạo thành axit butyric, các aldehit, aceton, este và một số
25